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不銹鋼金屬軟管產品質量及應用現狀

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不銹鋼金屬軟管產品質量及應用現狀

發布日期:2018-08-02 作者: 點擊:

  金屬軟管是以波紋管為核心元件的輸送各種流體的管配件,其主要功能是減振,消除噪音,具有柔性好、質量輕、耐腐蝕、抗疲勞、耐高低溫、減震降噪,密封性強,使用壽命長等優點,廣泛應用于航空航天、機車船舶、冶金石化、城市供水、醫療衛生、輕紡電子、能源建筑等領域。近年來,市場對高端金屬軟管產品需求以每年超過50%的速度增長,進口金屬軟管產品也以每年30%的速度遞增,因此,應提升自主創新能力,強化科技開發,形成核心技術和專利,加快科技成果的轉換,滿足對金屬軟管產品需求。
   金屬軟管在應用中出現的事故及失效原因
  近些年隨著金屬軟管的不斷發展,各行各業耐高溫、耐高壓的波紋金屬軟管的需求量愈來愈大。與此同時金屬軟管發生失效的事故也在日益增多,由于軟管失效而造成事故、環境污染及經濟等方面的損失巨大。以下為部分近期出現的金屬軟管失效案例。
(1) 某公司沿海供熱管系金屬軟管在生產運行中爆裂,造成10t 油品泄漏至內河,造成環境污染。其失效主要原因為點腐蝕及應力腐蝕造成鋼絲網套損壞引起失效。
(2) 烏魯木齊市某煉油廠芳烴車間連續重整裝置加熱爐輔助火嘴金屬波紋軟管發生泄漏。其失效主要原因為金屬軟管材料不符合設計要求,腐蝕性環境也加劇了管道的破裂。
(3) 某艇與空壓機連接的金屬軟管在靠近管路系統一端發生斷裂,金屬軟管的鋼絲網套與接頭完全崩斷。其失效主要原因為Cl 離子腐蝕造成鋼絲網套損壞引起失效。
(4) 某工程制冷機房冷凍水循環水泵出口金屬軟管在運行時,出現外網破壞,內膽局部變形,管道在軟節處錯位的現,其失效主要原因為固定支架強度低、金屬軟管外鋼網強度低。
(5) 某輸送液硫的波紋金屬軟管發生破裂導致液硫泄漏。其失效主要原因為使用過程中的應力腐蝕及生產過程中的材料固溶處理不當導致金屬軟管開裂。
( 6) 某油庫油罐進出油管閥門前安裝的金屬軟管變形嚴重,網套不銹鋼帶及金屬軟管被拉伸引起失效,其失效主要原因為管線支座設置不合理致使補償時管線整體側移引起失效。
2 金屬軟管失效機理及建議
2.1 金屬軟管的設計與選型
2.1.1 原材料質量
一般軟管的材料和絲網均選用奧氏體不銹鋼( 304,316L) ,Cr、Mo、Ni 等元素能使其具有良好抗點腐蝕性能,且隨著鋼中的C 含量的降低,抗點蝕性能提高。制造企業應選用符合標準要求的材質,保障產品耐腐蝕和應力腐蝕性能。
2.1.2 尺寸
    軟管的尺寸在一定程度上決定其壽命。如金屬軟管過短可能達不到補償、減振、消除噪音等目的; 而軟管過長將產生失穩、增大流阻以及附加的機械損傷及振動等問題。因此,在使用過程中,應按照GB/T14525-2010 標準要求的曲率半徑進行長度的選擇。
2.1.3 法蘭形式
    兩端均為固定法蘭,在部分應用場合,易造成軟管扭轉,降低其使用壽命。可選用一端焊接法蘭,一端松套法蘭,可達到軟管安裝后無扭矩的狀態,增加使用壽命。
2.2 金屬軟管的加工
2.2.1 焊接質量
    波紋管、加強環和鋼絲網套在焊接過程中易出現鋼絲虛焊現象(過燒或未焊上) ,當軟管裝入管路后由于鋼絲受力不均,在介質壓力作用下,虛焊鋼絲拉脫,可導致波紋管外鼓破壞。
金屬軟管中的波紋管縱焊縫的虛焊、有氣孔、枝晶疏松等缺陷,使波紋管壁厚的有效面積減小,強度不夠導致焊縫處開裂破壞。碳鋼材料與不銹鋼零件焊接,形成典型小面積的陽極性零件和大面積的陰極性零件接觸的不利環境,易導致材料迅速腐蝕失效。因此應加強焊接環節工藝研究及焊材材料選擇,加強焊接質量檢驗,以提高產品可靠性。
2.2.2 機械加工
    材料在軋波加工過程中由于受力不均勻,易在波峰內表面產生具有規律性的微裂紋,在焊接和成型工藝過程中,微裂紋起裂于軟管內表面,在隨后的總成試驗及使用過程中微裂紋產生疲勞擴展,最后失效。材料加工工藝與焊接工藝改進可以避免微裂紋的產生。
2.2.3 熱處理
    熱處理主要作用為: 提高金屬材料的切削性能和加工精度; 提高金屬材料的斷裂韌性; 減少金屬材料的開裂。如果熱處理不完全,將影響產品質量。例如: 奧氏體不銹鋼的固溶熱處理溫度約為1 080℃,若固溶處理不完全,碳化物未能充分固溶,材料本身有碳化物析出,則會降低材料的耐蝕性和韌性。要減少熱處理所致的缺陷,應消除裂紋產生條件,提高表面壓應力,提高金屬材料質量并適當添加合金元素。
2.3 安裝
    安裝不規范,對軟管施加額外應力,如強扭、強拉、摩擦、沖撞、撬杠施力均會對產品造成損傷。例如,在安裝過程中,應將金屬軟管保持在自由狀態下直線安裝,不應強行軸向拉伸或壓縮,順其自然地水平放置,這樣可以避免由于強行拉、壓或彎曲造成金屬軟管的網套脫網。
2.4 應用環境
2.4.1 溫度
   在高溫下使用的金屬軟管,須按金屬軟管高溫下的工作壓力溫度修正系數,降低其額定工作壓力,以確保在安全的條件下進行使用。
2.4.2 腐蝕
    金屬軟管材質一般為不銹鋼,介質中存在的活性陰離子( 如氯離子和硫離子等) 易破壞不銹鋼鈍化膜,在基層金屬上出現小腐蝕孔,它是點腐蝕生成的活性中心。蝕孔內金屬表面電位較負,蝕孔外金屬表面電位較正,于是孔內和孔外構成了一個活態鈍態微電偶腐蝕電池,電池具有大陰極小陽極的面積比結構,陽極電流密度很大,蝕孔加深很快。腐蝕后的金屬軟管強度降低,在承受內壓及拉載荷時易造成失效。因此,在具有腐蝕性環境應用的金屬軟管,應有針對性地選擇材料,增加防護措施,提高抗腐蝕性能。
2.4.3 疲勞失效
    在動態工作狀態下,金屬軟管受到循環載荷作用往往發生疲勞裂紋破壞。此種破壞屬正常失效。為延長使用壽命應保證軟管設計選型正確,安裝準確無誤,不使軟管產生扭曲等附加應力。
2.4.4 水擊現象
    水擊現象是由于介質流動狀態忽然改變,管內流體動量發生變化而產生的壓力瞬變過程,是管內不穩定流動所引起的一種特殊振蕩現象。急劇升降的壓力波通過管路傳遞時會產生一種猶如用錘子敲擊管路時發出的噪音,因此亦稱為水錘。當水擊發生時,對管道的彎管段的沖擊力更加強烈。因此,用戶應按照操作規程的要求,如緩慢加溫,平穩加壓,降低瞬時流量及壓力的變化量,避免水擊現象的產生。
2.4.5 輸送介質
    若軟管中輸送介質具有化學屬性( 酸性或堿性) ,易發生電化學反應,應按軟管材質的耐腐蝕性能參數表,對軟管各零件的材質進行合理選擇。
    除上述外,管內的熱膨脹、外部振動和沖擊、交變工作條件、缺少定期的監測與保養、管理不到位等,也都會影響軟管的壽命。
3 金屬軟管在重點行業的應用現狀
3.1 軍用軟管行業
    軍用不銹鋼金屬軟管市場分為上天飛行器用軟管和地面設備用軟管兩大類。上天用不銹鋼金屬軟管由于受定型產品的約束,尚未有新品代替,仍以無縫軟管為主。地面設備用軍品軟管由于使用場合的風險較小,己逐漸有被民用不銹鋼金屬軟管替代的趨勢。
3.2 民用軟管主要行業
3.2.1 鋼鐵冶金行業
    不銹鋼金屬軟管正逐漸從產品性能競爭過渡到性能價格比的競爭,產品結構基本定型,該行業應用不銹鋼金屬軟管己被廣泛認同。
3.2.2 石化行業
    大口徑高壓軟管及儲罐中央排水軟管的市場需求越來越大,而該領域國內新品開發遠不能滿足市場需求。目前,某些場合的軟管己出現其他產品替代的現象,如碼頭用管道市場上出現的非金屬管。
3.2.3 鐵路機車行業
    由于鐵道部資料對所用規定的復合膠管形式作了定型規定,產品結構近些年變化不會很大,目前主要表現為價格和服務的競爭。但從長遠來看,由于使用工況復雜,復合膠管損壞的不確定性,從國外該行業軟管的發展來看,被不銹鋼金屬軟管代替是不可避免的,該產品的開發尚在進行中。
3.2.4 船舶行業
    產品除需要經船級社檢測外,無專門產品技術性能要求,但其市場需求量也非常巨大。例如內河采用的是浮碼頭,閥室至輸油臂段必須采用金屬軟管加以補償,否則會形成巨大的界面應力,對裝卸船管線及輸油臂等設施造成嚴重損壞。
3.2.5 汽車排氣系統行業
    汽車行業,主要是排氣管系統用波紋管撓性節的市場,其市場具有非常大的潛力,目前該產品的發展趨勢良好。但需要解決產品的性能穩定性和生產率、成本等問題。
3.2.6 給排水、空調行業
由于金屬軟管具有可靠性高、耐高溫、補償量大的優點,近年來已經越來越多地在給排水、空調水系統中得到應用。
3.3 特種軟管行業
    該行業用軟管主要是指海洋軟管系列,由于其設備要求高,投資規模巨大( 約5億元) ,目前國內還沒有能力自行開發研制,大多依靠進口,市場非常巨大。
4 結束語
    由金屬軟管應用現狀及近年來由于金屬軟管失效導致的事故案例的列舉,可以看到金屬軟管的產品質量將影響航空航天、機車船舶、冶金石化、城市供水等領域。從失效原因分析看,加強設計、制造及應用各環節監管,可以有效提升產品質量。在金屬軟管從特種設備名錄刪除后,無制造許可證企業對市場的沖擊力增大,產品質量情況堪憂,因此,加強對軟管企業監督管理勢在必行。從金屬軟管的國際國內標準來看,實施各種軟管的質量與技術驗證試驗,有據可依,行之有效。通過驗證試驗及監督管理,發現產品缺陷,進而幫助用戶把好質量關,幫助企業提升產品質量。


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