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                  預應力塑料波紋管使用中的問題

                  來源:預應力塑料波紋管使用問 作者:預應力塑料波紋管 發布日期:2018-07-27

                    預應力塑料波紋管在使用當中存在的問題主要有預應力塑料波紋管的穩定性及腐蝕。通過合理的設計預應力塑料波紋管波形參數和疲勞壽命、安裝正確及管系應力分析完善等措施,可以解決預應力塑料波紋管的穩定性問題。

                    對于腐蝕問題,可以通過合理的預應力塑料波紋管選材和預應力塑料波紋管結構設計,阻斷腐蝕源;加強小室積水管理,這兩個方向解決。

                    預應力塑料波紋管使用中的問題

                  一、預應力塑料波紋管的失效類型及原因分析

                    

                  1、失效類型的分析

                    預應力塑料波紋管的失效在管線試壓和運行期間均有發生。管線試壓時出現問題主要有三種類型:由于管系臨時支撐不當,或管系固定支架設置不合理,導致支架破壞,預應力塑料波紋管過量變形而失效;由于預應力塑料波紋管設計所考慮的壓力或位移安全富裕度不夠,管線試壓時預應力塑料波紋管產生失穩變形失效;預應力塑料波紋管制造質量問題,制造廠偷工減料,5層私自改為3層或更少。

                    預應力塑料波紋管在運行期間的失效主要表現為腐蝕泄漏和失穩變形兩種形式,其中以腐蝕失效居多。從腐蝕失效預應力塑料波紋管的解剖分析發現,腐蝕失效通常允點腐蝕穿孔和應力腐蝕開裂,其中氯離子應力腐蝕開裂約占整個腐蝕失效的95%。預應力塑料波紋管失穩有強度失穩和結構失穩兩種類型,強度失穩包括內外壓預應力塑料波紋管平面失穩和外壓預應力塑料波紋管周向失穩;結構失穩是內壓預應力塑料波紋管的柱失穩。

                    

                  2、設計疲勞壽命與穩定性及應力腐蝕的關系

                    預應力塑料波紋管的設計主要考慮耐壓強度、穩定性和疲勞性能等三個方面的因素。雖然國家標準和美國EJM A標準對這幾方面的計算和評定都有明確的規定,但從多年的應用實踐和預應力塑料波紋管失效分析中發現,標準中給出的關于穩定性的計算和評定方法不夠全面,且疲勞壽命也僅給出了比較粗的界限范圍(平均疲勞壽命在103~105適用)。有時—個完全符合標準要求的產品,在實際使用時也會出現—些問題。如內壓軸向型預應力塑料波紋管預變位狀態在壓力試驗時預應力塑料波紋管易產生平面失穩,大直徑外壓軸向型預應力塑料波紋管全位移工作狀態預應力塑料波紋管易產生周向失穩,小直徑復式拉桿型預應力塑料波紋管、鉸鏈型預應力塑料波紋管全位移工作狀態易產生柱失穩。預應力塑料波紋管過大的變形不僅對其穩定陛造成影響,還會為應力腐蝕提供有利的環境條件。

                    a、預應力塑料波紋管疲勞壽命與其綜合應力

                    預應力塑料波紋管的補償量取決于其疲勞壽命,疲勞壽命越高,預應力塑料波紋管單波補償量越小。為了降低成本,提高單波補償量,有些生產廠家將預應力塑料波紋管的許用疲勞壽命降得很低,這樣會導致由位移引起的預應力塑料波紋管子午向彎曲應力很大,綜合應力很高,大大降低了預應力塑料波紋管的穩定性。

                    b、預應力塑料波紋管的綜合應力與其耐壓強度

                    由標準中給出的預應力塑料波紋管平面穩定性和周向穩定性的計算方法和評定標準可以看出,二者反映的均為強度問題。當預應力塑料波紋管設計的許用壽命較低時,不僅其子午向綜合應力較高,環向應力也比較高,使預應力塑料波紋管局部很快進入塑性變形,導致預應力塑料波紋管失穩。對于內壓預應力塑料波紋管,位移應力在預應力塑料波紋管波峰和波谷處形成塑性鉸,再加上壓力應力,預應力塑料波紋管很快產生平面失穩。這就是低疲勞壽命預應力塑料波紋管在位移條件下平面失穩壓力遠低于高疲勞壽命的預應力塑料波紋管的根本原因。例如在預變位狀態下,即預應力塑料波紋管位移量為許用值的1陀時,一個許用疲勞壽命為200次的預應力塑料波紋管,尚未達到其允許設計壓力時,已經產生平面失穩;許用疲勞壽命為1000次的預應力塑料波紋管,達到設計壓力時,預應力塑料波紋管處于平面穩定狀態,達到1.5倍設計壓力時,預應力塑料波紋管處于臨界失穩狀態;許用疲勞壽命為2000次的預應力塑料波紋管達到設計壓力15倍時,預應力塑料波紋管仍處于平面穩定狀態。從外壓預應力塑料波紋管縱向剖面看,相當于一個受壓力的拱粱,工作時預應力塑料波紋管處于拉伸狀態,相當于拱梁降低了拱高,其抗失穩的能力自然降低。當預應力塑料波紋管單波位移過大時,波紋平直部分傾斜,使得預應力塑料波紋管波峰直徑有縮小的趨勢,但波峰圓環直徑是確定的,為了協調變形,就會產生波峰塌陷,預應力塑料波紋管周向失穩。

                    在國內外相應的標準中,關于位移對預應力塑料波紋管外壓周向穩定性的影響均未涉及,有待于深人探討。綜上所述,雖然至今為止在熱力管網的應用過程中尚未發現由疲萄而引起的破壞,但預應力塑料波紋管過低的設計疲勞壽命,將會導致災難性的后果。

                    c、預應力塑料波紋管位移與其柱穩定性。

                    對于復式拉桿型和鉸鏈型預應力塑料波紋管,橫向位移是由預應力塑料波紋管角變位引起中間管段傾斜實現的。當預應力塑料波紋管產生角變位時,預應力塑料波紋管凸出側承壓面積大于凹陷側承壓面積,導致預應力塑料波紋管附加了—個橫向力,較之軸向型預應力塑料波紋管更易產生柱失穩。顯然預應力塑料波紋管單波位移越大,預應力塑料波紋管橫向位移越大,越易產生柱失穩。

                    

                  二、改善預應力塑料波紋管的可靠性的幾個方面

                    

                  1、可靠性設計

                    a、材料選擇

                    對用于供熱管網的預應力塑料波紋管的選材,除應考慮工作介質、工作溫度和外部環境外,還應考慮應力腐蝕的可能性、水處理劑和管道清洗劑對材料的影響等,并在此基礎上結合預應力塑料波紋管材料的焊接、成型以及材料的|生能價格比,優選出經濟實用的預應力塑料波紋管制作材料。

                    一般情況下,選用預應力塑料波紋管的材料應滿足下列條件:

                    1)良好的塑性,便于預應力塑料波紋管的加工成形,且能通過隨后的處理工藝(冷作硬化、熱處理等)獲得足夠的硬度和強度。

                    2)高彈性極限、抗拉強度和疲勞強度,保證預應力塑料波紋管正常工作。

                    3)良好的焊接性能,滿足預應力塑料波紋管在制作過程中的焊接工藝要求。

                    4)較好的耐腐蝕性能,滿足預應力塑料波紋管在不同環境下工作要求。大多數生產廠家都采用奧氏體不銹鋼,如材料牌號為0Cd8N i9(相當于 304)、00CA9Nil0(相當于304L)、0Cd7NiM02(相當于316)、 00Crl7Ni4M02(相當于316L)。

                    為了提高預應力塑料波紋管的耐蝕陛,現供熱管網預應力塑料波紋管的用材多選用316或316L,這兩種材料用于熱力管網應該是性能價格比較為優良的材料。對于地溝敷設的熱力管網,當預應力塑料波紋管所處管道地勢較低時,雨水或事故}生污水會浸泡預應力塑料波紋管,應考慮選用耐蝕性更強的材料,如鐵鎳合金、高鎳合金等。由于此類材料價格較高,在制造預應力塑料波紋管時,可以考慮僅在與腐蝕眭介質接觸的表面增加一層耐蝕合金。

                    b、疲勞壽命沒計

                    由預應力塑料波紋管的失效類型及原因分析可以看出,預應力塑料波紋管的平面穩定性、周向穩定性及耐腐蝕I生能均與其位移量即 疲勞壽命相關。過低的疲勞壽撇導致預應力塑料波紋管穩定性及耐蝕性能下降。根據試驗和使用經驗,用于供熱工程的預應力塑料波紋管疲勞壽命應不小于 1000次。大多數預應力塑料波紋管的失效是由外部環境腐蝕造成的,因此在進行預應力塑料波紋管的結構設計時,可考慮隔絕外部腐蝕介質與預應力塑料波紋管的接觸。如對于外壓軸向型預應力塑料波紋管可在出口端環與出口管之間增加填料密封裝置,其作用相當于套筒預應力塑料波紋管,既可抵擋外部腐蝕介質的侵入,又給預應力塑料波紋管增加了一道安全屏障,即使預應力塑料波紋管破壞,預應力塑料波紋管還可以起 到#lq黼l并避免預應力塑料波紋管失效。

                    

                  2、保證安裝質量

                    預應力塑料波紋管不能承重,應單獨吊裝;

                    除設計要求預拉伸或冷緊的預變形量外,嚴禁用使預應力塑料波紋管變形的方法來調整管道的安裝偏差;

                    安裝過程不允許焊渣飛濺到預應力塑料波紋管表面和受到其他機械性損傷;

                    預應力塑料波紋管所有活動元件不得被外部構件卡死或限制其活動部位正常工作;

                    水壓試驗用水須干凈、無腐蝕性,對奧氏體不銹鋼材質應嚴格控制水中氯離子含量不超過25x10,并應及時排盡波紋中的積水等。

                    

                  三、結語

                    綜上所述,顯然預應力塑料波紋管單波位移越大,預應力塑料波紋管橫向位移越大,越易產生柱失穩。雖然至今為止在熱力管網的應用過程中尚未發現由疲勞而引起的破壞,但預應力塑料波紋管過低的設計疲勞壽命,將會導致災難性的后果,必須引起重視起來。

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