波紋管膨脹節(jié)對(duì)管道的力學(xué)影響淺析

屈丹

摘 要：由于現(xiàn)代化工裝置溫度越來(lái)越高，壓力越來(lái)越大，管道外徑越來(lái)越大，導(dǎo)致應(yīng)力計(jì)算條件越來(lái)越苛刻，而金屬膨脹節(jié)可以用很小的長(zhǎng)度吸收很大的位移，不同形式膨脹節(jié)可以吸收不同方向位移，因此被越來(lái)越多的應(yīng)用到化工裝置中。本文簡(jiǎn)單介紹了膨脹節(jié)的分類，以及膨脹節(jié)在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，使設(shè)計(jì)人員認(rèn)識(shí)到膨脹節(jié)在設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要性，使安裝人員了解膨脹節(jié)在現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)該注意的事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：膨脹節(jié);材質(zhì);工藝;使用壽命

1 前言

波紋管膨脹節(jié)（或者叫波形補(bǔ)償器，撓性原件）是由一個(gè)或者多個(gè)波紋管以及相應(yīng)的附件組成的撓性原件，用來(lái)補(bǔ)償管道的熱位移，并減少對(duì)相鄰設(shè)備的損壞（尤其是管口受力有要求的設(shè)備），以保證化工裝置的安全性。

2 波紋管材料選擇

任何一種不銹鋼或者合金鋼抗腐蝕性能都是有條件的，沒(méi)有任何一種不銹鋼或者合金鋼會(huì)在任何條件下均耐腐蝕。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中波紋管的材料選用不僅要考慮波紋管使用條件（波紋管管道的溫度、壓力、介質(zhì)特性等），材料自身的耐腐蝕性能，同時(shí)還應(yīng)該考慮波紋管成型、焊接固有的特點(diǎn)以及材料的性能和材料的價(jià)格，最重要設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意波紋管在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)能保證管道系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.1根據(jù)波紋管材料分類

波紋管種類很多，分類方式也很多，以下介紹兩種最常見(jiàn)的分類形式，其中按照使用材料可分為，金屬膨脹節(jié)和非金屬膨脹節(jié)兩種。那么這兩種膨脹節(jié)區(qū)別是什么呢。

兩者應(yīng)用領(lǐng)域不同：金屬膨脹節(jié)主要應(yīng)用于冶金行業(yè)，化工行業(yè)等，非金屬膨脹節(jié)特別適用于化工裝置中的熱風(fēng)管道以及煙塵管道領(lǐng)域。

兩者補(bǔ)償功能不同：在相同外形條件下，非金屬膨脹節(jié)的補(bǔ)償能力要比是金屬膨脹節(jié)補(bǔ)償能力大很多。但是非金屬膨脹節(jié)的使用壓力很低，因此使用條件比較苛刻。

2.2 金屬波紋管的材料選擇

從目前運(yùn)行的裝置中波紋管膨脹節(jié)所發(fā)生的失效情況來(lái)看，波紋管膨脹節(jié)在使用過(guò)程中發(fā)生材料腐蝕的破壞越來(lái)越多，由此可以得出結(jié)論，金屬波紋管的材料選擇對(duì)膨脹節(jié)的安全起著至關(guān)重要的作用。

3 金屬波紋管的分類

3.1 按照膨脹節(jié)本身是否可以抵抗約束推力，把膨脹節(jié)分為兩大類

①無(wú)約束型脹節(jié)，膨脹本身沒(méi)有抵御壓力推力的能力;②約束型膨脹節(jié)，本身具有抵御壓力推力的能力。

對(duì)于安裝了無(wú)約束型膨脹節(jié)的管道，必須在膨脹節(jié)兩端設(shè)置固定支架，其作用是抵御膨脹節(jié)產(chǎn)生的壓力推力以及管道熱脹應(yīng)力，固定支架的設(shè)置必須遵循以下幾個(gè)原則：

①為了保證每個(gè)膨脹節(jié)在允許位移范圍內(nèi)工作，每?jī)蓚€(gè)固定支架中間只能有一個(gè)無(wú)約束型膨脹節(jié);②管道的固定支架應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度，用來(lái)抵御膨脹節(jié)的壓力推力;③靠近波紋管膨脹節(jié)的部位應(yīng)該設(shè)置導(dǎo)向支架，導(dǎo)向支架應(yīng)該根據(jù)管道的具體走向設(shè)置，用來(lái)保證膨脹節(jié)按照設(shè)計(jì)者意圖吸收位移，并用來(lái)防止膨脹節(jié)失穩(wěn)。

3.2 按照吸收位移分類

根據(jù)膨脹節(jié)吸收位移的類型可以將膨脹節(jié)分為軸向型、橫向型、角向型、萬(wàn)向型：①軸向型，用于吸收軸向位移。如通用型膨脹節(jié)、壓力平衡膨脹節(jié)等;②橫向型，用于吸收橫向位移。如大拉桿膨脹節(jié);③角向型，用于吸收角向位移。當(dāng)設(shè)置鉸鏈時(shí)，用于吸收單平面角向位移;④萬(wàn)向型，由多個(gè)角向型組合而成，可以吸收多個(gè)方向位移。

4 金屬波紋管在設(shè)計(jì)、施工中注意事項(xiàng)

4.1 金屬波紋管的選型

根據(jù)管道具體走向，需要吸收熱位移大小和方向，來(lái)選擇膨脹節(jié)類型，當(dāng)膨脹節(jié)只需要吸收橫向位移時(shí)，可以選用橫向大拉桿膨脹節(jié)，當(dāng)只吸收軸向位移時(shí)，可以選用軸向通用型膨脹節(jié)（不能抵御壓力推力），也可以選用直管壓力平衡膨脹節(jié)（能抵御壓力推力）。當(dāng)管道內(nèi)輸送溫度壓力較高或者輸送介質(zhì)比較危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)設(shè)置安全防護(hù)措施來(lái)保證裝置的安全性。

①波紋管膨脹節(jié)外部可以采用加強(qiáng)加厚的保護(hù)裝置，阻止并減少膨脹節(jié)失效時(shí)，高壓流體或者危險(xiǎn)介質(zhì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員以及周圍環(huán)境影響;②可以抵御壓力推力的拉桿應(yīng)能抵御壓力推力值。抵御盲板力的拉桿現(xiàn)場(chǎng)不允許拆卸;③當(dāng)介質(zhì)危險(xiǎn)程度比較高時(shí)，可以采用雙層波紋管組合的方式，要求每層波紋管拉桿均能抵御壓力推力，而且層與層之間應(yīng)該設(shè)置聯(lián)碩報(bào)警裝置，用來(lái)檢測(cè)介質(zhì)的泄露情況，以此保證裝置的安全。

4.2 金屬波紋管在現(xiàn)場(chǎng)安裝中的注意事項(xiàng)

①運(yùn)輸拉桿等固定部件在安裝和運(yùn)輸過(guò)程中不得松動(dòng)或者拆除;②在安裝時(shí)應(yīng)該使波紋管膨脹節(jié)安裝方向與管道介質(zhì)流向相同（膨脹節(jié)上標(biāo)有其安裝方向）;③如果管道施工過(guò)程中存在安裝偏差，堅(jiān)決不準(zhǔn)利用膨脹節(jié)的變形來(lái)吸收彌補(bǔ)這個(gè)偏差值;④由于波紋管膨脹節(jié)屬于特別容易損壞部件，因此在安裝和運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)該避免產(chǎn)生劃痕，焊接飛濺等影響膨脹節(jié)使用的損傷。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)安裝中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：①在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)力工程師應(yīng)根據(jù)管道的溫度壓力，介質(zhì)的特性等條件進(jìn)行膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)，選擇合適的膨脹節(jié)類型以及合適的膨脹節(jié)材料。做到膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理;②由于膨脹節(jié)屬于現(xiàn)場(chǎng)易損壞部件，因此現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中必須嚴(yán)格按照膨脹節(jié)安裝說(shuō)明進(jìn)行安裝，并嚴(yán)格執(zhí)行膨脹節(jié)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T35990-2018.壓力管道用金屬波紋管膨脹節(jié)[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2018.