燃气桥管中波纹管补偿器的应力分析及补偿改进设想
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燃气 桥 管 中波 纹 管补 偿 器 的应 力分 析 及补 偿 改进 设 想
上海 煤 气 第 二 管线 工 程 有 限公 司 苏 蕙 蕙
摘 要 ： 纹 管 补 偿 器 在燃 气桥 管 敷 设 过 程 中 广泛 应 用 ，文 章 着 重对 燃 气 桥 管 中 波纹 管补 偿 器 的应 力进 行 了监 波
温 度 引起 的波 纹 管缩 短 量 计 入 在 降压 时位 移 变 化
值 中 ，所 以降压 时位移变 化量会 偏大 。
２３２ 无 内压 情况 下波 峰波 谷 的应 变变 化分 析 ．．
经 过测试 ， 无 内压的情 况下各 测点应 变变化 在
图 ９ 温 传 感 器 ２删 得 的温 发 Ｉ 芰 ） Ｌ
传输 １ 的频率获 得数据 。 次
２２ 设计工况 ．
间腐蚀 沟槽 ，为 引起应 力腐 蚀开裂 的裂源 。 （） ２腐蚀介 质 ， 留物及工作 介质 中含有 的氯离 残
子和硫离 子 。 （） ３应力（ 残余 应力和 服役应 力） 。 （） ４材质 中有较 多变形 马 氏体使 脆性增 加 。 上述 前 ３ 因素构 成 了应 力腐蚀 的基本 条件 ， 项
测 研 究 和 分析 ，有 针 对 性 对燃 气 桥 管 补 偿 问题 提 出 了 改进 设想 建 议 。
关 键 词 ： 波纹 管 补 偿 器
燃 气 桥 管
应 力 分 析
补 偿
０ 前 言
燃气 桥管 作为一种 架 空管线 ，它 的安全 问题 是
整 个管线 安全 建设 的重 要组 成部分 。桥 管发 生事 故
６６ ９
４０ ９
６ ０
４ ２
７０ ８５ ９ ～ ｌ
５Ｏ ５ ｌ ３ ～ ７
ｌ９ １
８ １
ｌ８３ ９
ｌ２９ ９
ｌ 定港 桥西侧 （ 城东 路） Ｏ 环 ＤＮ ０ ２０ １ Ｉ ｌ ２ ｌ ３ １ ４ ｌ ５ 上横 泾桥 （ 目华路） 交大校 区 内 团 结塘路 （ 浪路） 海 下横 泾（ 环城 东路） 沙港 桥（ 亭 公路） 南 Ｄ ０ Ｎ３ Ｏ Ｄ ０ Ｎ７ ０ Ｄ ０ Ｎ３ ０ Ｄ ０ Ｎ３ ０ Ｄ ０ Ｎ３ ０
２ ６ ６ ４ ５ ７ ４ ４ ４ ０ ５ ２
１ ２９ ５． ｌ２ ５． ４ ｌ ２５ ４． ｌ ７５ ３． １５ ２． Ｏ １３ ２． ８
上 海 煤 气 ２ １ 年第 ３期 （ ０１ （
貅Ｉ ｓ ｏｎ ｓｌ
１ 波纹管补 偿器损 坏形 态 波 纹 管补 偿 器 破 坏 形态 主 要 为 裂 纹 沿波 峰周 向扩展 ，开始于波 纹管 的 内壁 ，并 向外壁 扩展 。经 有关部 门鉴定 ，波纹 管补偿 器开裂 形态 多数为应 力
结合 试验条 件 的可 行性 ，考 虑温度 、内压对波 纹 管应变 和位移 的影 响 ， 试验 设计 了下面 ３种工况 ：
工况 １ 无压状 态下波 纹管应 变和位 移 的监测 ， ：
主要 判 别 在温 度 作 用 下 桥 管变 形 所 引起 的波 纹 管
应变和 位移 ；
而较 多的马 氏体 的产 生，加速 了应 力腐蚀 开裂和 疲
２９ ｌ ８ ｌ ９ ５
ｌ３ ７
３５ ６． ０ ３７ ３． ５ ２６ ９ ９
２８ ８． ３
５
东 门港 桥（ 兰博路 ）
Ｄ ３０ Ｎ ０
６
４０ ６
３ ２
５９ ５９ ２ ￣４
８ ９
２ ８１ ７
６
７
秀 龙桥 （ 亭公路 ） 南
淀港（ ） Ａ４
不仅导致 管线 设备非计 划检修 、更 换或 企业停产 ，
还会 造成严 重 的资源浪 费 ，同 时也对 桥 管沿线 的生 态环 境造成 恶劣 的影 响 ，甚至 严重污 染破坏 环境 。 特别 是 随着 城市 的发展 和人们 生活水 平 的提 高 ，越
来越 多压力管 道安装 在 人群密集 的地 区 ，一旦 发生 桥管 事故都将 产生 灾难性 的后 果 ，给 国家和 人们 带 来 巨大的损 失 。
Ｄ ７０ Ｎ ０
Ｄ ７０ Ｎ ０
４
６
５６ ７
６６ ９
４ ０
６ ０
６１ ６２ ６ ￣８
８０ ８７ ３ ￣３
１６ ０
１ｌ ４
２５０ ６
２ ５０ ３．
８
９
新横泾 桥（ 南奉 公路） ＤＮ ０ ７０
南 王港ｆ 环城 东路） Ｄ ０ Ｎ３ ０
６
８
各测 点应 变 变 化 主 要 是 由于 管 道 因温 度 变 化 而轴
向伸缩 所引起 。在 同一条件下 ，波峰 处外表 面 的经 向应变 变化量 普遍 比环 向应 变变 化量大 。波 纹管应 力 变 化 一天 一 个 循 环 ，使 波 纹 管 受 力存 在 疲 劳 问 题 ，可 能导致波 纹管疲 劳断裂 。
腐蚀及 疲劳开裂 ，有 以下 因素造成 开裂 ： （１ 面质量 ， １ 表 如酸洗 过度 引起 的材 料表面 的 晶
置于波峰 波谷 处 ，配一个 数据采 集箱接 收数据 ，并 搭配 另 一 波 纹 管做 温 度 补 偿 。波 纹 管 上布 置 位 移 计 。另外 ，考虑 到温度对 波纹 管受力 的影 响，在 波 纹管上布 置 了 ４个温 度传 感器 以及在桥 管模型 的跨 中布 置了 ３ 个温 度传感 器和 ３ 个热 流计 ， 平均 ３ ｎ ０ｍｉ
上海 煤气 ２１年第 ３ （ ０１ 期 （刀
瓣Ｉ ｓ ｏｎ ｓｌ
ｒ
＝ 二 甄 ｉ
。
４ 燃 气桥 管的补偿 改进设 想 ４１ 燃气 桥管 的补偿 方法 ． 管 道 因季 节 更 替 及 输送 介 质 高于 常温 将 发 生 热胀 冷缩 ，长度 发生变 化 。当温 度较 高、管道 较长 、
４
表 １ 超 长 桥 管 波 纹 管 明细
桥管 名称 陈湾 港（ ４ Ａ） 九华苑ｆ 国顺 路） 南 门港桥（ 兰博 路）
薛湾港 （ ４ Ａ ）
口径 Ｄ ０ Ｎ７ ０ Ｄ Ｏ Ｎｌ ０ Ｄ ３０ Ｎ ０
Ｄ ７０ Ｎ ０
波数 产 品长 度 允许 拉伸长 度 测 量长 度
ｍ ｒ ｒ ｌ
实际最 大拉伸 实 际最大 拉＇ ／ ｆ 允许拉 伸 ｑ ￣
ｍｍ ％
６ ８ ６
６
６６ ９ ２０ ８ ４０ ６
６６ ９
６ ０ ２ ４ ３ ２
６ ０
９５ ９５ ０ ￣ ｌ ３８ ３ ｌ ４ ￣６ ５２ ５５ ０ ￣ ５
８２ ８９ ５ ￣６
…＼ ………… ｊ Ａ Ｉ ｝ Ｌ 卜
图 ３ 位 移 计 布 置
管在运 行状态 下的应变 和位 移情况 ，并分 析波纹 管 补偿 器受温度 和 内压作用 的影 响程 度 。
２１ 监 测布置 ． 监测布 置如 图 ２所示 。
０
§。 。
＿ ｜
∞０
＇ Ｏ Ｏ０
的变 化值 分别为 １ １ ． ７ ｍｍ、１ ７ｍｍ、２０ ］ ；接 ． ３ ．５＇ ＇ ＩＩ ＤＯ
瓤
图 ８ 温度传感器 １ 测得 的温 度 变 化
下来 的平缓 阶段 是压强 维持在 ０４ ＭＰ ，接下 来 的 ． ａ
平缓 阶段是 压强维 持在 ０ ａ ． ＭＰ ，约 ３ ｎ ４ ０ｍｉ，压强 上下有 一些波 动 ；然 后 降压 至 ０ ，一 个循环 结束 。
４ ８ ４ ６ ６ ８
３０ ８ ５６ ６ ５６ ４０ ６ ４０ ６ ５０ ０
ｌ ７ ４ ２ ４ ０ ３ ２ ３ ２ ４ ２
３９ ４ ６ ９￣ ０ ５７ ６０ ８￣ ３ ６ １６ ３ ３ ￣ ３ ４６ ５４ ９￣ ０ ４２ ５ ０ ９￣ ０ ５８ ５２ ４ ￣ ５
其 中波纹 管破坏 频繁且 后果尤 为突 出 ，而且 ，波 纹 管 在 正 常运 行 状 态 下 也经 常 出现 拉 伸量 超 长 的 状 况 ， 调查奉 贤区部 分 的波 纹管超 拉伸情 况见表 １ 经 。
ｆ） 纹管补 偿器被 拉裂 ； １波 （１ ２支墩 与桥管 的连接 破坏 。
序号 ｌ ２ ３
１
Ｉｌ， ，３ Ｃ
另外 ，波峰 处的经 向应力 比环 向应力大 得多 ，所 以
波 峰处一般 会 出现 环 向裂缝 。
图 ５ 位 移 计 ２测 得 的位 移
２３ 波纹 管温度 变化 图 ．． ４
；
０二Ｉ＿＝Ⅲ 。 仆川＿＝二 ｃ∽＝ ＝ 川＝＿＿＝ 一＝ ＿ ＿ ＝＝ ㈠ ＿ ＝＿ ＝ ｌ
＇ ０
钟 Ｏ
图 ２ 应变 片测点位置
具 甲 应 ， 片 （ 置 见 图 ２ 甲 Ａ 、Ｂ、Ｃ处１ 艾 位 ，分 别
图４ 位移计 １ 测得 的位移
刀 ） ０１ ）２１年第３ 上海煤气 期
Ｔ＇Ｈ￥ － Ｉ ａ ｍ
规律 十分 明显 ， 似成 周期性 变化 ， 近 周期 约为 一 ， 天
－
图 ７ 温 度 传 感 器 布 置
０
｛ ｝ ｉ’
１
１
ｌ
。 ．
图 ６ 位 移 计 ３测 得 的位 移
从 以上数 据看 ，加压 和 降压 过程 中位移变 化值 有 些许不 同。一 开始 的上 升阶 段是加 压过 ，管道 内压强有 ０升 至 ０４ＭＰ ，此 过程 中位 移 计 １ 、３ ． ａ 、２
２３３ 内压 ０４ＭＰ ．－ ． ａ情况 下波 峰波谷应 变变化 分析 我 们可 以看到 ，加 压后波 峰处 的应变变 化值 明
显 大于波 谷处 的应变 变化值 ，例如 ：处在波 纹管下 方 的测 点 ，波 峰处 的数值要 远远 高于波谷 处数值 。
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燃气 桥 管 中波 纹 管补 偿 器 的应 力分 析 及补 偿 改进 设 想
上海 煤 气 第 二 管线 工 程 有 限公 司 苏 蕙 蕙
摘 要 ： 纹 管 补 偿 器 在燃 气桥 管 敷 设 过 程 中 广泛 应 用 ，文 章 着 重对 燃 气 桥 管 中 波纹 管补 偿 器 的应 力进 行 了监 波
温 度 引起 的波 纹 管缩 短 量 计 入 在 降压 时位 移 变 化
值 中 ，所 以降压 时位移变 化量会 偏大 。
２３２ 无 内压 情况 下波 峰波 谷 的应 变变 化分 析 ．．
经 过测试 ， 无 内压的情 况下各 测点应 变变化 在
图 ９ 温 传 感 器 ２删 得 的温 发 Ｉ 芰 ） Ｌ
传输 １ 的频率获 得数据 。 次
２２ 设计工况 ．
间腐蚀 沟槽 ，为 引起应 力腐 蚀开裂 的裂源 。 （） ２腐蚀介 质 ， 留物及工作 介质 中含有 的氯离 残
子和硫离 子 。 （） ３应力（ 残余 应力和 服役应 力） 。 （） ４材质 中有较 多变形 马 氏体使 脆性增 加 。 上述 前 ３ 因素构 成 了应 力腐蚀 的基本 条件 ， 项
测 研 究 和 分析 ，有 针 对 性 对燃 气 桥 管 补 偿 问题 提 出 了 改进 设想 建 议 。
关 键 词 ： 波纹 管 补 偿 器
燃 气 桥 管
应 力 分 析
补 偿
０ 前 言
燃气 桥管 作为一种 架 空管线 ，它 的安全 问题 是
整 个管线 安全 建设 的重 要组 成部分 。桥 管发 生事 故
６６ ９
４０ ９
６ ０
４ ２
７０ ８５ ９ ～ ｌ
５Ｏ ５ ｌ ３ ～ ７
ｌ９ １
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ｌ２９ ９
ｌ 定港 桥西侧 （ 城东 路） Ｏ 环 ＤＮ ０ ２０ １ Ｉ ｌ ２ ｌ ３ １ ４ ｌ ５ 上横 泾桥 （ 目华路） 交大校 区 内 团 结塘路 （ 浪路） 海 下横 泾（ 环城 东路） 沙港 桥（ 亭 公路） 南 Ｄ ０ Ｎ３ Ｏ Ｄ ０ Ｎ７ ０ Ｄ ０ Ｎ３ ０ Ｄ ０ Ｎ３ ０ Ｄ ０ Ｎ３ ０
２ ６ ６ ４ ５ ７ ４ ４ ４ ０ ５ ２
１ ２９ ５． ｌ２ ５． ４ ｌ ２５ ４． ｌ ７５ ３． １５ ２． Ｏ １３ ２． ８
上 海 煤 气 ２ １ 年第 ３期 （ ０１ （
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１ 波纹管补 偿器损 坏形 态 波 纹 管补 偿 器 破 坏 形态 主 要 为 裂 纹 沿波 峰周 向扩展 ，开始于波 纹管 的 内壁 ，并 向外壁 扩展 。经 有关部 门鉴定 ，波纹 管补偿 器开裂 形态 多数为应 力
结合 试验条 件 的可 行性 ，考 虑温度 、内压对波 纹 管应变 和位移 的影 响 ， 试验 设计 了下面 ３种工况 ：
工况 １ 无压状 态下波 纹管应 变和位 移 的监测 ， ：
主要 判 别 在温 度 作 用 下 桥 管变 形 所 引起 的波 纹 管
应变和 位移 ；
而较 多的马 氏体 的产 生，加速 了应 力腐蚀 开裂和 疲
２９ ｌ ８ ｌ ９ ５
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３５ ６． ０ ３７ ３． ５ ２６ ９ ９
２８ ８． ３
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东 门港 桥（ 兰博路 ）
Ｄ ３０ Ｎ ０
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还会 造成严 重 的资源浪 费 ，同 时也对 桥 管沿线 的生 态环 境造成 恶劣 的影 响 ，甚至 严重污 染破坏 环境 。 特别 是 随着 城市 的发展 和人们 生活水 平 的提 高 ，越
来越 多压力管 道安装 在 人群密集 的地 区 ，一旦 发生 桥管 事故都将 产生 灾难性 的后 果 ，给 国家和 人们 带 来 巨大的损 失 。
Ｄ ７０ Ｎ ０
Ｄ ７０ Ｎ ０
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新横泾 桥（ 南奉 公路） ＤＮ ０ ７０
南 王港ｆ 环城 东路） Ｄ ０ Ｎ３ ０
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各测 点应 变 变 化 主 要 是 由于 管 道 因温 度 变 化 而轴
向伸缩 所引起 。在 同一条件下 ，波峰 处外表 面 的经 向应变 变化量 普遍 比环 向应 变变 化量大 。波 纹管应 力 变 化 一天 一 个 循 环 ，使 波 纹 管 受 力存 在 疲 劳 问 题 ，可 能导致波 纹管疲 劳断裂 。
腐蚀及 疲劳开裂 ，有 以下 因素造成 开裂 ： （１ 面质量 ， １ 表 如酸洗 过度 引起 的材 料表面 的 晶
置于波峰 波谷 处 ，配一个 数据采 集箱接 收数据 ，并 搭配 另 一 波 纹 管做 温 度 补 偿 。波 纹 管 上布 置 位 移 计 。另外 ，考虑 到温度对 波纹 管受力 的影 响，在 波 纹管上布 置 了 ４个温 度传 感器 以及在桥 管模型 的跨 中布 置了 ３ 个温 度传感 器和 ３ 个热 流计 ， 平均 ３ ｎ ０ｍｉ
上海 煤气 ２１年第 ３ （ ０１ 期 （刀
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４ 燃 气桥 管的补偿 改进设 想 ４１ 燃气 桥管 的补偿 方法 ． 管 道 因季 节 更 替 及 输送 介 质 高于 常温 将 发 生 热胀 冷缩 ，长度 发生变 化 。当温 度较 高、管道 较长 、
４
表 １ 超 长 桥 管 波 纹 管 明细
桥管 名称 陈湾 港（ ４ Ａ） 九华苑ｆ 国顺 路） 南 门港桥（ 兰博 路）
薛湾港 （ ４ Ａ ）
口径 Ｄ ０ Ｎ７ ０ Ｄ Ｏ Ｎｌ ０ Ｄ ３０ Ｎ ０
Ｄ ７０ Ｎ ０
波数 产 品长 度 允许 拉伸长 度 测 量长 度
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实际最 大拉伸 实 际最大 拉＇ ／ ｆ 允许拉 伸 ｑ ￣
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图 ３ 位 移 计 布 置
管在运 行状态 下的应变 和位 移情况 ，并分 析波纹 管 补偿 器受温度 和 内压作用 的影 响程 度 。
２１ 监 测布置 ． 监测布 置如 图 ２所示 。
０
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的变 化值 分别为 １ １ ． ７ ｍｍ、１ ７ｍｍ、２０ ］ ；接 ． ３ ．５＇ ＇ ＩＩ ＤＯ
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图 ８ 温度传感器 １ 测得 的温 度 变 化
下来 的平缓 阶段 是压强 维持在 ０４ ＭＰ ，接下 来 的 ． ａ
平缓 阶段是 压强维 持在 ０ ａ ． ＭＰ ，约 ３ ｎ ４ ０ｍｉ，压强 上下有 一些波 动 ；然 后 降压 至 ０ ，一 个循环 结束 。
４ ８ ４ ６ ６ ８
３０ ８ ５６ ６ ５６ ４０ ６ ４０ ６ ５０ ０
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其 中波纹 管破坏 频繁且 后果尤 为突 出 ，而且 ，波 纹 管 在 正 常运 行 状 态 下 也经 常 出现 拉 伸量 超 长 的 状 况 ， 调查奉 贤区部 分 的波 纹管超 拉伸情 况见表 １ 经 。
ｆ） 纹管补 偿器被 拉裂 ； １波 （１ ２支墩 与桥管 的连接 破坏 。
序号 ｌ ２ ３
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Ｉｌ， ，３ Ｃ
另外 ，波峰 处的经 向应力 比环 向应力大 得多 ，所 以
波 峰处一般 会 出现 环 向裂缝 。
图 ５ 位 移 计 ２测 得 的位 移
２３ 波纹 管温度 变化 图 ．． ４
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０二Ｉ＿＝Ⅲ 。 仆川＿＝二 ｃ∽＝ ＝ 川＝＿＿＝ 一＝ ＿ ＿ ＝＝ ㈠ ＿ ＝＿ ＝ ｌ
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图 ２ 应变 片测点位置
具 甲 应 ， 片 （ 置 见 图 ２ 甲 Ａ 、Ｂ、Ｃ处１ 艾 位 ，分 别
图４ 位移计 １ 测得 的位移
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２３３ 内压 ０４ＭＰ ．－ ． ａ情况 下波 峰波谷应 变变化 分析 我 们可 以看到 ，加 压后波 峰处 的应变变 化值 明
显 大于波 谷处 的应变 变化值 ，例如 ：处在波 纹管下 方 的测 点 ，波 峰处 的数值要 远远 高于波谷 处数值 。
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