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导致双层管道内管褶皱失效的“真凶”,原来是它们!

文章来源:www.cdhcjs.com

发布时间: 2020-4-27 11:30:15

在双层管道中,内层管道的主要作用就是防止输送介质对管道的腐蚀。但是在实际应用中发现,即使在较低的热载荷作用下,双层管道的内层管道也时常发生褶皱的现象(管道功能失效)。为保障双层管道的正常使用,本文现就来深入分析探讨下造成内层管道褶皱的多种因素,以为相关企业自主设计生产双层管道提供设计参考和工艺指导。

 

绝大部分双层管道在升温至500℃时内管仍然没有发生褶皱,而小部分管道低于230℃时即发生褶皱


➤几何与材料缺陷的影响

实验研究发现,绝大部分双层管道在升温至500℃时内管仍然没有发生褶皱,而小部分管道低于230℃时即发生褶皱。发生褶皱的内管有部分存在几何缺陷,但其他发生皱褶的内管无明显几何缺陷处。表明几何缺陷并非造成屈曲的主要原因。同时通过数值计算发现,当内管无几何缺陷时,即使存在材料缺陷,单纯热失配不能导致内管的褶皱。理论与大部分实验结果一致。有限元计算表明,只有当内管存在明显的几何缺陷时,即缺陷尺度与内管厚度处于同一量级,内管才能在热载荷作用下发生褶皱。

➤内外管之间流体压力的影响

考虑到双层管道在制造过程中,内外管之间可能会封闭住气体。因此我们研究了流体压力的影响。发现流体压力可以导致内管褶皱。因为流体压力在温度升高时会急剧膨胀,促使内管发生褶皱鼓包。且计算所得褶皱现象与实验观察结果一致。考虑到双层管道在制造过程中,内外管之间的流体压力随机存在,因此也可以很容易的解释为什么实验中发现只有较少的管道中存在内管褶皱。

➤约束间距的影响

改变双层管道的长度即改变了双层管道的约束间距。数值分析发现,存在流体压力时管道越长,即约束尺寸越大,临界褶皱温度越低。同样温度下,约束间距越大,褶皱高度越大管道功能丧失越严重。

➤约束应力的影响

双层管道在制造过程中,内外管之间可以产生不同程度的约束应力(即接触应力)。数值分析和实验结果都表明,内外管道在无明显几何缺陷的情况下,约束应力不引起内管褶皱。【具体可参考《浅谈双层管道的维修技巧》的相关内容】

 

总的来说,导致双层管道内管褶皱的主要原因无外乎热膨胀系数、约束应力、约束间距、几何缺陷、内外管之间的流体压力等几个方面,只要在生产中严格控制上述诸因素,相信定能够有效减少管道内管失效问题的发生。


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