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外压式波纹膨胀节失效案例分析
安联想(天华化工机械及自动化研究设计院有限公司,甘肃兰州730060)
摘要:目前管道补偿采用的产品非常多,其中最主要的产品第二个周期中,膨胀节突然失效,当时漏气量特别大,给单位带
之一是波纹膨胀节,波纹膨胀节的类型多样、结构特点突出。来了不可估量的损失。另外,波纹膨胀管会发生老化、疲劳破
在众多类型中,外压式的波纹膨胀节是一个十分容易见到的类损,如天脊集团的生产装置已经持续了几十年,大部分的设备
型。随着我国经济的快速发展,外压式波纹膨胀节的应用越来都已经老化,目前其膨胀节已出现破损,造成了内蒸汽外漏,虽
越广泛,而它的大量应用也带来了一些安全性问題,如外压式然泄漏量不大但是波纹管的补偿能力已经丧失,设备因受压力
波鈫膨胀节失效问题,所以通过对其进行详细分析研究,将有而损失。本篇文章通过对上述两个案例的分析,对其膨胀失效
效避免此类问题再次发生。本片文章首先从理论上分析外压的原因进行了多方面的分析和研究,从中找出了一些经验教
式波纹膨胀节失效的原因,然后结合实际的情况分析出其失效训,为以后避免该类事件的发生提供了一定的参考。
的真实原因,这为以后膨胀节的使用单位及设计人员提供了一1失效波纹膨胀节的概况
定的参考。
1.1运行工况
关键词:管道补偿;波纹膨胀节;外压式波纹膨胀节;膨胀节
上述出现问题的单位所采取的供暖方式是蒸汽管线,管线
失效
的正常工作气压为0.9MPa,工作温度为240度,管线外围采用
所谓的波纹膨胀节就是补偿管道的一个构件,它的应用非外压式波纹膨胀节,膨胀节设计使用次数为800次,最高温度为
常广泛包含城市建筑行业、电力行业、石油化工行业、钢铁行业300度。下表为国家规定的波纹膨胀节质量监测报表。(如表1)
及供暖供热行业。它的主要作用是对管路和设备、设备与设备1.2波纹膨胀节失效的表象
之间进行连接补偿,这类补偿有两方面的作用,一方面是满足
波纹膨胀节出现失效的问题后,拆卸后会发现膨胀节中的
热力网或动力管网因温度升高或降低导致管道的热涨冷缩,另波纹管已经塌陷并出现很多的褶皱。一般情况下,当其失效发
方面可以弥补工程施工过程中出现的一些偏差。与此同时,生时,发生塌陷或褶皱的部位在波纹管的其中一侧,另ー侧则
它还能够吸收设备正常工作、故障工作时产生的一些振动减保持的较为良好,且塌陷和褶皱出现在波纹管的安装下部。下
少这些振动产生的危害,所以,金属类的波纹膨胀节得到了迅图为外压式波纹膨胀节失效照片
速的发展。早在上世纪的60年代,国外的一些企业或部门]已经
开始大规模使用波纹膨胀节,而在短短的不到十年时间里,波
纹膨胀节的应用已经发展成为一项产业。我国由于国情的问
题,波纹膨胀节的应用比较晚,大概在80年代的后期,但是其在
我国的发展速度极为惊人,因此,波纹膨胀节在工程项目中的
作用十分重要。波纹膨胀节涉及多种学科,其中有弹性力学、13波纹管膨胀节的可靠性分析
焊接学、材料学。正是由于它涵盖众多学科,所以其涉及制造
波纹膨胀节之所以能够在工程实际中得到广泛的应用,不
相当的复杂,若在设计中的任何一个环节出现错误,都将可能仅与其高补偿性能有关还与其高可靠性密切相关。与其它补
导致波纹膨胀节失效,甚至造成更为严重的后果。
偿器如:套筒补偿器、圆形补偿器相比,波纹膨胀节不会出现因
外压波纹膨胀节的失效有疲劳、腐蚀、汽水冲击、外压失
位移循环而产生密封性能不好的问题。因为波纹管是一个壁
衡。如在上世纪90年代,一家黑龙江的单位应用的外压式的渡绕的元件,在高压力的环境下,它是一个比较薄弱的环节,所以
纹膨胀节,采暖第一个周期并未出现任何的事故,在采暖通气
表
序号
检测项目
标准规定
项目类别
样品数
检结果
压力实验
实验压力在9.09mpa
保压30分钟,试件应保持不泄漏、不变形
A
合格
气密性
实验气压在6.0lmpa
合格
234
保持压力30min无明显泄露
在±2mm下,压力9.09mpa,保压十分钟,波纹
稳定性
管变形率≤15%
A
实验压力在6.02mpa
211
合格
压力平衡效果
C
合格
加压的前后平衡距离不得高于8mm
5414化?2015年8月
万方数井
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膨胀节的安全性能问题一直是人们关注的焦点问题。波纹膨2.2.3运行。对引言中提到的事故,通过与现场的工作人员
胀节的安全性能是由设计、制造、安装、运行等一系列的步骤共谈话,发现蒸汽压力与蒸汽的温度均在安全范围内,根本不存
同来保证的,任何一个环节出现问题都将降低膨胀节的安全性在超温、超压的问题,但确实存在未进行彻底清除管道内的水
能,尽管如此,从近几十年的膨胀节的应用来看,其可靠性能非滴就开始重新运行的现象。因此,波纹膨胀管的失效与汽水的
常的高。据相关部门的统计,在近10年的供热领域使用的9千冲击有很大的关系。通常情况下,单位质量的水在一个密闭的
多套使用的膨胀节中,因外部环境的作用失效的有9套;试压时空间范围内全部气化成水蒸气所具有的潜在压力可依据热力
因压力失效的有8套;正常工作时因无法承受高压失效的有近学范德瓦尔方程式计算出来。1000摩尔的水的体积大致为
6套;制造时,结构件焊接不牢产生的失效问题有1套,一共就0018立方米,所以,若密闭空间体积为其60倍时,内部的压力
出先上述的这么多问题,这充分的证明波纹管膨胀节具有高可便可以上升到5MPa。由气体等温公式得到,若管道空间体积
靠性。
为水体积的5倍时,其内部的压强可增加至50MPa。外压膨胀
2失效原因分析
管壁存在的水量与其存在空间的大小须根据具体问题具体分
2.1可能失效的原因
析,积水存在的多少与管道内径有关系,一般的积水最多的位
依据波纹膨胀节出现褶皱、塌陷的具体问题,研究分析出置是与管道内径平面相平位置,因为,当水位再高时就会自然
其失效的原因大致为以下几种:
的流失掉。
2.1.设计出现问题。膨胀节最容易受到外部的压力,如果3结语
设计出来的膨胀壁不能够满足外部最大压力的要求,将极有可
根据以上的种种分析,可以明显得出以下的几个结论:(1
能出现膨胀节出现失稳问题,造成其出现一定程度的褶皱。一根据外压式膨胀节稳定性校验理论分析得出上例事故中的外
般来说,对外压波纹膨胀节的外部压力设计就是对其稳定性的压膨胀节基本上满足稳定性方面的要求,因此可以做出判断
设计。
出现问题的外压纹感胀节并不是外压失去稳定性造成的。(2
2.1.2制造出现问题。在膨胀节的制造过程中,必须严格按通过对运行状态的分析,在相对比较密封的管道内,积水完全
照设计的要求进行,但是,设计时满足的刚性和强度要求并不气化所产生的内部压力大致为S0MPa。当然,实际的工程项目
能够在制造中完全的实现,这主要的原因是选择材料的问题。情况与理论上计算出来的压力值会存在一定的误差,这主要有
在制造过程中,选材环节非常重要,它将直接影响到膨胀节的很多的不确定因素引起的,比如:売体并非完全密闭的容器、积
质量问题,进而对整个工程项目产生深远的影响。
水量很难进行全部量化处理、高温高压的水蒸气流进速度有快
2.1.3运行的原因。设备在运行过程中,若超过了膨胀节设有慢并非匀速、水滴的气