波纹补偿器是一种弹性补偿元件,故又称之为波纹补偿器。它主要是利用补偿器中的弹性元件的热胀冷缩变形来吸收管线、设备之间由于温度变化引起的热胀冷缩、振动以及安装位置的变化等原因产生的轴向、横向或者角向位移。除此之外,波形补偿器还具有减少振动、降低噪音以及密封的作用。由于补偿器具有工作可靠、结构紧凑、性能良好并且能够自由伸缩等特点,其广泛运用于机械、化工、冶金、电力、桥梁、机车、船舶、核能等工业领域。由于波纹管补偿器在管道的运用中占的比例较大,因此文章主要是研究管道用波纹管补偿器。

　　在化工、电力、钢铁等大型企业,基本上都是利用管道来输送各种流体介质,当管道中的介质或者环境温度发生变化时,管道可能会产生很大的热应力,然后通过管道传递到固定支架或者设备上。当温差超过许用的范围时,热应力将大于管道所能承受的极限应力值,管道就会发生变形,严重的会导致固定支架和设备发生破坏,管道发生破裂。如果管道的变形量比较小,则可以通过利用管道的自然弯曲变形或者在管道中设置π形等来补偿热位移,但是当自然补偿不能达到要求时,这时候就应该考虑设置补偿器。补偿器作为一个具有使用寿命的元件,当补偿器在达到额定的工作寿命以后,为了保证生产的安全,必须更换新的补偿器。由于补偿器在使用过程中,温度、压力、环境因素等的变化,会使补偿器的工作寿命发生变化,一般都是缩短补偿器的使用寿命,也就是说补偿器还没达到额定的使用寿命就发生破坏了。这时候就迫切的需要知道补偿器的寿命是怎么样变化的,从而引出了补偿器寿命评估这一研究课题。

　　波纹管补偿器的可靠性应该从这几个方面进行考虑。

　　1、可靠性设计。

　　1.1材料选择。波纹管补偿器对用于供热管网的波纹管的选材,除应考虑工作介质、工作温度和外部环境外,还应考虑应力腐蚀的可能性、水处理剂和管道清洗剂对材料的影响等,并在此基础上结合波纹管材料的焊接、成型以及材料的性能价格比,优选出经济实用的波纹管制作材料。一般情况下,选用波纹管的材料应满足下列条件:D良好的塑性,便于波纹管的加工成形,且能通过随后的处理工艺(冷作硬化、热处理等获得足够的硬度和强度。2)高弹性极限、抗拉强度和疲劳强度,保证波纹管正常工作。3)良好的焊接性能,满足波纹管在制作过程中的焊接工艺要求。4)较好的耐腐蚀性能,满足波纹管在不同环境下工作要求。大多数生产厂家都采用奥氏体不锈钢,如材料牌号为0Cr18Ni9(相当于304)、00Cr19Ni10(相当于304L)、0Cr17NiMo2(相当于316)、00Cr17Ni4Mo2(相当于316L)。为了提高波纹管的耐蚀性,现供热管网波纹管的用材多选用316或316L,这两种材料用于热力管网应该是性能价格比较为优良的材料。对于地沟敷设的热力管网,当补偿器所处管道地势较低时,雨水或事故性污水会浸泡波纹管,应考虑选用耐蚀性更强的材料,如铁镍合金、高镍合金等。由于此类材料价格较高,在制造波纹管时,可以考虑仅在与腐蚀性介质接触的表面增加一层耐蚀合金。

　　2.2疲劳寿命设计。由波纹管补偿器的失效类型及原因分析可以看出,波纹管的平面稳定性、周向稳定性及耐腐蚀性能均与其位移量即疲劳寿命相关。过低的疲劳寿命将会导致波纹管稳定性及耐蚀性能下降。根据试验和使用经验,用于供热工程的波纹管疲劳寿命应不小于1000次。大多数波纹管的失效是由外部环境腐蚀造成的,因此在进行补偿器的结构设计时,可考虑隔绝外部腐蚀介质与波纹管的接触。如对于外压轴向型补偿器可在出口端环与出口管之问增加填料密封装置,其作用相当于套筒补偿器,既可抵挡外部腐蚀介质的侵入,又给波纹管补偿器增加了一道安全屏障,即使波纹管破坏,补偿器还可以起到补偿作用并避免波纹管失效。

　　2、保证安装质量。波纹管不能承重,应单独吊装;除设计要求预拉伸或冷紧的预变形量外,严禁用使波纹管变形的方法来调整管道的安装偏差;安装过程不允许焊渣飞溅到波纹管表面和受到其他机械性损伤;波纹管所有活动元件不得被外部构件卡死或限制其活动部位正常工作;水压试验用水须干净、无腐蚀性,对奥氏体不锈钢材质应严格控制水中氯离子含量不超过25*10,并应及时排尽波纹中的积水等。

　　结语:综上所述,显然金属补偿器单波位移越大,补偿器横向位移越大,越易产生柱失稳。虽然至今为比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,必须引起重视起来。