金属波纹补偿器的腐蚀损坏与内部输送的介质和外部环境条件都有关联的。当内部介质符合标准要求时,外部环境的腐蚀就是造成补偿器损坏的主要原因。补偿器的安装环境有两种,一种是架空管网,在安装完毕后,通常是把管道与波纹膨胀节一起包裹在密封的外护层中,当外护层密封不理想时,大气中的腐蚀介质,如酸雨、沿海地区盐雾等都会造成波纹管的腐蚀。但到目前为止,还没有架空管线腐蚀损坏的报告。而另一种就是地埋铺高,城市集中供热工程最常用的一种方式,当地沟中存在污水、含发盐碱的地下水、融雪盐水及其他腐蚀性介质时,用300系不锈钢制造的波纹管通常使用一至三个供热周期而腐蚀失效。
工业工程中使用的金属波纹补偿器材料选择对用于供热管网的波纹管的选材,除应考虑工作介质、工作温度和外部环境外,还应考虑应力腐蚀的可能性、水处理剂和管道清洗剂对材料的影响等,并在此基础上结合波纹管材料的焊接、成型以及材料的性能价格比,优选出经济实用的波纹管制作材料。
补偿器腐蚀一般有点腐蚀穿孔和应力腐蚀开裂两种类型,其中应力腐蚀产生的必要条件是存在腐蚀环境及内应力。应力的存在是导致应力腐蚀开裂的必要条件之一,应力的来源主要有:波纹管加工成形过程中产生的形变应力和残余应力;在服役期问的工作应力;装配不当导致的装配应力过大,腐蚀产物引起的楔入应力。
波纹补偿器在运输和存储时要注意的事项
1、运输和储存期间所造成的损坏,如碰撞形成的凹陷或划痕。
2、安装方法不当,安装时和安装后未采取妥善的保护措施。如安装方向与介质流向相反,焊接作业时未对波纹管采取保护措施。
3、管道系统的固定支架、导向支架和支架设置不当。
4、补偿器受到腐蚀。如波纹管的材料不适合流动介质或不利的外部环境。
5、系统超压,在运行中或在进行水试验时。
6、发生振动,由于机械作用或流动而引起,造成疲劳破坏。
在制作中金属波纹补偿器的可靠性是由设计、制造、安装及运行管理等多个环节构成的。可靠性也应该从这几个方面进行考虑。
在对于地沟敷设的热力管网建设中,当补偿器所处管道地势较低时,雨水或事故性污水会浸泡波纹管,应考虑选用耐蚀性更强的材料,如铁镍合金、高镍合金等。由于此类材料价格较高,在制造波纹管时,可以考虑仅在与腐蚀性介质接触的表面增加一层耐蚀合金。
另外一方面疲劳寿命设计由波纹管补偿器的失效类型及原因分析可以看出,波纹管的平面稳定性、周向稳定性及耐腐蚀性能均与其位移量即疲劳寿命相关。过低的疲劳寿命将会导致金属波纹补偿器稳定性及耐蚀性能下降。
波纹补偿器影响应力腐蚀的因素:
不锈钢的应力腐蚀开裂与介质的特性、温度的高低以及应力的大小有关,同时还与钢的成分和组织结构的特点有关。下面介绍这些因素的影响情况。
1、氯离子浓度的影响一般来说,随氯化物浓度的增加,Cr-Ni不锈钢的应力腐蚀开裂所需的时间缩短。一般认为MgCl2最易引起应力腐蚀破裂,不同氯化物的腐蚀作用,是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na+、Li+等离子的顺序递减的。
2、介质温度的影响,一般认为温度升高,易发生应力腐蚀,但温度过高,由于全面腐蚀却控制了应力腐蚀。某些钢种还存在一个临界断裂温度,据统计,Cr-Ni奥氏体不锈钢发生应力腐蚀的温度范围在50℃~300℃之间。
3、合金元素及应力的影响,可以看出,钢中合金元素镍、硅的增加,能提高奥氏体不锈钢在MgCl2溶液中抗应力腐蚀破裂性能,而钢中的氮、磷等元素会降低不锈钢在浓氯化物介质中的耐应力腐蚀破裂性能。
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