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不锈钢金属软管产品质量及应用现状

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不锈钢金属软管产品质量及应用现状

发布日期:2018-08-02 作者: 点击:

  金属软管是以波纹管为核心元件的输送各种流体的管配件,其主要功能是减振,消除噪音,具有柔性好、质量轻、耐腐蚀、抗疲劳、耐高低温、减震降噪,密封性强,使用寿命长等优点,广泛应用于航空航天、机车船舶、冶金石化、城市供水、医疗卫生、轻纺电子、能源建筑等领域。近年来,市场对高端金属软管产品需求以每年超过50%的速度增长,进口金属软管产品也以每年30%的速度递增,因此,应提升自主创新能力,强化科技开发,形成核心技术和专利,加快科技成果的转换,满足对金属软管产品需求。
   金属软管在应用中出现的事故及失效原因
  近些年随着金属软管的不断发展,各行各业耐高温、耐高压的波纹金属软管的需求量愈来愈大。与此同时金属软管发生失效的事故也在日益增多,由于软管失效而造成事故、环境污染及经济等方面的损失巨大。以下为部分近期出现的金属软管失效案例。
(1) 某公司沿海供热管系金属软管在生产运行中爆裂,造成10t 油品泄漏至内河,造成环境污染。其失效主要原因为点腐蚀及应力腐蚀造成钢丝网套损坏引起失效。
(2) 乌鲁木齐市某炼油厂芳烃车间连续重整装置加热炉辅助火嘴金属波纹软管发生泄漏。其失效主要原因为金属软管材料不符合设计要求,腐蚀性环境也加剧了管道的破裂。
(3) 某艇与空压机连接的金属软管在靠近管路系统一端发生断裂,金属软管的钢丝网套与接头完全崩断。其失效主要原因为Cl 离子腐蚀造成钢丝网套损坏引起失效。
(4) 某工程制冷机房冷冻水循环水泵出口金属软管在运行时,出现外网破坏,内胆局部变形,管道在软节处错位的现,其失效主要原因为固定支架强度低、金属软管外钢网强度低。
(5) 某输送液硫的波纹金属软管发生破裂导致液硫泄漏。其失效主要原因为使用过程中的应力腐蚀及生产过程中的材料固溶处理不当导致金属软管开裂。
( 6) 某油库油罐进出油管阀门前安装的金属软管变形严重,网套不锈钢带及金属软管被拉伸引起失效,其失效主要原因为管线支座设置不合理致使补偿时管线整体侧移引起失效。
2 金属软管失效机理及建议
2.1 金属软管的设计与选型
2.1.1 原材料质量
一般软管的材料和丝网均选用奥氏体不锈钢( 304,316L) ,Cr、Mo、Ni 等元素能使其具有良好抗点腐蚀性能,且随着钢中的C 含量的降低,抗点蚀性能提高。制造企业应选用符合标准要求的材质,保障产品耐腐蚀和应力腐蚀性能。
2.1.2 尺寸
    软管的尺寸在一定程度上决定其寿命。如金属软管过短可能达不到补偿、减振、消除噪音等目的; 而软管过长将产生失稳、增大流阻以及附加的机械损伤及振动等问题。因此,在使用过程中,应按照GB/T14525-2010 标准要求的曲率半径进行长度的选择。
2.1.3 法兰形式
    两端均为固定法兰,在部分应用场合,易造成软管扭转,降低其使用寿命。可选用一端焊接法兰,一端松套法兰,可达到软管安装后无扭矩的状态,增加使用寿命。
2.2 金属软管的加工
2.2.1 焊接质量
    波纹管、加强环和钢丝网套在焊接过程中易出现钢丝虚焊现象(过烧或未焊上) ,当软管装入管路后由于钢丝受力不均,在介质压力作用下,虚焊钢丝拉脱,可导致波纹管外鼓破坏。
金属软管中的波纹管纵焊缝的虚焊、有气孔、枝晶疏松等缺陷,使波纹管壁厚的有效面积减小,强度不够导致焊缝处开裂破坏。碳钢材料与不锈钢零件焊接,形成典型小面积的阳极性零件和大面积的阴极性零件接触的不利环境,易导致材料迅速腐蚀失效。因此应加强焊接环节工艺研究及焊材材料选择,加强焊接质量检验,以提高产品可靠性。
2.2.2 机械加工
    材料在轧波加工过程中由于受力不均匀,易在波峰内表面产生具有规律性的微裂纹,在焊接和成型工艺过程中,微裂纹起裂于软管内表面,在随后的总成试验及使用过程中微裂纹产生疲劳扩展,Z后失效。材料加工工艺与焊接工艺改进可以避免微裂纹的产生。
2.2.3 热处理
    热处理主要作用为: 提高金属材料的切削性能和加工精度; 提高金属材料的断裂韧性; 减少金属材料的开裂。如果热处理不完全,将影响产品质量。例如: 奥氏体不锈钢的固溶热处理温度约为1 080℃,若固溶处理不完全,碳化物未能充分固溶,材料本身有碳化物析出,则会降低材料的耐蚀性和韧性。要减少热处理所致的缺陷,应消除裂纹产生条件,提高表面压应力,提高金属材料质量并适当添加合金元素。
2.3 安装
    安装不规范,对软管施加额外应力,如强扭、强拉、摩擦、冲撞、撬杠施力均会对产品造成损伤。例如,在安装过程中,应将金属软管保持在自由状态下直线安装,不应强行轴向拉伸或压缩,顺其自然地水平放置,这样可以避免由于强行拉、压或弯曲造成金属软管的网套脱网。
2.4 应用环境
2.4.1 温度
   在高温下使用的金属软管,须按金属软管高温下的工作压力温度修正系数,降低其额定工作压力,以确保在安全的条件下进行使用。
2.4.2 腐蚀
    金属软管材质一般为不锈钢,介质中存在的活性阴离子( 如氯离子和硫离子等) 易破坏不锈钢钝化膜,在基层金属上出现小腐蚀孔,它是点腐蚀生成的活性中心。蚀孔内金属表面电位较负,蚀孔外金属表面电位较正,于是孔内和孔外构成了一个活态钝态微电偶腐蚀电池,电池具有大阴极小阳极的面积比结构,阳极电流密度很大,蚀孔加深很快。腐蚀后的金属软管强度降低,在承受内压及拉载荷时易造成失效。因此,在具有腐蚀性环境应用的金属软管,应有针对性地选择材料,增加防护措施,提高抗腐蚀性能。
2.4.3 疲劳失效
    在动态工作状态下,金属软管受到循环载荷作用往往发生疲劳裂纹破坏。此种破坏属正常失效。为延长使用寿命应保证软管设计选型正确,安装准确无误,不使软管产生扭曲等附加应力。
2.4.4 水击现象
    水击现象是由于介质流动状态忽然改变,管内流体动量发生变化而产生的压力瞬变过程,是管内不稳定流动所引起的一种特殊振荡现象。急剧升降的压力波通过管路传递时会产生一种犹如用锤子敲击管路时发出的噪音,因此亦称为水锤。当水击发生时,对管道的弯管段的冲击力更加强烈。因此,用户应按照操作规程的要求,如缓慢加温,平稳加压,降低瞬时流量及压力的变化量,避免水击现象的产生。
2.4.5 输送介质
    若软管中输送介质具有化学属性( 酸性或碱性) ,易发生电化学反应,应按软管材质的耐腐蚀性能参数表,对软管各零件的材质进行合理选择。
    除上述外,管内的热膨胀、外部振动和冲击、交变工作条件、缺少定期的监测与保养、管理不到位等,也都会影响软管的寿命。
3 金属软管在重点行业的应用现状
3.1 军用软管行业
    军用不锈钢金属软管市场分为上天飞行器用软管和地面设备用软管两大类。上天用不锈钢金属软管由于受定型产品的约束,尚未有新品代替,仍以无缝软管为主。地面设备用军品软管由于使用场合的风险较小,己逐渐有被民用不锈钢金属软管替代的趋势。
3.2 民用软管主要行业
3.2.1 钢铁冶金行业
    不锈钢金属软管正逐渐从产品性能竞争过渡到性能价格比的竞争,产品结构基本定型,该行业应用不锈钢金属软管己被广泛认同。
3.2.2 石化行业
    大口径高压软管及储罐中央排水软管的市场需求越来越大,而该领域国内新品开发远不能满足市场需求。目前,某些场合的软管己出现其他产品替代的现象,如码头用管道市场上出现的非金属管。
3.2.3 铁路机车行业
    由于铁道部资料对所用规定的复合胶管形式作了定型规定,产品结构近些年变化不会很大,目前主要表现为价格和服务的竞争。但从长远来看,由于使用工况复杂,复合胶管损坏的不确定性,从国外该行业软管的发展来看,被不锈钢金属软管代替是不可避免的,该产品的开发尚在进行中。
3.2.4 船舶行业
    产品除需要经船级社检测外,无专门产品技术性能要求,但其市场需求量也非常巨大。例如内河采用的是浮码头,阀室至输油臂段必须采用金属软管加以补偿,否则会形成巨大的界面应力,对装卸船管线及输油臂等设施造成严重损坏。
3.2.5 汽车排气系统行业
    汽车行业,主要是排气管系统用波纹管挠性节的市场,其市场具有非常大的潜力,目前该产品的发展趋势良好。但需要解决产品的性能稳定性和生产率、成本等问题。
3.2.6 给排水、空调行业
由于金属软管具有可靠性高、耐高温、补偿量大的优点,近年来已经越来越多地在给排水、空调水系统中得到应用。
3.3 特种软管行业
    该行业用软管主要是指海洋软管系列,由于其设备要求高,投资规模巨大( 约5亿元) ,目前国内还没有能力自行开发研制,大多依靠进口,市场非常巨大。
4 结束语
    由金属软管应用现状及近年来由于金属软管失效导致的事故案例的列举,可以看到金属软管的产品质量将影响航空航天、机车船舶、冶金石化、城市供水等领域。从失效原因分析看,加强设计、制造及应用各环节监管,可以有效提升产品质量。在金属软管从特种设备名录删除后,无制造许可证企业对市场的冲击力增大,产品质量情况堪忧,因此,加强对软管企业监督管理势在必行。从金属软管的国际国内标准来看,实施各种软管的质量与技术验证试验,有据可依,行之有效。通过验证试验及监督管理,发现产品缺陷,进而帮助用户把好质量关,帮助企业提升产品质量。


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