波纹管补偿器的失效类型及原因分析
油田站场供热系统波纹补偿器失效原因分析
油田站场供热系统波纹补偿器失效原因分析摘要波纹补偿器作为结构紧凑、补偿性能良好、流动阻力小，维护使用简便的补偿元件，在工业和民用的热力管道上被大量采用。
其可靠性是通过设计、制造、安装、运行管理等多个环节来保证的，任何一个环节的失控都会导致补偿器寿命的降低甚至失效。
针对长庆油田站场供热系统中波纹补偿器的布置方式，通过计算分析，总结出波纹补偿器失效的原因，并提出解决办法。
关键字热力管道波纹补偿器失效原因固定支架0 前言热力管道是输送高温热能的管道，具有一定压力和温度，因管道升温致使热伸长或温度应力增加，而造成管道变形或破坏。
在油田站场热力管网设计中，为了保证管道在热状态下稳定和安全运行，减少管道热胀冷缩时产生的应力，管道上每隔一定距离应当装设固定支架及热力补偿装置。
波纹补偿器作为结构紧凑、补偿性能良好、流动阻力小，维护使用简便的补偿元件，在油田供热系统中被大量使用，是目前最常用的管道补偿装置。
但是在实际运行中，往往由于诸多原因就会造成补偿器损坏失效，失去其应力补偿的作用，更为严重会导致管道泄漏，对环境造成污染，带来安全隐患。
1 油田常用供热模式长庆油田地处陕甘宁蒙腹地，地形复杂多变，支离破碎，站场供热可依托周围热源的可能性很小，绝大部分均为自建热源。
油田站场主要用热单元有原油加热和生产用保温等工艺生产热负荷，以及建筑物采暖用热负荷，根据用热介质可以划分为导热油供热系统、蒸汽供热系统和热水供热系统。
1.1 导热油供热系统以导热油炉作为热源，生产工艺加热介质采用200/150℃导热油，采暖用热通过油-水换热器产生95/70℃低温热水供给。
根据平面布局结合实际情况，热力管网采用异程布置，以低支墩敷设为主。
其优点是系统压力低，热媒品质高，热稳定性好，导热油凝固点低，适用于工艺加热的间歇运行，冬季停炉期间不会引起管线冻裂。
1.2 蒸汽供热系统蒸汽供热系统采用的是饱和蒸汽作为供热介质，工艺加热运行压力为0.5 MPa～0.8MPa，采暖用热通过汽-水换热器产生95/70℃低温热水供给。
供热管网波纹管补偿器爆裂破损原因分析及解决方法
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，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。
浅析波纹管补偿器失效原因
浅析波纹管补偿器失效原因摘要：波纹管补偿器具有设计先进、结构合理、*能稳定、挠*好、抗疲劳*高、耐高温、耐腐蚀等特点。
已广泛用于船舶、石油、化工、铁路、建筑、电力、核能、冶金、纺织印染、橡胶、塑料等工业部门.目前国内生产的波纹管补偿器产品基本上按国家标准和相关的标准进行计算、选型，并通过ISO9001质量体系认*。
但是它良好的可靠*也需要诸如设计、制造、安装、运行管理等多个环节共同配合才能实现。
关键词：波纹管补偿器失效原因补偿能力改进措施波纹补偿器属于一种补偿元件，如图1，目前国内生产的波纹管补偿器种类很多，都需要有一定的特别安装方法，不是千篇一律的。
例如，轴向单式波纹管补偿器，安装时需要有外保护筒;轴向内外压平衡式波纹管补偿器，需要进行架空管线;单式外压轴向型(WDB)波汶补偿器，主要用于补偿管道的轴向位移，产品稳定*好，多用于污水管线及蒸气管线，为无约束型补偿器，要注意固定支架的强度;直管压力平衡型(ZPB)波纹补偿器，主要用于补偿管系的轴向位移，具体设计简单，补偿量大，无内压推力等优点，但价格较高。
主要应用于固定支架设置不易的大口径直线管系。
波纹补偿器属于一种补偿元件。
其实波纹补偿器出现*能影响，可能是受到由加工成型机焊接产生的残余应力，或者是工作内压及自重产生的一次薄膜应力，再者就是热胀产生的二次应力，以及管道振动、温差、内压波动及开停机引起的交变应力，最后就是安装误差及预变型造成的装配应力等。
但是由于应力的存在，使得波纹补偿器处于*塑*工作状态之下，补偿器的波峰波谷承受很大的拉应力，为SCC的产生提供了拉应力的条件，其结果是引起金属晶格的扭曲，降低了该部位的电极电位，在与*气介质(电解质溶液)接触时，这些部位成为腐蚀*微电池的阳极，进而造成局部腐蚀，随着腐蚀的加剧，裂纹迅速扩展，直至产品破坏。
1波纹管补偿器的失效类型及原因分析生产企业对波纹管补偿器失效原因分析发现，造成波纹管补偿器失败的原因如图2：(1)设计原因。
波纹管补偿器失效的原因
波纹管补偿器失效的原因波纹管补偿器失效的原因？1、前言波纹管补偿器之所以能够在许多行业中得到广泛应用，除具有良好的补偿能力之外，高可靠性是主要原因。
其可靠性是通过设计、制造、安装、运行管理等多个环节来保证的，任何一个环节的失控都会导致补偿器寿命的降低甚至失效。
作者经过多年统计发现，造成波纹管补偿器失效的原因：设计占10%，制造厂家偷工减料占50%，安装不符合设备说明要求占20%，其余由运行管理不当引起。
2、波纹管补偿器的失效类型及原因分析2.1 失效类型波纹管的失效在管线试压和运行期间均有发生。
管线试压时出现问题主要有三种类型：由于管系临时支撑不当，或管系固定支架设置不合理，导致支架破坏，波纹管过量变形而失效；由于波纹管设计所考虑的压力或位移安全富裕度不够，管线试压时波纹管产生失稳变形失效；补偿器制造质量问题，制造厂偷工减料，5层不锈钢私自改为3层或更少。
波纹管在运行期间的失效主要表现为腐蚀泄漏和失稳变形两种形式，其中以腐蚀失效居多。
从腐蚀失效波纹管的解剖分析发现，腐蚀失效通常分点腐蚀穿孔和应力腐蚀开裂，其中氯离子应力腐蚀开裂约占整个腐蚀失效的95%.波纹管失稳有强度失稳和构造失稳两种类型，强度失稳包括内外压波纹管平面失稳和外压波纹管周向失稳；构造失稳是内压波纹管补偿器的柱失稳。
2.2 设计疲劳寿命与稳定性及应力腐蚀的关系波纹管的设计主要考虑耐压强度、稳定性和疲劳性能等三个方面的因素。
虽然国家标准和美国EJMA标准对这几方面的计算和评定都有明确的规定，但从多年的应用实践和波纹管失效分析中发现，标准中给出的关于稳定性的计算和评定方法不够全面，且疲劳寿命也仅给出了比较粗的界限范围（平均疲劳寿命在103～105适用）。
有时一个完全符合标准要求的产品，在实际使用时也会出现一些问题。
如内压轴向型补偿器预变位状态在压力试验时波纹管易产生平面失稳，大直径外压轴向型补偿器全位移工作状态波纹管易产生周向失稳，小直径复式拉杆型补偿器、铰链型补偿器全位移工作状态易产生柱失稳。
波纹管补偿器失效原因及可靠性探究
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摘要:树脂基玻璃纤维复合材料是重要的应用材料，其硬度与强度较高，同时密度较低，具有可钻性良好的特点。然而该材
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121波纹管疲，且疲劳寿命与波纹
管的单波补 呈反比关系。部分企业在 波纹管时
时,波纹管的位
定 架的设置不合理，由于架损 而导 波纹管
许用值的一半，其疲劳寿命200次，力值无需达到允许
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失稳问题。如波纹管的许用疲劳寿
，导
时波纹管的稳定0 而导
失效 是% ' 命高达一千次，力值为允许设计压力顶峰时，波纹管保持 稳
管道波纹补偿器拉伸变形原因
管道波纹补偿器拉伸变形原因管道波纹补偿器是一种用于管道系统中的补偿设备，主要用于解决由于管道温度、压力变化引起的管道变形问题。
然而，即使安装了波纹补偿器，有时也会出现拉伸变形的问题。
那么，管道波纹补偿器拉伸变形的原因是什么呢？首先，管道波纹补偿器拉伸变形的原因之一是由于温度变化所引起的。
由于管道系统中的介质流动，会导致管道内部温度的不断变化。
这时，管道波纹补偿器受到的热膨胀力就会导致波纹补偿器的拉伸变形。
此时，应该加强对波纹补偿器的监控，及时进行修理或更换。
此外，还可以通过调整波纹补偿器预留量的大小来减轻这种拉伸变形的影响。
其次，管道波纹补偿器拉伸变形的原因之二是由于压力的变化所引起的。
当管道系统的压力变化较大时，波纹补偿器会承受较大的拉伸力。
这时，波纹补偿器可能会发生拉长变形，这对管道系统的正常运行是非常不利的。
因此，在安装波纹补偿器时，应该根据压力变化的情况选择适当的波纹补偿器，并合理设置波纹补偿器的压力容量，以避免拉伸变形的发生。
此外，波纹补偿器的使用寿命也会影响其拉伸变形问题。
由于波纹补偿器常年承受着高温、高压的介质流动，使用寿命会逐渐减少。
当波纹补偿器老化达到一定程度时，就会出现拉伸变形的问题。
因此，在使用过程中，应该定期检查波纹补偿器的使用情况，并根据实际情况及时进行更换或修理，以保证管道系统的正常运行。
总之，管道波纹补偿器拉伸变形是由多种因素所引起的，但主要是由于温度变化和压力变化所导致的。
为了解决这个问题，我们应该加强对管道系统和波纹补偿器的监控，及时发现并解决相关问题，以确保管道系统的正常运行。
供热管网试压时外压轴向波纹管补偿器的失效类型及预防措施
供热管网试压时外压轴向波纹管补偿器的失效类型及预防措施作者：刘玉科来源：《城市建设理论研究》2012年第33期供热管网投入运行后，由于受管道内热媒的加热作用，管道会伸长；当停止供热、管道温度降低时，管道会缩短。
为了保证管网在热状态下的稳定和安全运行，就需要在供热管网中设置固定支架，在固定支架间设置补偿器，以消弱或消除因热膨胀而产生的应力，并使管道的热伸长方向得到控制。
波纹管补偿器是利用波纹管中的弹性元件的有效伸缩来吸收管线由于热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化的一种补偿装置。
在直埋供热管道中，外压单式轴向波纹管补偿器因其具有补偿量大、寿命长、经济性好的特点而得到广泛应用。
但它对安装的要求较高，需要严格按照设计及技术规范施工，保证补偿器与前后直埋管道同轴，距补偿器12米范围内不应有折角和弯头，安装前应将管沟底部夯实铲平，否则将造成寿命缩短甚至变形失效。
某公司煤矿棚户区改造项目集中供热工程热水管线全长19公里，全线采用直埋形式，地质条件复杂，设计温度110℃，采用外压单式轴向波纹管补偿器，共设置560个。
由于各种原因，在管道试压过程中先后出现了多起补偿器损坏的情况，造成了较大经济损失，并影响了工期。
本文根据该工程实际情况，就试压过程中轴向波纹管补偿器容易发生变形失效的几种情况进行探讨，并提出预防措施，以供广大同仁在施工中予以重视与预防。
固定墩强度未达到规定要求。
由于工期紧，试验段固定墩浇筑第三天就进行强度试验，试验压力达到1.85MPa（设计供水工作压力2.4 MPa，强度试验压力为设计工作压力的1.5倍即3.6 MPa）时补偿器被拉长而报废，同时固定墩发生位移而失效，需要重新返工。
按照施工规范的规定，试压前固定墩的混凝土应达到设计强度，固定墩上部及四周已按照规范进行回填。
该固定墩前侧为90°弯头，试压时承受盲板力，而固定墩未达到设计强度，四周及墩顶没有进行回填，因而造成固定墩及补偿器的变形损坏。
浅析空调供热(冷)管道波纹管补偿器失效及支架破坏
厂１ —
Ｌ ａ １ ７ ｍ ｘ ２ ５
然补 偿最小短臂臂长的确定 ，大部分手册或者设计规 范 没有给 出确定的计算方法，只 是推荐在折角不大于 １０ ５。 时，管道臂长不宜超过２ ￣３ ｍ ０ ０ 。显然，这样对于 自然补 偿 臂长长度的确定需要完全凭借经验来选取 ，因而缺乏
理论 分析，选取的失误会导致补偿不足 。一旦选取 的长 度 补偿不足就会给管 网的运行带来 了潜在 的安全 隐患。
进 桎 干 格 楼 ＤＮ４ ０ 饲 ５空
管 网中热媒 的最高温度设为６ ℃， ５ 最低温度为５ 。 ℃ 假定管材为２ 号钢 管，对 于管道壁厚小于 １ｍ ，温度小 ０ ５Ｅ 于 １Ｏ ５ ℃的２ 号钢管，许用应 ［ ＝ ３ Ｍ ａ Ｏ ｏ］ １０ Ｐ 。取管道安装 时的温度为１ ℃，ｌ ℃下的弹性模量Ｅ ２０ ×１５ Ｐ ， ０ ０ ＝． ０Ｍａ 管道 的线膨胀系数 ，取 ａ １ ×１— ｍ （・ ，则ｔ 一 ＝２ ０ ６ ／ ｍ ℃） ２
冲 （ ）木 热
一
、
问题分析
ｔ ＝ ５ ５ ６ ℃。对Ｄ ＝ ５ ｍ 的管道进行了计算： １６ — ＝ ０ Ｎ ４ ０ｍ
某高层建筑 工程 空调用冷热水 的最高温度为６ ℃ ， ５
最低温度 为７ ℃，管道材 料为Ｑ ３ 无缝管 ，在２ ℃ 以上 ２５ ０ 的温度下安装时 ，经验 方法认 为管道承受 的应力不会太 大 。空调水系统区域供冷供热 的管线特 点是管 内介质温
王 元荣
（中国空空导弹研 究院 河南洛 阳 ４ １０ ） ７ ０９ 摘 要 ：空调水 系统 室外管道 （ 冷热 两用 ），采用 波纹管膨胀节 消除热胀冷缩产生的位 移 ，本文针对运 行过程 中波
纹管膨胀 节失效及管路 支架损坏 的情 况进行 了原 因分析， 并结合某 高层建筑工程 实际， 出了解决 问题的方 提 法和建议 ，以保证 空调 水系统 能正常安全地运 行 。 关键 词：空调供 热 （ 管道 冷）
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波纹管补偿器的失效类型及原因分析
时间：2009-10-20 来源：互联网发布评论进入论坛
一、失效类型
波纹管的失效在管线试压和运行期间均有发生。
管线试压时出现问题主要有三种类型：由于管系临时支撑不当，或管系固定支架设置不合理，导致支架破坏，波纹管过量变形而失效；由于波纹管设计所考虑的压力或位移安全富裕度不够，管线试压时波纹管产生失稳变形失效；补偿器制造质量问题，制造厂偷工减料，5层不锈钢私自改为3层或更少。
波纹管在运行期间的失效主要表现为腐蚀泄漏和失稳变形两种形式，其中以腐蚀失效居多。
从腐蚀失效波纹管的解剖分析发现，腐蚀失效通常分点腐蚀穿孔和应力腐蚀开裂，其中氯离子应力腐蚀开裂约占整个腐蚀失效的95%。
波纹管失稳有强度失稳和结构失稳两种类型，强度失稳包括内外压波纹管平面失稳和外压波纹管周向失稳；结构失稳是内压波纹管补偿器的柱失稳。
二、设计疲劳寿命与稳定性及应力腐蚀的关系
波纹管的设计主要考虑耐压强度、稳定性和疲劳性能等三个方面的因素。
虽然国家标准和美国EJMA标准对这几方面的计算和评定都有明确的规定，但从多年的应用实践和波纹管失效分析中发现，标准中给出的关于稳定性的计算和评定方法不够全面，且疲劳寿命也仅给出了比较粗的界限范围（平均疲劳寿命在103～105适用）。
有时一个完全符合标准要求的产品，在实际使用时也会出现一些问题。
如内压轴向型补偿器预变位状态在压力试验时波纹管易产生平面失稳，大直径外压轴向型补偿器全位移工作状态波纹管易产生周向失稳，小直径复式拉杆型补偿器、铰链型补偿器全位移工作状态易产生柱失稳。
波纹管过大的变形不仅对其稳定性造成影响，还会为应力腐蚀提供有利的环境条件。
波纹管疲劳寿命与其综合应力波纹管的补偿量取决于其疲劳寿命，疲劳寿命越高，波纹管单波补偿量越小。
为了降低成本，提高单波补偿量，有些生产厂家将波纹管的许用疲劳寿命降得很低，这样会导致由位移引起的波纹管子午向弯曲应力很大，综合应力很高，大大降低了波纹管的稳定性。
表1给出了无加强U 形波纹管许用疲劳寿命与子午向综合应力及单波补偿量之间的关系。
波纹管的综合应力与其耐压强度由标准中给出的波纹管平面稳定性和周向稳定性的计算方法和评定标准可以看出，二者反映的均为强度问题。
当波纹管设计的许用寿命较低时，不仅其子午向综合应力较高，环向应力也比较高，使波纹管局部很快进入塑性变形，导致波纹管失稳。
对于内压波纹管，位移应力在波纹管波峰和波谷处形成塑性铰，再加上压力应力，波纹管很快产生平面失稳。
这就是低疲劳寿命波纹管在位移条件下平面失稳压力远低于高疲劳寿命的波纹管的根本原因。
例如在预变位状态下，即波纹管
位移量为许用值的1/2时，一个许用疲劳寿命为200次的波纹管，尚未达到其允许设计压力时，已经产生平面失稳；许用疲劳寿命为1000次的波纹管，达到设计压力时，波纹管处于平面稳定状态，达到1.5倍设计压力时，波纹管处于临界失稳状态；许用疲劳寿命为2000次的波纹管达到设计压力1.5倍时，波纹管仍处于平面稳定状态。
从外压波纹管纵向剖面看，相当于一个受压力的拱梁，工作时波纹管处于拉伸状态，相当于拱梁降低了拱高，其抗失稳的能力自然降低。
当波纹管单波位移过大时，波纹平直部分倾斜，使得波纹管波峰直径有缩小的趋势，但波峰圆环直径是确定的，为了协调变形，就会产生波峰塌陷，波纹管周向失稳。
在国内外相应的标准中，关于位移对波纹管外压周向稳定性的影响均未涉及，有待于深入探讨。
综上所述，虽然至今为止在热力管网的应用过程中尚未发现由疲劳而引起的破坏，但波纹管过低的设计疲劳寿命，将会导致灾难性的后果。
补偿器位移与其柱稳定性对于复式拉杆型和铰链型补偿器，横向位移是由波纹管角变位引起中间管段倾斜实现的。
当波纹管产生角变位时，波纹管凸出侧承压面积大于凹陷侧承压面积，导致补偿器附加了一个横向力，较之轴向型补偿器更易产生柱失稳。
显然波纹管单波位移越大，补偿器横向位移越大，越易产生柱失稳。