【精品】膨胀节使用方法

关于管道应力分析中的波纹管膨胀节当管道输送介质或管道所处环境有温度变化时，管道由温度引起的热胀冷缩是不可避免的，如果不采取一定的方式补偿该尺寸超过某一范围时，温差应力大于管子可承受的应力范围，这时就必须考虑补偿问题。在管系补偿设计中，最为经济的是自然补偿，自然补偿是利用管道的自然弯曲形状所具有的柔性来补偿热位移，显然自然补偿的能力是有限的，当自然补偿不能满足要求时，通常应考虑设置波纹管膨胀节等补偿装置。管系所受载荷主要是外力载荷（管道及流动介质自重，内压，风载，地震荷载等〕和位移载荷，设置管架的目的在于消除外载作用在设备或管道上的作用力，且可把复杂管系分隔成形状比较简单，独立膨胀的管段，保证膨胀节的最佳使用效果。设置膨胀节的目的，在于吸收管道自身无法吸收的热变形，最大限度地减小位移载荷。管道系统中使用波纹管补偿器的若干说明关于管道系统使用波纹管补偿器的若干说明：波纹管补偿器在管道系统中常被用来吸收管道系统由于温度变化所产生的位移。其优点是吸收位移大并且使得管道系统美观和紧凑。在一些较为特殊的场合使用波纹管补偿器可以得到较好的效果，解决了许多困扰设计者的难题。例如空间狭小的场所（航天火箭、核潜艇、）高空架设的管线（汽车制造厂、石化、）大直径管道系统等等（电力-DUCT)。由于波纹管补偿器自身结构的原因，波纹管补偿器也成为管道系统中最为薄弱的环节，因此波纹管补偿器的使用受到较为严格的限制。对于高温、高压的管道系统、介质为易燃、易爆、剧毒的管道系统一般禁用波纹管补偿器。美国等国家一些大的石油化工公司，如EXXON,EASTMAN,SHELL等公司，对波纹管的使用均有严格要求，一般来讲，波纹管补偿器的使用在设计中仅为迫不得已情况下的最后选择，能不使用尽量不使用。一般而言，高温、低压、大直径的管道系统并且在介质较为安全的情况下适合使用波纹管补偿器。尽管如此，在决定使用波纹管补偿器时，应对管道系统进行详细而且严格的应力分析，从而决定安装波纹管补偿器的位置以及型式，不可以盲目的随意使用。无论中国还是其他国家，由于波纹管补偿器使用不当的事故经常发生，由于设计人员的失误，在管道系统中不合适的部位设置了波纹管补偿器并在载荷的作用下使得波纹管补偿器爆炸，从而造成了多人伤亡的事故屡有发生。另外，波纹管膨胀节还存在着易腐蚀和疲劳的的问题，一旦发生腐蚀和疲劳破坏，后果也是极为严重的。一般来说，在波纹管补偿器的使用选型、设计制造、使用操作等环节都不能产生大的问题。因为任何一个环节的失误都会造成严重的事故。一、膨胀节的类型及典型管段的补偿设计1、单式轴向型膨胀节由一个波纹管和两个可与相邻管道、设备相接的端管（或法兰）等组成的挠性装置，主要用于补偿直管段轴向位移，另外也可以吸收少量的横向位移.图1是采用轴向型膨胀节设置实例。单式轴向波纹管膨胀节应用存在横向位移或存在轴向与横向组合位移的场合，使用单式膨胀节所受到的限制主要是膨胀节吸收横向位移的能力有限。另外在工作压力，温度较高，直径较大或无法在结构物上安设主固定支架或多个导向支架的场合，使用轴向型膨胀节可能行不通。复式拉杆型波纹管膨胀节2、复式拉杆型膨胀节由中间接管连接的两个波纹管及拉杆、端板等组成的挠性装置，以横向位移方式补偿平面或立体弯曲管段的热位移，拉杆装置应能承受压力推力及其附加外力的作用。复式拉杆型膨胀节特别适合吸收横向位移，此外，这种设计形式也可用于吸收轴向位移，角位移以及任意由这三种形式合成的位移，一般用法是将这种带连杆的膨胀节设置在呈90°的“Z”形管系的中间管臂内，调整连杆以阻止外部的轴向位移，图2、3是两个应用实例。复式拉杆型膨胀节主要吸收单平面“Z”形弯管的横向位移，中间管臂连杆以内的热位移用膨胀节的轴向位移来吸收，水平管线的热位移由膨胀节的横向位移来吸收。由于压力推力是由拉杆来承受的，所以两端均使用中间固定支架，由于作用于管线上的轴向力，是膨胀节产生的变形反力，因此只需使用导向支架。中间管臂上位于连杆以外的部分，如两端弯管的热膨胀则由水平管道的弯曲来吸收。复式大拉杆波纹管膨胀节的应用3、弯管压力平衡型膨胀节由两个或一个工作波纹管和一个平衡波纹管以及端管，端板、弯头、封头、拉杆等组成的挠性装置，用于补偿管段的轴向位移，横向位移或二者的合成位移，且不使固定管架或相连设备承受压力推动的作用，拉杆装置承受压力推力和其它附加外力的作用。弯管压力平衡式膨胀节的主要优点，是它在吸收来自外部的轴向位移时，不会使系统受到内压推力的作用。由波纹管整体刚度造成的力并未消除，实际上这个力一般要超过单式膨胀节位移引起的弹力。因为工作波纹管和平衡波纹管都要受到压缩或拉伸，作用在管道或设备上的力是两者的轴向合力。1）、图4是存在轴向与横向组合位移的时使用弯管压力平衡式膨胀节的典型实例，在管道的端部和汽轮机上的支架均为中间固定支架，并且只需要使用导向支架，采用合理的设计可以使汽轮机上方的导向支架承受使膨胀节产生轴向位移的作用力，避免该力作用到汽轮机上，作用在汽轮机上的只有使膨胀节产生横向位移的作用力。1）、图4是存在轴向与横向组合位移时使用弯管压力平衡式膨胀节的典型实例，采用合理的设计可以使汽轮机上方的支架承受膨胀节产生轴向位移时的作用力，避免该力作用到汽轮机上，作用在汽轮机上的只有使膨胀节产生横向位移的作用力。弯管压力平衡型膨胀节2图5所示为一种常见的非常适于使用弯管压力平衡型膨胀节的场合。在工艺操作中，容器和竖向管道的膨胀量可能不同，按图示安装一压力平衡式膨胀节，竖直方向的位移差可以由膨胀节的轴向位移吸收，容器中心线到管线之间的热膨胀可由膨胀节的横向位移吸收。其他形式还有直通压力平衡式波纹管补偿器。旁流式压力平衡是波纹管补偿器。（振动和压力损失）压力平衡式波纹膨胀节压力平衡式波纹膨胀节适用于需要平衡波纹管压力推力的管线上。分为直管式压力平衡型膨胀节、补偿轴向位移直管旁流式压力平衡型膨胀节、补偿轴向位移弯管式压力平衡型膨胀节。补偿横向位移和轴向位移；主要用于设备进、出口处及设备与设备相连接的管段，如果在一条很长的管线上采用压力平衡型膨胀节来减少对固定支架的推力，必须整个管线全部采用压力平衡型膨胀节。4、铰链型膨胀节由一个波纹管、两组与端管相连的铰链板及一对销轴等组成的挠性装置，铰链式膨胀节一般以两、三个作为一组使用，用于吸收单平面管系中一个或多个方向的横向位移。在这种系统中每一个膨胀节被它的铰链板所制约，产生纯角位移，然而，被管段分开的每对铰链型膨胀节互相配合可吸收横向位移。给定单个膨胀节的角位移，每对铰链式膨胀节所能吸收的横向位移与其铰链销轴之间的距离成正比，因此，为了便膨胀节充分发挥应用，应尽量加大这一距离。膨胀节的铰链板通常用于承受作用于膨胀节上的全部压力推力，另外也可以用来承受管道和设备的重量、风载推力是由膨胀节上的铰链板来承受的，只需在管系的两端设置中间固定支架，由于膨胀节受铰链制约只能产生纯角位移，不能伸缩，包含有膨胀节的中间管臂的热膨胀必须由与它相垂直的管臂发生弯曲来吸收，两个长管臂的弯曲挠度由正确设计的导向支架和支架来控制1）图6是用双铰链系统吸收单平面“Z”形弯管的主要热膨胀.(2)如果单平面“Z”形管系的中间管臂较长过，可采用三个铰链型膨胀节的系统。图7表示在单平面弯管中的三铰链型膨胀节系统，竖直管段的热膨胀将由B和C两个膨胀节的动作来吸收，水平管段的热膨胀由A和B两个膨胀节来吸收，很明显，膨胀节B的角位移是A和C之和。和前面的示例一样，在管系两端只用中间固定支架来固定，本例中所有的热变形全部被膨胀节所吸收，因管道的热变形作用于固定支架的载荷非常小，如果左侧的固定支架与第一个铰链型膨胀节的间距较大，在靠近膨胀节处应设置导向支架，该支架为以承受膨胀节转动的力，从而减少膨胀节C至左侧固定支架之间部分管道的弯曲，为了保持管系位于平面内，并消除可能由外载所产生的作用于铰链的弯曲力，可以增设一个或多个导向支架，管系的支撑可以采取多种方式，对膨胀节之间的管道进行支撑而不妨碍其自由移动时，可采取弹簧支吊架。3）图8是弯管角度不等于90°时，使用铰链式膨胀节的示例。铰链型膨胀节的主要优点是它的尺寸紧凑，便于安装，而且可以使它的铰链板具有很大的刚度和强度，使用它们通常可以对构形不规则的复杂管线的热膨胀进行补偿，在这样的管线上使用别种膨胀节往往行不通，由于铰链结构能够传递载荷，铰链型膨胀节的管系施加到固定支架的作用力很小，这种系统的支撑点可设在不妨碍系统活动的任何位置上，这给系统的设计带来了很大的自由。5、万向铰链型膨胀节5、万向铰链型膨胀节由一个波纹管，万向铰链环及两对与万向铰链环和端管相连的铰链板等组成的挠性装置。通常以两个万向铰链型或以两个万向铰链型与一个单式铰链型膨胀节一起配套使用，如图9，两个万向铰链型膨胀节协同动作吸收上、下两个水平管臂的组合位移，铰链型膨胀节则与上部的万向铰链型膨胀节互相配合吸收竖直管臂的位移。用万向铰链型膨胀节构成的系统与上节提到的用铰链型膨胀节构成的系统有类似的优点，但万向铰链型膨胀节的应用具有更大的灵活性，它不限于单平面系统。其他形式：煤粉管道用膨胀节主要用于输送煤粉、热风气固两相流体的管网上。由于大型燃煤火力发电厂锅炉容量大、炉体高、输送煤粉的管线长、热风温度高，热态位移量大。因此，需在送粉管道上设置具有三项补偿的波纹补偿器，以吸收锅炉燃烧器接口和煤粉管道的热位移，或在煤粉锅炉的磨煤机出口设置膨胀节，起减震和防止因振动引起的破坏和泄漏作用。：抗弯式波纹膨胀节适用于补偿管线轴向位移，由于自身机械结构具有自导向的特点，比一般轴向型波纹膨胀节具有更好的抗弯性能，可作为刚性管路的一部分直接安装在各种管道上。管线设计时，不必为膨胀节专门设置支架。公称通径Dn25～1000mm工作压力Pn0.6～2.5MPa轴向补偿量10～360mm工作温度≤450℃注意事项抗弯型膨胀节只能用于直管段。在有拐弯的管段，即有横向位移的管段不得使用。直埋式波纹膨胀节适用于补偿管线轴向位移，具有抗土壤压力，能够自导向，并能达到与直埋管道同寿命、不需维修及更换的特点，在安装中不需要设置安装井和导向支座，使用方便。分类　单向直埋型（ZB）；单向反流直埋型（ZBD）；双向直埋型（SZB）；单向保温直埋型（BZB）；单向反流向保温直埋型（BZBD）；双向保温直埋型（SBZB）；单向密封防腐直埋型（FZB）；单向反流向密封防腐直埋型（FZBD）；双向密封防腐直埋型（SFZB）；单向反流向密封防腐保温直埋型（FBZBD）；双向密封防腐保温直埋型（SFBZB）在波纹管内壁或外壁涂防腐层。用于管道输送腐蚀介质或环境有腐蚀介质时。安装和试压注意事项1。波纹管补偿器不能承重，应单独吊装。2。安装前应先检查波纹管补偿器的型号、规格、及管道系统的支座情况，必须符合设计要求。3。对带内衬筒的波纹管补偿器应注意使衬筒的方向与介质的流动方向一致。平面铰链型波纹管补偿器的铰链转动平面与位移平面一致。安装和试压注意事项4。安装时不允许焊渣飞到波纹管表面和受到其他机械损伤。5。严禁用波纹管变形的方式来调整管系的偏差。6。气体介质的波纹管补偿器和相连管道进行水压试验时应设临时之架。7。所有导向、固定架未安装完之前不得进行水压试验和真空试验。波纹管膨胀节选型必须考虑的主要因素a.公称直径、接口形式和尺寸及法兰。b.设计压力和设计温度。c.材料及热处理，取决于工作介质。对于高温蒸汽管线使用波纹补偿器应防止应力腐蚀造成的破坏。d.补偿量-轴向、横向、角向。e.疲劳寿命-考虑使用年限或大修、更换周期。f.有无承受波纹管压力推力的结构（包括支架）。金属波纹管的设计1、金属波纹管的设计波纹管的几何参数为：内径、外径、壁厚、层数、波距、波厚、波纹数、有效长度和端部结构等。波纹管的性能参数为：位移、耐压力、刚度、疲劳寿命等。根据设计输入条件进行几何参数和材料的初步设计，然后应用EJMA等设计公式对性能参数进行设计、评估，如果设计不满足要求，需要对部分参数进行重新设计，直到满足设计要求为止，在多数情况下，为了进行一项具体设计，需要在若干相互矛盾的设计要求中选择一个合理的、优化的方案。优化设计的方向是保证压力、位移、温度的条件下，刚度尽可能小。应用新材料.新结构提高波纹管的耐压能力和工作位移。多种材料：多种材料：1Cr18Ni9Ti（321）　0Cr18Ni10Ti0Cr18Ni9（304）00Cr17Ni14Mo2（316L）　316TiGH625（Inconil625）GH4169(Inconil718)　GH202　Monel400等几点注意事项1。注意管线中波纹管补偿器的选型和布置，必要时自己进行波纹管补偿器的非标设计。2。注意内压推力。3。注意防止波纹管补偿器承受扭矩。4。振动和压力损失问题。5。一定要通过应力分析来选用合适的波纹管补偿器。（可以得知内压推力的影响、扭矩的大小等)Thankyou!