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1、供热管网波纹管补偿器爆裂破损原因分析及解决方法闻作祥吴星[北京市热力集团]2003-05-30本文提要:北京市集中供热管网,从2000年3月底至5月,二个月期间相继发生供热干线波纹管爆裂破损问题,使人们引发了对波纹管补偿器如何正确设计、加工及运行管理等诸多问题的思考。本文分析了破损原因,提出了解决的方法,并对如何看待波纹管补偿器的问题提出全新诠释。1. 问题的提出波纹管补偿器作为一种新型补偿设备,从80年末期开始使用,90年代得以大力推广。作为一种补偿性能良好,使用维护简单的补偿器,特别是在代
2、替以往套筒式补偿器方面,得到大家的认可,但随着其使用年限与范围的增加、扩展,特别是在供热系统中波纹管爆裂破损事故的不断发生,使得我们必须站在新的高度,重新认识波纹管补偿器。下面三图是北京市集中供热系统波纹管补偿器爆损的情况。2001年3月30日,北京国华热电厂供热干线的朝阳线16号DN1000铰接波纹管(本文以下简称A波纹管)突然发生爆裂,致使国华热电厂停泵,供热主干线中断正常运行三个月。参见图1。 图1 A波纹管爆损图 2001年5月14日,北京石景山热电厂供热主干线之一的西三环6号DN800铰接波纹
3、管(本文以下简称B波纹管)发现已严重破损,四层中已有三层开裂,不能正常运行,被迫中断运行。参见图2。 图2 B波纹管破损图 2001年5月23日,北京华能热电厂蒸汽主干线DN1000波纹管补偿器(本文以下简称C波纹管),发生了大量蒸汽泄漏,华能热电厂被迫调整工况,停止蒸汽外供,蒸汽干线停汽三周。参见图3。 图3 C波纹管失稳图 接连不断的问题,引起供热界广大技术人员的关注,波纹管补偿器在目前供热管网中被广泛使用,仅北京市集中供热网中就有三千多个
4、,特别是在大口径的供热主干线上,波纹管是目前唯一的补偿设备,一旦发生问题后果十分严重,必须引起高度重视。本文试分析波纹管爆裂破损各种原因,及波纹管补偿器在设计、生产、施工和运行管理各方面存在的问题,并在此基础上提出解决问题的方法。2. 原因分析事故原因我们从6个方面进行了分析,试述如下:2. 1 外观观察A和B波纹管的外观观察呈现一样的特征,波纹管外层的外壁有少量腐蚀产物,但仍然保持银白色的金属光泽,裂纹很细,走向各异。在波纹管的第一层内壁以及第二、三层的内外壁有大量腐蚀产物附着,
5、不锈钢薄板已经完全失去了金属光泽,坠落地面已无金属声响,层间堵塞大量腐蚀产物已无结合力,第四层外表面有少量腐蚀产物和小裂纹,内表面附着均匀的薄水垢,无腐蚀产物,表面呈银灰色。裂纹情况与腐蚀产物相近,以第二、三层裂纹最多、最粗,第一层其次,第四层相对较少、较细。裂纹扩展方向具有发散特征,向各个方向开裂。以上观察我们可以判断:波纹管的腐蚀开裂应是外层逐层向内各层波纹管发展的,只是各层波纹管腐蚀破坏在时间上的先后关系,才出现各层腐蚀开裂程度上的明显差异。腐蚀来自波纹管外,在进入波纹管层间后,连续并加快了腐蚀的
6、产生。C波纹管内外各层均无腐蚀,但已严重变形,经着色分析未发现层间进汽现象。由此我们可以排除腐蚀及层间进汽原因而产生的破坏。2.2腐蚀产物分析从波纹管一至四层裂纹及断口处取腐蚀产物,用X射线荧光分析仪,在实验条件下查明,腐蚀产物中主要元素为O,Fe,Cr,Ni,Si,Al,Mg等,所有腐蚀产物均含有Cl元素。对腐蚀产物作能谱分析,其结果参见表1。表1 波纹管第1层裂纹及断口处腐蚀产物能谱分析结果 1234外层内层外层内层外层内层外层内层CI1.490.431.291.074.222.470.352.35
7、4.240.292.58 1.125.531.331.2512.1512.15 0.820.720.470.67 Si3.4431.133.8124.291.112.884.114.0211.723.31 16.469.893.761.766.459.770.751.903.395.6917.511.930.17S0.611.669.010.821.350.391.350.310.241.150.312.380.984.110.23Ca2.216.162.3710.632.0250.884.134.
8、061.292.831.873.283.545.670.571.501.113.420.671.011.021.34Cr22.822.58 60.2751.115.047.6520.2834.5344.2527.3517.7217.8718.23 从表1可以看出,从外层至内层均有Cl元素的分布及富集,并大大超出了导致304不锈钢应力腐蚀开裂临界值的Cl含量(500ppm=0.050%)可以认为在含有Cl的环境中,再加上温度,应力及材质因素,
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