波紋管膨脹節對管道的力學影響淺析

屈丹

摘 要：由于現代化工裝置溫度越來越高，壓力越來越大，管道外徑越來越大，導致應力計算條件越來越苛刻，而金屬膨脹節可以用很小的長度吸收很大的位移，不同形式膨脹節可以吸收不同方向位移，因此被越來越多的應用到化工裝置中。本文簡單介紹了膨脹節的分類，以及膨脹節在化工設計中的應用，使設計人員認識到膨脹節在設計過程中的重要性，使安裝人員了解膨脹節在現場安裝應該注意的事項。

關鍵詞：膨脹節;材質;工藝;使用壽命

1 前言

波紋管膨脹節（或者叫波形補償器，撓性原件）是由一個或者多個波紋管以及相應的附件組成的撓性原件，用來補償管道的熱位移，并減少對相鄰設備的損壞（尤其是管口受力有要求的設備），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，沒有任何一種不銹鋼或者合金鋼會在任何條件下均耐腐蝕。因此，在設計過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、介質特性等），材料自身的耐腐蝕性能，同時還應該考慮波紋管成型、焊接固有的特點以及材料的性能和材料的價格，最重要設計人員應注意波紋管在運行過程中應能保證管道系統安全穩定的運行。

2.1根據波紋管材料分類

波紋管種類很多，分類方式也很多，以下介紹兩種最常見的分類形式，其中按照使用材料可分為，金屬膨脹節和非金屬膨脹節兩種。那么這兩種膨脹節區別是什么呢。

兩者應用領域不同：金屬膨脹節主要應用于冶金行業，化工行業等，非金屬膨脹節特別適用于化工裝置中的熱風管道以及煙塵管道領域。

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

2.2 金屬波紋管的材料選擇

從目前運行的裝置中波紋管膨脹節所發生的失效情況來看，波紋管膨脹節在使用過程中發生材料腐蝕的破壞越來越多，由此可以得出結論，金屬波紋管的材料選擇對膨脹節的安全起著至關重要的作用。

3 金屬波紋管的分類

3.1 按照膨脹節本身是否可以抵抗約束推力，把膨脹節分為兩大類

①無約束型脹節，膨脹本身沒有抵御壓力推力的能力;②約束型膨脹節，本身具有抵御壓力推力的能力。

對于安裝了無約束型膨脹節的管道，必須在膨脹節兩端設置固定支架，其作用是抵御膨脹節產生的壓力推力以及管道熱脹應力，固定支架的設置必須遵循以下幾個原則：

①為了保證每個膨脹節在允許位移范圍內工作，每兩個固定支架中間只能有一個無約束型膨脹節;②管道的固定支架應該具有足夠的強度和剛度，用來抵御膨脹節的壓力推力;③靠近波紋管膨脹節的部位應該設置導向支架，導向支架應該根據管道的具體走向設置，用來保證膨脹節按照設計者意圖吸收位移，并用來防止膨脹節失穩。

3.2 按照吸收位移分類

根據膨脹節吸收位移的類型可以將膨脹節分為軸向型、橫向型、角向型、萬向型：①軸向型，用于吸收軸向位移。如通用型膨脹節、壓力平衡膨脹節等;②橫向型，用于吸收橫向位移。如大拉桿膨脹節;③角向型，用于吸收角向位移。當設置鉸鏈時，用于吸收單平面角向位移;④萬向型，由多個角向型組合而成，可以吸收多個方向位移。

4 金屬波紋管在設計、施工中注意事項

4.1 金屬波紋管的選型

根據管道具體走向，需要吸收熱位移大小和方向，來選擇膨脹節類型，當膨脹節只需要吸收橫向位移時，可以選用橫向大拉桿膨脹節，當只吸收軸向位移時，可以選用軸向通用型膨脹節（不能抵御壓力推力），也可以選用直管壓力平衡膨脹節（能抵御壓力推力）。當管道內輸送溫度壓力較高或者輸送介質比較危險時，應設置安全防護措施來保證裝置的安全性。

①波紋管膨脹節外部可以采用加強加厚的保護裝置，阻止并減少膨脹節失效時，高壓流體或者危險介質對現場施工人員以及周圍環境影響;②可以抵御壓力推力的拉桿應能抵御壓力推力值。抵御盲板力的拉桿現場不允許拆卸;③當介質危險程度比較高時，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，而且層與層之間應該設置聯碩報警裝置，用來檢測介質的泄露情況，以此保證裝置的安全。

4.2 金屬波紋管在現場安裝中的注意事項

①運輸拉桿等固定部件在安裝和運輸過程中不得松動或者拆除;②在安裝時應該使波紋管膨脹節安裝方向與管道介質流向相同（膨脹節上標有其安裝方向）;③如果管道施工過程中存在安裝偏差，堅決不準利用膨脹節的變形來吸收彌補這個偏差值;④由于波紋管膨脹節屬于特別容易損壞部件，因此在安裝和運輸過程中應該避免產生劃痕，焊接飛濺等影響膨脹節使用的損傷。

5 結語

本文通過對膨脹節的設計以及現場安裝中容易出現的錯誤進行分析，可以得出以下結論：①在設計過程中，應力工程師應根據管道的溫度壓力，介質的特性等條件進行膨脹節的設計，選擇合適的膨脹節類型以及合適的膨脹節材料。做到膨脹節的設計既安全可靠又經濟合理;②由于膨脹節屬于現場易損壞部件，因此現場安裝過程中必須嚴格按照膨脹節安裝說明進行安裝，并嚴格執行膨脹節檢驗標準進行檢驗。

參考文獻：

[1] GB/T35990-2018.壓力管道用金屬波紋管膨脹節[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2018.