1.波紋管補償器之所以能夠在許多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,，除具有良好的補償能力之外,，高可靠性是主要原因,。其可靠性是通過設(shè)計,、制造、安裝,、運行管理等多個環(huán)節(jié)來保證的,，任何一個環(huán)節(jié)的失控都會導(dǎo)致補償器壽命的降低甚至失效。作者經(jīng)過多年統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),，造成波紋管補償器失效的原因：設(shè)計占10%,，制造廠家偷工減料占50%，安裝不符合設(shè)備說明要求占20%,，其余由運行管理不當(dāng)引起,。
　　2波紋管補償器的失效類型及原因分析
　　2.1失效類型
　　波紋管的失效在管線試壓和運行期間均有發(fā)生。管線試壓時出現(xiàn)問題主要有三種類型：由于管系臨時支撐不當(dāng),，或管系固定支架設(shè)置不合理,，導(dǎo)致支架破壞，波紋管過量變形而失效,；由于波紋管設(shè)計所考慮的壓力或位移安全富裕度不夠,，管線試壓時波紋管產(chǎn)生失穩(wěn)變形失效；補償器制造質(zhì)量問題,，制造廠偷工減料,，5層不銹鋼私自改為3層或更少。
　　波紋管在運行期間的失效主要表現(xiàn)為腐蝕泄漏和失穩(wěn)變形兩種形式,，其中以腐蝕失效居多,。從腐蝕失效波紋管的解剖分析發(fā)現(xiàn)，腐蝕失效通常分點腐蝕穿孔和應(yīng)力腐蝕開裂,，其中氯離子應(yīng)力腐蝕開裂約占整個腐蝕失效的95%,。波紋管失穩(wěn)有強度失穩(wěn)和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)兩種類型，強度失穩(wěn)包括內(nèi)外壓波紋管平面失穩(wěn)和外壓波紋管周向失穩(wěn),；結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是內(nèi)壓波紋管補償器的柱失穩(wěn),。
　　2.2設(shè)計疲勞壽命與穩(wěn)定性及應(yīng)力腐蝕的關(guān)系
　　波紋管的設(shè)計主要考慮耐壓強度,、穩(wěn)定性和疲勞性能等三個方面的因素。雖然國家標準和美國EJMA標準對這幾方面的計算和評定都有明確的規(guī)定,，但從多年的應(yīng)用實踐和波紋管失效分析中發(fā)現(xiàn),，標準中給出的關(guān)于穩(wěn)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),。有時一個完全符合標準要求的產(chǎn)品，在實際使用時也會出現(xiàn)一些問題,。如內(nèi)壓軸向型補償器預(yù)變位狀態(tài)在壓力試驗時波紋管易產(chǎn)生平面失穩(wěn),，大直徑外壓軸向型補償器全位移工作狀態(tài)波紋管易產(chǎn)生周向失穩(wěn)，小直徑復(fù)式拉桿型補償器,、鉸鏈型補償器全位移工作狀態(tài)易產(chǎn)生柱失穩(wěn),。波紋管過大的變形不僅對其穩(wěn)定性造成影響，還會為應(yīng)力腐蝕提供有利的環(huán)境條件,。
　　2.2.1波紋管疲勞壽命與其綜合應(yīng)力波紋管的補償量取決于其疲勞壽命,，疲勞壽命越高，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(chǎn)廠家將波紋管的許用疲勞壽命降得很低,，這樣會導(dǎo)致由位移引起的波紋管子午向彎曲應(yīng)力很大,，綜合應(yīng)力很高，大大降低了波紋管的穩(wěn)定性,。表1給出了無加強U形波紋管許用疲勞壽命與子午向綜合應(yīng)力及單波補償量之間的關(guān)系,。
　　注：(1)綜合應(yīng)力為由位移和壓力引起的波紋管子午向綜合名義應(yīng)力；(2)波紋管平均疲勞壽命N＝10［N］,；(3)單波位移給出的是以許用壽命1000次為參照的參考值,。
　　降低疲勞壽命可以大幅度地提高波紋管單波位移，但同時波紋管綜合應(yīng)力也有大幅度地提高,，這必將對波紋管的強度和穩(wěn)定性造成較大的影響,。
　　2.2.2波紋管的綜合應(yīng)力與其耐壓強度由標準中給出的波紋管平面穩(wěn)定性和周向穩(wěn)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(dāng)波紋管設(shè)計的許用壽命較低時,，不僅其子午向綜合應(yīng)力較高，環(huán)向應(yīng)力也比較高,，使波紋管局部很快進入塑性變形,，導(dǎo)致波紋管失穩(wěn)。
　　對于內(nèi)壓波紋管,，位移應(yīng)力在波紋管波峰和波谷處形成塑性鉸,，再加上壓力應(yīng)力,，波紋管很快產(chǎn)生平面失穩(wěn)。這就是低疲勞壽命波紋管在位移條件下平面失穩(wěn)壓力遠低于高疲勞壽命的波紋管的根本原因,。例如在預(yù)變位狀態(tài)下,，即波紋管位移量為許用值的1/2時，一個許用疲勞壽命為200次的波紋管,，尚未達到其允許設(shè)計壓力時,，已經(jīng)產(chǎn)生平面失穩(wěn)；許用疲勞壽命為1000次的波紋管,，達到設(shè)計壓力時,，波紋管處于平面穩(wěn)定狀態(tài)，達到1.5倍設(shè)計壓力時,，波紋管處于臨界失穩(wěn)狀態(tài),；許用疲勞壽命為2000次的波紋管達到設(shè)計壓力1.5倍時，波紋管仍處于平面穩(wěn)定狀態(tài),。
　　從外壓波紋管縱向剖面看,，相當(dāng)于一個受壓力的拱梁，工作時波紋管處于拉伸狀態(tài),，相當(dāng)于拱梁降低了拱高,，其抗失穩(wěn)的能力自然降低。當(dāng)波紋管單波位移過大時,，波紋平直部分傾斜,，使得波紋管波峰直徑有縮小的趨勢，但波峰圓環(huán)直徑是確定的,，為了協(xié)調(diào)變形,，就會產(chǎn)生波峰塌陷，波紋管周向失穩(wěn),。在國內(nèi)外相應(yīng)的標準中,，關(guān)于位移對波紋管外壓周向穩(wěn)定性的影響均未涉及，有待于深入探討,。
　　綜上所述,，雖然至今為止在熱力管網(wǎng)的應(yīng)用過程中尚未發(fā)現(xiàn)由疲勞而引起的破壞，但波紋管過低的設(shè)計疲勞壽命,，將會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果,。
　　2.2.3補償器位移與其柱穩(wěn)定性對于復(fù)式拉桿型和鉸鏈型補償器，橫向位移是由波紋管角變位引起中間管段傾斜實現(xiàn)的,。當(dāng)波紋管產(chǎn)生角變位時,，波紋管凸出側(cè)承壓面積大于凹陷側(cè)承壓面積，導(dǎo)致補償器附加了一個橫向力,，較之軸向型補償器更易產(chǎn)生柱失穩(wěn),。顯然波紋管單波位移越大,，補償器橫向位移越大，越易產(chǎn)生柱失穩(wěn),。
　　3波紋管補償器的可靠性
　　波紋管補償器的可靠性是由設(shè)計,、制造、安裝及運行管理等多個環(huán)節(jié)構(gòu)成的,?？煽啃砸矐?yīng)該從這幾個方面進行考慮。
　　3.1可靠性設(shè)計
　　3.1.1材料選擇對用于供熱管網(wǎng)的波紋管的選材,，除應(yīng)考慮工作介質(zhì),、工作溫度和外部環(huán)境外，還應(yīng)考慮應(yīng)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(chǔ)上結(jié)合波紋管材料的焊接,、成型以及材料的性能價格比,，優(yōu)選出經(jīng)濟實用的波紋管制作材料。
　　一般情況下,，選用波紋管的材料應(yīng)滿足下列條件：(1)良好的塑性,，便于波紋管的加工成形，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,，保證波紋管正常工作,。(3)良好的焊接性能，滿足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,，滿足波紋管在不同環(huán)境下工作要求。大多數(shù)生產(chǎn)廠家都采用奧氏體不銹鋼,，如材料牌號為0Cr18Ni9(相當(dāng)于304),、00Cr19Ni10(相當(dāng)于304L)、0Cr17NiMo2(相當(dāng)于316),、00Cr17Ni4Mo2(相當(dāng)于316L),。為了提高波紋管的耐蝕性，現(xiàn)供熱管網(wǎng)波紋管的用材多選用316或316L,，這兩種材料用于熱力管網(wǎng)應(yīng)該是性能價格比較為優(yōu)良的材料,。
　　對于地溝敷設(shè)的熱力管網(wǎng)，當(dāng)補償器所處管道地勢較低時,，雨水或事故性污水會浸泡波紋管,，應(yīng)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,，在制造波紋管時，可以考慮僅在與腐蝕性介質(zhì)接觸的表面增加一層耐蝕合金,。
　　3.1.2疲勞壽命設(shè)計由波紋管補償器的失效類型及原因分析可以看出,，波紋管的平面穩(wěn)定性、周向穩(wěn)定性及耐腐蝕性能均與其位移量即疲勞壽命相關(guān),。過低的疲勞壽命將會導(dǎo)致波紋管穩(wěn)定性及耐蝕性能下降,。根據(jù)試驗和使用經(jīng)驗，用于供熱工程的波紋管疲勞壽命應(yīng)不小于1000次,。
　　大多數(shù)波紋管的失效是由外部環(huán)境腐蝕造成的,，因此在進行補償器的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可考慮隔絕外部腐蝕介質(zhì)與波紋管的接觸,。如對于外壓軸向型補償器可在出口端環(huán)與出口管之間增加填料密封裝置,，其作用相當(dāng)于套筒補償器，既可抵擋外部腐蝕介質(zhì)的侵入,，又給波紋管補償器增加了一道安全屏障,，即使波紋管破壞，補償器還可以起到補償作用并避免波紋管失效,。
　　3.2保證安裝質(zhì)量
　　波紋管不能承重,，應(yīng)單獨吊裝；除設(shè)計要求預(yù)拉伸或冷緊的預(yù)變形量外,，嚴禁用使波紋管變形的方法來調(diào)整管道的安裝偏差,；安裝過程不允許焊渣飛濺到波紋管表面和受到其他機械性損傷；波紋管所有活動元件不得被外部構(gòu)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(zhì)應(yīng)嚴格控制水中氯離子含量不超過25×10-6,，并應(yīng)及時排盡波紋中的積水等,。
　　4結(jié)束語
　　補償器存在的問題主要有波紋管的穩(wěn)定性及腐蝕。通過合理的設(shè)計波紋管波形參數(shù)和疲勞壽命,、安裝正確及管系應(yīng)力分析完善等措施,，可以解決波紋管的穩(wěn)定性問題。對于腐蝕問題,，可以通過兩種方式解決：(1)合理的波紋管選材和補償器結(jié)構(gòu)設(shè)計,，阻斷腐蝕源。(2)加強小室積水管理,，從根本上解決腐蝕問題,。