膨胀节的选型以及支架设置的注意事项

陈 伟，董 立

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

化工装置中，输送介质的管道会随着介质的温度而升高，从而引起一定的热膨胀量，即热位移。当热位移无法释放时，就会在管壁产生很大的应力，应力达到一定水平时，就会对管道支架或设备管口造成破坏。控制管系的位移应力是管道应力分析的主要目的之一。吸收热位移的办法通常有两种：(1)通过改变管道走向，增加与热位移方向垂直的直管段长度吸收掉管道的热位移，即自然补偿；(2)通过增设弹簧和膨胀节等柔性元件，吸收管道的热位移。自然补偿既经济又稳定，是我们增加管道柔性的首选，但是，当空间有限或管道的温度较高，所需要的补偿量较大时，自然补偿无法满足要求，我们就要考虑选用合适的膨胀节达到我们的补偿要求。本文将从膨胀节的选型、支架设置和安装注意事项分别进行阐述。

1 膨胀节的选型

膨胀节是由一个或几个波纹管及附属结构组成，用来吸收管道或设备由于热胀冷缩引起的热位移的装置。膨胀节的种类很多，大致可分为两类，一是无约束型膨胀节，二是带限位装置的拉杆型膨胀节。使用较多的膨胀节有五种：通用型、横向大拉杆、直管压力平衡型、曲管压力平衡型和非金属膨胀节。

(1)通用型膨胀节由一个波纹管和两个端接构件组成，通过波纹管的柔性变形来吸收轴向位移和少量的横向位移，膨胀节本身不能承受介质的压力推力，压力推力要由两侧的固定支架来承受。该类型的膨胀节结构简单，价格低廉，当管道的设计压力较小时应优先选用此类型膨胀节。

(2)横向大拉杆膨胀节由两个波纹管、中间接管和拉杆装置组合而成，可以吸收任意平面内的横向位移。位移发生时，大拉杆上的球面螺母绕球面垫圈转动，同时大拉杆还可以承受一定的内压推力。当管道的安装空间有限，横向位移较大时，我们可以选用此类型的膨胀节。

(3)直管压力平衡型膨胀节的两端各有一个工作波纹管，中间由一个平衡波纹管，只能吸收轴向位移，拉杆可以承受一定的内压推力。当管系的口径较大，温度较高时，需要较大的轴向补偿量可以选择用此类型的膨胀节。

(4)曲管压力平衡型膨胀节有两个工作波纹管和一个平衡波纹管及一个弯头组成，既可以吸收轴向位移，又可以吸收横向位移，拉杆装置可以承受内压推力。管道的高空位置弯头处，既有轴向位移，又有横向位移时，我们可以选用此类膨胀节。由于曲管压力平衡型膨胀节昂贵，我们通常选用弹簧和横向大拉杆的组合代替此类膨胀节。

(5)非金属膨胀节一般是由复合非金属材料组成的补偿元件与金属法兰组成。其中复合非金属材料由纤维织物、硅橡胶、氟塑料等性能优异的材料结合而成。非金属膨胀节可以吸收多种向的位移，有效的减少噪音和震动，结构简单，安装维修都很方便。为了防止膨胀节的位移过大，减小压力反力，通常非金属膨胀节上添加一个拉杆装置，可以承受一定的内压推力。当管道的口径较大，温度、压力均较低时，压缩机和风机的进口以及烟道和煤气管道通常选用此类型的膨胀节。

2 膨胀节附近的管道支架的设置

管道支架的合理设置是保证膨胀节正常发挥作用的必要条件，不同类型的膨胀节对管道支架也有不同的要求。

对于无约束机构的膨胀节，必须就近设置一个固定支架(机器、容器等设备也可以起固定支架的作用)，承受膨胀节的压力推力，为了保证膨胀节在规定的方向吸收热位移，并防止管系失稳，要在膨胀节规定的距离内设置导向支架(第一个导向支架与膨胀节之间的距离应≤4倍管道外径，第二个导向支架与第一个导向支架的距离要≤14倍的管道外径)。而且任何两个相邻的固定支架之间只能设置一个无约束型膨胀节。

对于带限位装置膨胀节，虽然自身可以吸收压力推力，但是，也要就近设置承重支架，因为膨胀节不能承重，为了防止管系失稳，必要的位置同样要设置导向支架。

另外，膨胀节的抗扭能力较差，应尽量避免膨胀节受扭。对于复杂的管道系统，可以通过固定支架将管系分解为直管段、L形管段或Z形管段，然后分别进行补偿。

3 膨胀节的安装和试压注意事项

(1)膨胀节不能承受过多的重量，因此，安装膨胀节时，需要单独吊装，不允许与管道焊接后整体吊装。

(2)对于有方向要求的膨胀节，安装时要注意介质的流动方向与膨胀节要求的方向保持一致。

(3)膨胀节周围要留有足够的空间，以保证膨胀节在设计的范围内能自由运动。

(4)膨胀节安装完毕后，膨胀节上运输保护机构可立即拆除。对于带拉杆的膨胀节，将限位装置调整到规定位置；对于通用型膨胀节，保护拉杆要等到水压试验之后才能拆除。

(5)对于补偿量很大的膨胀节，可以在管道安装前，进行预拉伸(或预压缩)，以减少膨胀节对邻近支架的弹性反力，同时又能保证膨胀节处于最佳的工作状态。

(6)对于气体介质管系上的膨胀节，在进行水压试验时，要在膨胀节附近增设临时的承重支架，防止膨胀节承受载荷过大而损坏。