單式萬向鉸鏈型膨脹節在煙氣除塵管道上的應用

胡艷求

武漢金中石化工程有限公司 武漢 430223

1 單式萬向鉸鏈膨脹節的簡介

1.1 定義及外形

單式萬向鉸鏈型膨脹節由一個波紋管及銷軸、鉸鏈板、萬向環和立板等結構件組成，是能吸收任一平面內的角位移并能承受波紋管壓力推力的膨脹節。其外形見圖1。

圖1 單式萬向鉸鏈型膨脹節外形

1.2 單式萬向鉸鏈膨脹節的應用

單式萬向鉸鏈型波紋膨脹節可廣泛應用于各種復雜管系，補償各種空間管系的角向位移，在空間管系中具有很大的優越性。是在一組波紋管上設置互為90°的兩對銷軸式鉸鏈與一個萬向環有機地連接在一起，構成角向位移式膨脹節，因此，單式萬向鉸鏈型膨脹節具有很大的靈活性，可補償任意平面內管段的熱變形。針對這一特點，為了更好地發揮其補償作用，通常采用兩個或三個單式萬向鉸鏈型膨脹節為一組，布置在同一平面內短臂較長的“L”形管段、中間管臂較長的“Z”形管段上，補償上述各管段的管臂產生的熱變形位移。

2 單式萬向鉸鏈膨脹節在煙氣除塵管道上的應用實例

2.1 項目流程簡介

本文實例來自某催化裝置煙氣除塵脫硫項目，其流程為：余熱鍋爐的煙氣進入靜電除塵器，除塵器的高壓電場將空氣電離，煙氣中的粉塵在靜電除塵器箱體內荷電并在電場力的作用下向相反的電極移動，被收塵極板和極線收集；收塵極板懸掛在框架上，前部和后部邊緣被MIGI振打系統順序振打和周期振打，使粉塵掉入錐形灰斗中；隨后錐形灰斗中的灰塵經供料器與經吹灰風機增壓后的空氣混合后被送到儲灰罐中，含粉塵的空氣再經罐頂電除塵器進行氣固分離，變成清潔空氣，最后排入大氣。

2.2 靜電除塵器入口煙氣管道分析

靜電除塵器入口煙氣管道為內襯管，管徑為DN1900，材質為碳鋼，管道內襯后外壁溫度為80～120℃。靜電除塵器入口煙氣管道走向見圖2。

圖2 靜電除塵器入口管道走向

右下方為原有管道固定點，固定點上方的三通原來為彎頭，往X方向直接排入煙筒放入大氣，現將彎頭改為三通，上方三通沿-X方向為本次新增部分煙氣管道，煙氣一直往上走至24米標高，左上角端部為靜電除塵器入口。由于內襯管壁溫為80～120℃，所以主要考慮吸收靜電除塵器管口的附加位移，以保證靜電除塵器管嘴受力不超過允許值，確保靜電除塵器的安全正常運行。

廠商設備圖對靜電除塵器在運行過程中由于自身膨脹導致出入口的附加位移以及受力做了規定，分別見表1、表2。

表1 靜電除塵器管口附加位移值

表2 靜電除塵器管口的允許荷載(±表示方向)

設置膨脹節后的計算模型見圖3。

圖3 設置膨脹節后的計算模型

根據表1靜電除塵器管口的附加位移，首先考慮吸收靜電除塵器管口X方向的位移，因X方向的位移比較大，通過分析計算必須安裝兩個單式萬向鉸鏈型波紋膨脹節。由于單式萬向鉸鏈型波紋膨脹節吸收的是橫向位移，因此在上部Z方向的煙氣管道上安裝膨脹節。同樣考慮靜電除塵器管口Z方向的位移，在上部X方向安裝膨脹節，因Z方向的位移比較小，所以安裝一個膨脹節即能滿足要求。最后考慮靜電除塵器管口Y方向的位移，根據單式萬向鉸鏈型膨脹節的結構原理，圖3中上部X和Z方向的煙氣管道上的膨脹節均能吸收Y方向的位移。根據圖3分析得出，在不同方向的管道上安裝2個或2個以上單式萬向鉸鏈型膨脹節具有很大的靈活性，可補償吸收任意平面內管段的熱變形。

下面再分析一下彈簧支吊架的設置，左上角端部靜電除塵器入口有向上的位移，因此為了減少管口所受重力，靠近管口處應設置彈簧。前面分析過，在工作過程中，膨脹節之間的各管臂將隨著膨脹節的角位移而發生偏轉，因此應各在兩個膨脹節之間加設彈簧支吊架，以承受管臂重量，這就是頂部三處彈簧設置的原因。由于中間立管的上部分位移向上，所以在立管上部設置彈簧;又因中間立管長度約17米，一個承重支架不足以承受立管的荷載，于是在立管下部又設置一個彈簧。最后再分析最下面的一個彈簧，通過熱膨脹分析，原固定點上方的三通處有5毫米多的位移，由于煙氣管道直徑大，靠自身吸收位移有限，為了減少原有固定點的受力，在下方又設置了一個彈簧，這就是整體的設計思路。據此分析，最終通過CAESAR II軟件調整彈簧的荷載，計算出靜電除塵器入口受力情況，見表3。

表3 靜電除塵器入口的荷載值

將計算后得出的荷載值與廠商允許的荷載值對比(參見表2)，可看出計算后的受力滿足廠商要求。

3 結語

以上為該催化裝置煙氣除塵脫硫項目中單式萬向鉸鏈型膨脹節在煙氣除塵管道中的應用。因嚴格按照廠商要求進行設計，目前該項目現場整個煙氣管道及靜電除塵器均運行平穩、正常。