金属波纹膨胀节管道的设计与安装.pdf

与应周
石油化工设计
Petrochemical Design
205,22(3)46~48
金属波纹膨彫彳管道的
设计与安裟
欧伟平
(中国石化南京金陵石化工程有限责任公司,江苏,210042)
摘要:简述了金属波纹膨胀节的定义和基本特点,以一些事故为例,分析了事故发生的原因,强调了
金属波纹膨胀节管道在设计及安裝时应注意的问题。
关键词:膨胀节;设计;安装
随着膨胀节制造技术的日益发展,金属波纹膨
胀节的品种越来越多。因其比“Ⅱ”形补偿占用空
横向人拉杆型膨胀节轴向型彭胀节
间小、比套筒和球型补偿器不易渗漏、补偿性能良
好、使用维护简单等特点,广泛应用在工业部门的
图1某钢铁厂DN350蒸汽管道
各类管道补偿上。但自上世纪90年代以来,相继发器:C-H段中间D-G处有障得物,外围空间较狭
生金属膨胀节被拉直和拉裂、支架被推倒或管道支小,只能设置一小型的“I”"形补偿DEFG,因其补
座被推坏等事故,致使设计单位、膨胀节制造商、施偿能力较小,设计者又在C-D段靠近D处设置了
工安装单位间间的纠纷不断。通过对这些事故的一个普通轴向型膨胀节,结果在管系进行水压试
分析,笔者认为是由于在设计选型、管道支架设置、验时,膨胀节的波纹管被拉成直筒而完全失效。
安装等环节对应用膨胀节的要素缺乏深深了解,因其选型与布置违反了这样一个膨胀节设置原则
而有必要根据这些事故,分析金属膨胀节管道的设如果在同一个管线上既使用膨胀节又使用胀力
计与安装过程容易出现的问题,并提出解决方案。弯,则必须用固定支架将包含膨胀节的管段与包
含胀力弯的管段分离叫。由于轴向型膨胀节与D
1膨胀节的设计选型
点之间没有设置固定支架,D处弯头产生的内压盲
金属波纹膨胀节的种类很多,一般有轴向型、板力直接传递到轴向型膨胀节,致使波纹管承受
横向型、角向型、压力平衡型等4大类12多个品不了内压盲板力产生的轴向拉力而破坏。由于原
种,各种膨胀节的结构不同,对管道系统热膨胀的。有老管架不能承受大的轴向推力,正确的设计应在
补偿方式及推力大小也不一样,因此必须全面分D-E、E-F、F-G三段各设置一个铰链式角向型膨
析管系是单一轴向热膨胀还是在轴向、横向、角向胀节,就完全能吸收C一H段的热膨胀,并且这种带
均有热位移,再针对性地选择适用的膨胀节。
有约束装置的膨胀节使得内压盲板力在管系内得
图1是某钢铁厂利用原有管架水平敷设的一到平衡,无须由固定支架承受其巨大的推力。
段DN350蒸汽管道。
收稿日期:2005-04-08。修改稿收到日期:2005-7-15。
设计者在A、,C、H3点设置固定支架将管系分
作者简介:欧伟平(1963-),男,江苏省宜兴市人。1984年毕
业于南京工学院(现东南大学)工程热物理专业。工程师。一直从
成两段,A-C为L形,设置了横向大拉杄型补偿事热能工程设计工作
第22卷
欧伟平.金属波纹膨胀节管道的设计与安装
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图2是某化工厂一根DN800蒸汽管道,管道管系安装、试压、正常运行3种状态,就能了解支
工作压力1.3MPa(C),工作温度250℃。
架受力的详细情况。请看下面的两个例子
轴向平脔型膨胀节
轴向膨胀节
轴向型膨胀
2.1实例1
有图3所示325×8管系,钢管材质20号钢,
图2某化工厂一根DN800蒸汽管道
钢管与工作介质的单位重量q=70kg/m,工作温度
为避免弯头处产生的内压盲板力对固定支架7=200,工作压力P=0.6MPa,管长L=25m,支
A的推力,设计者在A-B间选用了轴向平衡性膨座摩擦系数S=0.3,选用普通轴向型波纹膨胀节刚
胀节。但为节约投资,随后的管段上均设置了普度G=20Nm,膨胀节预拉伸△1=30m,工作
通轴向型膨胀节,这样选型的缺陷是:虽然固定支状态膨胀节被压缩?2=50m,波纹膨胀节有效截
架A不必承受内压盲板力,但A-B间选用的平衡面积A=0.097m2,水压试验压力P2=0.953MPe。
型膨胀节因其特殊的盲板力自平衡结构将内压育
轴烈膨胀节
板力传递给了支架B,本来是中间固定支架的B
必须承受内压盲板力对其的巨大推力,没有达到
选用平衡型膨胀节使固定支架不受内压盲板力推
力的初衷。此种管系合理的设计选型有两种
图3的25×8管系膨胀节
(1)全部选用普通轴向型膨胀节,膨胀节的投
固定支架A所受水平推力如下(不考虑外界
资相对来说比较小,但管系两端的主固定支架必荷载的影响)
须承受内压育板力的推力,这种选型仅仅适用在
(1)安装状态,即常温-无压时。
管道直径小、工作压力低的管系。对直径较大(DN
此时只有膨胀节预拉伸产生的弹性力作用在
400以上)、压力较高(1.0MPa以上)的管系,内压固定支架上,该力将固定支架向内拉
盲板力形成的轴向推力达十几吨甚至数十吨以
F=G·△1=230×30=6900(N)
上。以图2所示的蒸汽管道为例,内压盲板力形
(2)试压状态,即常温-试压压力时。
成的轴向推力符合下列公式
固定支架承受两个力,一是膨胀节预拉伸产
F=P A
生的弹性力,把固定支架向内拉,二是内压盲板力
式中,F轴向推力/N;
产生的水平推力,把固定支架向外推,其合力为:
管道工作介质压力/Pa
F=P2A-G·41=0.951×10°x0.097-230
A一波纹膨胀节的有效截面积
30=85250(N)
DN800膨胀节,A=0.591。
(3)工作状态,即工作温度-工作压力时。
F=1.3x10°x0.591=768300(N)
固定支架承受3个力:一是膨胀节被压缩产
这样大的推力,再加上膨胀节的弹性力和管生的弹性力,二是内压育板力产生的水平推力,
道自重产生的摩擦力,士建制作固定支架相当困是管道及管内介质重量产生的支座摩擦力的反作
难,一旦发生问题后果十分严重
用力,三个力均为向外的推力,其合力的大小为
(2)全部选用轴向平衡型膨胀节,膨胀节的投
F=G?ム2+P1A+q?L?S=230×50+0.6
资相对比较大,但管系内所有固定支架都不必承10x0.097+70×25x0.3x9.8=74845(N)
受内压盲板力的推力,管系稳定性好,安全可靠。
由计算结果看出,该管系在试压状态时固定
设计计算
支架承受的水平推力最大,这也是为什么一些管
实际上,计算固定支架的推力,一般只要分析系在试压时支架和膨胀节就被破坏的主要原因。