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成功案例

纳米抗菌不锈钢塑料复合管道泄漏原因分析

发表时间:2008/01/21 来源:万方数据   作者:马小明 余娟  
关键字:复合管  泄漏  应力集中  措施  
针对不诱钢塑料复合管泄漏事故,对该管材法兰连接处裂纹进行宏观形态分析,用ANSYS软件分析管道的应力应变情况。分析表明,该泄漏事故主要原因在于管材结构突变造成应力集中及管材本身的加工工艺过程存在不足。在此基础上提出了相应的改进措施。

    纳米抗菌不锈钢塑料复合管材是一种新型管材,该管材在产品设计、纳米抗菌材料的技术应用和管道连接等方面都有所创新,它由纳米抗菌剂和有关抗菌载体配制后与热塑性塑料混合制成抗菌母粒作为内层抗菌层,热塑性塑料经挤出成型为内层塑料管,经涂覆热熔胶后,再在外层用不锈钢包覆,经焊接、打磨和抛光后制成,常用于室内供水、供暖和供燃气.这种管材因外层用不锈钢包覆,既不生锈又耐腐蚀,内层塑料管因与阳光和大气不直接接触而减缓了老化速度。
   
    2005年,某住宅区6栋32层住宅楼的给水用纳米抗菌不锈钢塑料复合管道在试压期间发生大量泄漏,并发展到在没有压力的情况下,只要管道内有水就发生泄漏的严重事故。为查明该新型给水管道泄漏的原因,笔者进行了一系列的检验,以确定泄漏发生的原因。

1管材概况
   
    这批复合材料管道最外层为0.8~1 mm的不锈钢带;第二层为非均匀分布的介于不锈钢带与第三层之间的热熔胶;第三层为厚度范围在5~10mm的热塑性高密度聚乙烯;第四层为纳米抗菌层,厚度在0.5 mm左右。管件为注塑件,管件与直管段的连接采用内层塑料热熔法连接,外层为不锈钢卡压连接。该管道为高层建筑给水管道,管道的设计压力为1.6 MPa,水压试验压力为2 MPa。

2 宏观形态分析
   
    以随机方式抽样,即按直径、连接方式分别取DN160,DN90管材、弯头、法兰连接附件的样品,DN110,DN75管材的样品,发现泄漏的主要部位在法兰连接处。在所有样品截取前,重点考察几何尺寸有无异常,有无持久塑性变形的迹象,通过测量,没有发现明显的异常变形情况和塑性变形情况。
   
    为查出泄漏的原因,将法兰附近150~200 mm长的管连同法兰一同截下进行检验与分析。随机从12对带有法兰的24个短节中抽取13个带有法兰的管段,其中DN160的选取8个,DN90的选取5个,用手锯缓慢从管段上切下,沿管轴线方向将带有法兰的管段刨分2~8瓣:小直径管最少为2瓣,多则达4瓣,大直径管最少为4瓣,多则达8瓣,以便进一步观察。
   
    纵观所取样品中,发现主要存在以下几方面的问题:
   
    (1)微裂纹与穿透性裂纹(见图la)。13个管段样品中10个管段存在此现象,大管径管更为严重,8个DN160管段刨分件均发现裂纹或贯穿性裂纹,占刨分大管的100%。小管径管所占比例较小,5个样品中发现2个存在微裂纹,占40%。

    (2)注塑或热熔粘合缺陷(见图1b)。主要发生在注塑法兰环或法兰插人管内段与管内表面粘合层之间,表现为环状孔洞或层间间隙。
   
    (3)不锈钢带与塑料管间粘合不良(见图lc)。主要表现为热熔胶分布严重不均匀,导致大面积缺胶,不锈钢与塑料管外壁间存在较大间隙。
   
    (4)法兰与管热熔粘合后固化,在法兰伸入管末端与管内壁形成的非光滑连接严重凸出(见图1d),造成几何形状的不连续,既增加了管内流体阻力,又造成管子壁厚突变,是引起应力集中的重要因素之一,也是所有观察裂纹的起源部位。