波纹管膨胀节对管道的力学影响浅析

屈丹

摘 要：由于现代化工装置温度越来越高，压力越来越大，管道外径越来越大，导致应力计算条件越来越苛刻，而金属膨胀节可以用很小的长度吸收很大的位移，不同形式膨胀节可以吸收不同方向位移，因此被越来越多的应用到化工装置中。本文简单介绍了膨胀节的分类，以及膨胀节在化工设计中的应用，使设计人员认识到膨胀节在设计过程中的重要性，使安装人员了解膨胀节在现场安装应该注意的事项。

关键词：膨胀节;材质;工艺;使用寿命

1 前言

波纹管膨胀节（或者叫波形补偿器，挠性原件）是由一个或者多个波纹管以及相应的附件组成的挠性原件，用来补偿管道的热位移，并减少对相邻设备的损坏（尤其是管口受力有要求的设备），以保证化工装置的安全性。

2 波纹管材料选择

任何一种不锈钢或者合金钢抗腐蚀性能都是有条件的，没有任何一种不锈钢或者合金钢会在任何条件下均耐腐蚀。因此，在设计过程中波纹管的材料选用不仅要考虑波纹管使用條件（波纹管管道的温度、压力、介质特性等），材料自身的耐腐蚀性能，同时还应该考虑波纹管成型、焊接固有的特点以及材料的性能和材料的价格，最重要设计人员应注意波纹管在运行过程中应能保证管道系统安全稳定的运行。

2.1根据波纹管材料分类

波纹管种类很多，分类方式也很多，以下介绍两种最常见的分类形式，其中按照使用材料可分为，金属膨胀节和非金属膨胀节两种。那么这两种膨胀节区别是什么呢。

两者应用领域不同：金属膨胀节主要应用于冶金行业，化工行业等，非金属膨胀节特别适用于化工装置中的热风管道以及烟尘管道领域。

两者补偿功能不同：在相同外形条件下，非金属膨胀节的补偿能力要比是金属膨胀节补偿能力大很多。但是非金属膨胀节的使用压力很低，因此使用条件比较苛刻。

2.2 金属波纹管的材料选择

从目前运行的装置中波纹管膨胀节所发生的失效情况来看，波纹管膨胀节在使用过程中发生材料腐蚀的破坏越来越多，由此可以得出结论，金属波纹管的材料选择对膨胀节的安全起着至关重要的作用。

3 金属波纹管的分类

3.1 按照膨胀节本身是否可以抵抗约束推力，把膨胀节分为两大类

①无约束型胀节，膨胀本身没有抵御压力推力的能力;②约束型膨胀节，本身具有抵御压力推力的能力。

对于安装了无约束型膨胀节的管道，必须在膨胀节两端设置固定支架，其作用是抵御膨胀节产生的压力推力以及管道热胀应力，固定支架的设置必须遵循以下几个原则：

①为了保证每个膨胀节在允许位移范围内工作，每两个固定支架中间只能有一个无约束型膨胀节;②管道的固定支架应该具有足够的强度和刚度，用来抵御膨胀节的压力推力;③靠近波纹管膨胀节的部位应该设置导向支架，导向支架应该根据管道的具体走向设置，用来保证膨胀节按照设计者意图吸收位移，并用来防止膨胀节失稳。

3.2 按照吸收位移分类

根据膨胀节吸收位移的类型可以将膨胀节分为轴向型、横向型、角向型、万向型：①轴向型，用于吸收轴向位移。如通用型膨胀节、压力平衡膨胀节等;②横向型，用于吸收横向位移。如大拉杆膨胀节;③角向型，用于吸收角向位移。当设置铰链时，用于吸收单平面角向位移;④万向型，由多个角向型组合而成，可以吸收多个方向位移。

4 金属波纹管在设计、施工中注意事项

4.1 金属波纹管的选型

根据管道具体走向，需要吸收热位移大小和方向，来选择膨胀节类型，当膨胀节只需要吸收横向位移时，可以选用横向大拉杆膨胀节，当只吸收轴向位移时，可以选用轴向通用型膨胀节（不能抵御压力推力），也可以选用直管压力平衡膨胀节（能抵御压力推力）。当管道内输送温度压力较高或者输送介质比较危险时，应设置安全防护措施来保证装置的安全性。

①波纹管膨胀节外部可以采用加强加厚的保护装置，阻止并减少膨胀节失效时，高压流体或者危险介质对现场施工人员以及周围环境影响;②可以抵御压力推力的拉杆应能抵御压力推力值。抵御盲板力的拉杆现场不允许拆卸;③当介质危险程度比较高时，可以采用双层波纹管组合的方式，要求每层波纹管拉杆均能抵御压力推力，而且层与层之间应该设置联硕报警装置，用来检测介质的泄露情况，以此保证装置的安全。

4.2 金属波纹管在现场安装中的注意事项

①运输拉杆等固定部件在安装和运输过程中不得松动或者拆除;②在安装时应该使波纹管膨胀节安装方向与管道介质流向相同（膨胀节上标有其安装方向）;③如果管道施工过程中存在安装偏差，坚决不准利用膨胀节的变形来吸收弥补这个偏差值;④由于波纹管膨胀节属于特别容易损坏部件，因此在安装和运输过程中应该避免产生划痕，焊接飞溅等影响膨胀节使用的损伤。

5 结语

本文通过对膨胀节的设计以及现场安装中容易出现的错误进行分析，可以得出以下结论：①在设计过程中，应力工程师应根据管道的温度压力，介质的特性等条件进行膨胀节的设计，选择合适的膨胀节类型以及合适的膨胀节材料。做到膨胀节的设计既安全可靠又经济合理;②由于膨胀节属于现场易损坏部件，因此现场安装过程中必须严格按照膨胀节安装说明进行安装，并严格执行膨胀节检验标准进行检验。

参考文献：

[1] GB/T35990-2018.压力管道用金属波纹管膨胀节[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2018.