压力管道桑性设计及金属波纹管膨胀节选用VIP

2 4 C H E MI C A L E NG I N E E R I NG D E S I GN 化 工设计 2 0 0 9 ，1 9 ( 3 ) 压力管道桑性设计及金属波纹管膨胀 节选用 于咏梅 江苏恒盛化肥有限公司新沂2 2 1 4 0 0 摘要 简述压力管道柔性设计的目的和方法， 重点介绍金属波纹管膨胀节的选用，及在安装和使用 中应注意的问题。 关键词 压力管道柔性设计金属波纹管膨胀节选用注意问题 当压力管道受热膨胀和遇冷收缩时，将对与 其相连的设备或土建结构产生作用力， 设备或土 建结构也将对管道产生反作用力 ，并在管道 中引 起应力 。当管道系统刚度较大时 ，这种推力和应 力会较 大，并可能影响到设备或管道 的正 常运 行 ，甚至导致设备、管道或土建结构的破坏 。 1 管道柔性设计的目的和方法 管道的柔性反映管道变形的难易程度，它表 示管道通过 自身变形来吸收热胀、冷缩和其他位 移变形的能力。 1 1 目的 柔性设计的目的是保证管道在设计条件下具 有足够柔性 ，防止管道因热胀 、冷缩、端点附加 位移、管道支撑设置不当等原 因造成下列 问题 ： ( 1 )管道应力过大或金属疲劳引起管道破 坏。 ( 2 )管道连接处产生泄漏 。 ( 3 )管道推力或力矩过大，使与其相连接 的设备产生过大的应力或变形 ，影响设备的正常 运行 。 ( 4 )管道 的推力或力矩过大引起管道支 吊 架破坏 。 1 2 计算温度和压力 管道应力计算中所采取的温度和压力称为计 算温度和压力。由于管道在绝大多数时间是在正 常操作状态下运行，所以可将计算温度和压力取 为操作温度和操作压力 ，但应考虑到最不利 的情 况。当设计温度和设计压力与操作温度和操作压 力相差不大时 ，也可将计算温度和计算压力取为 设计温度和设计压力。 石油化工管道柔性设计 规范S H T 3 0 4 1 2 0 0 2 对计算温度和压力有如 下规定 。 ( 1 )对 于 无 隔 热 层 管 道 ，介 质 温 度低 于 6 5 C时，取介质温度为计算温度 ，介质温度等于 或高于6 5 C 时，取介质温度的9 5 为计算温度。 ( 2 )对 于有外 隔热层管道 ，除另有计算 或 经验数据外，应取介质温度为计算温度。 ( 3 )对 于夹套 管道 ，应取 内管或夹套介 质 温度的较高者作为计算温度。 ( 4 )对于外 伴热管道 ，应根据具体 条件确 定计算温度 。 ( 5 )对于衬里管道 ，应根据计算 或经验数 据确定计算温度。 ( 6 )对于安全泄压 管道 ，应取排放 时可 能 出现的最高或最低温度作为计算温度。 ( 7 )进行管道柔性设计时，不仅应考虑正 常操作条件下的温度，还应考虑开车、停车、除 焦、再生及蒸汽吹扫等工况。 ( 8 )除 另 有 规 定 外 ，管 道 安 装 温 度 宜 取 2 0 。 ( 9 )管道计算 压力应取计 算温度下 对应 的 操作压力。 1 3 设计方法 在管道设计 中，增加 管道柔性 的方法 主要 有：改变管道走向 ( 包括设置 r l 形弯) 、选用波 纹管膨胀节和弹簧支吊架。 ( 1 )在条件允 许 的情况下 ，应 首先考 虑采 于咏梅：工程师。1 9 9 0年8 月毕业于江苏广播电视大学化工机械专业。一直从事设备维修安装管理工作。联系电话：( 0 5 1 6 ) 8 8 9 2 2 81 16 2 3 8 ， E ma i l ：h x z c f 2 0 0 6 1 2 6 c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 于咏梅压力管道柔性设计及金属波纹管膨胀节选用 2 5 用改变管道走 向和弹簧支吊架的方法来增加管道 柔性 。 ( 2 )一 般 来讲 ，当两 固定 点 位置 一定 时， 增加管系长度和弯头数量可以增加管道的柔性。 ( 3 ) 当管系在某一方 向的刚度过 大时 ，增 加与其垂直方向的管道长度可减小管系的刚度。 ( 4 )选用弹簧支 吊架可使支吊架处存在垂 直位移，从而将约束放松 ，增加管系的柔性。 ( 5 ) 当管径 较大 、场地受 到 限制且 所需 补 偿量较大时，可考虑采用波纹管膨胀节来增加管 道柔性。但波纹管膨胀节制造较为复杂，价格较 高，适用于低压大直径管道，但波纹管膨胀节是 管道 中的薄弱环节 ，应尽量避免采用 。 进行管道柔性设计时 ，在保证管道具有足够 柔性来吸收变形的前提下 ，应注意避免使管系过 分柔软 ，这不但可以避免管系产生振动 ，还可以 减少投资。 2 金属波纹管膨胀节 用于热补偿和增加管道柔性的金属管道元件 主要有波纹管膨胀节 、填料 函式膨胀节和金属软 管。填料 函式膨胀节又可分为套管式膨胀节和球 形膨胀节。填料函式膨胀节依靠部件的相对运动 产生变形，达到吸收热位移的目的。由于填料函 式膨胀节利用填料进行密封的同时 ，因受承载压 力的作用 ，容易产生泄漏 ，因此可靠性较差 ，在 重要管道上很少采用 ，在剧毒及易燃易爆介质管 道中严禁采用。金属软管的刚性极小 ，一般在接 近完全软连接时采用。由于刚性很小所 以金属软 管比较容易产生振动，且对管径、压力有一定限 制 ，不可能做得很大。 金属波纹管膨胀节依靠波纹管的变形吸收位 移 ，可具有较大 的管径和承受较高压力 ，它是金 属管道 中最常用 的柔性元件。金属波纹管膨胀节 有多种形式 ，但均 由波纹管和端点组成 ，对于复 式膨胀节，还存在连接管。一般将具有一组波纹 管的膨胀节称为单式膨胀节 ， 具有两组波纹管的 膨胀节称为复式膨胀节。在 金属波纹管膨胀 节通用技术条件G B T 1 2 7 7 7 1 9 9 9中，对金 属波纹管膨胀节设计 、制造和检验做 出了具体规 定。 2 1 常用类型 常用的金属波纹管膨胀节具有以下几种形式 ： ( 1 )单式 轴 向型膨胀 节 由一个波纹 管及 结 构件组成 ，主要用于吸收轴向位移而不能承受波 纹管压力推力，见图 1 。 端管 波纹符 、 图 1 单式轴向型膨胀节 ( 2 )单式铰链型膨胀节 由一个波纹管及销轴、 铰链板和立板等结构件组成 ，只能吸收一个平面内 的角位移并能承受波纹管压力推力，见图2 。 图 2 单式铰链型膨胀节 ( 3 )单式万向铰链型膨胀节由一个波纹管 及销轴、铰链板、万向环和立板等结构件组成， 能吸收任一个平面内的角位移并能承受波纹管压 力推力 ，见 图 3 。 图3 单式万向铰链型膨胀节 此外 ，还可选用 复式拉杆型 、复式铰链 型、 复式万向铰链型、弯管压力平衡型、直管压力平 衡型和外压单式轴向型等类型膨胀节 。 2 2 选用中应注意的问题 由于波纹管的壁厚很薄 ，所 以金属波纹管膨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 26 CHEMI C AL E NGI NE ER I NG DES I GN 4 -Y - i l 计 2 0 0 9， 1 9 ( 3 ) 胀节是管系中的薄弱环节 ，选用时必须谨慎 ，应 注意以下问题 。 ( 1 )对于不能吸收压 力推 力的无约束膨胀 节，为防止膨胀节由于压力推力的作用被拉开或 压缩，必须在靠近膨胀节的两端管道设置固定支 架， 设备也可起固定支架的作用。当压力较高 时 ，作用于固定支架的推力可能很大 ，甚至使 固 定支架难以承受 ，无约束膨胀节一般适用于压力 较低 的情况。固定支架必须具有足够的强度 ，以 承受内压推力的作用 ；两固定支架之问仅能布置 一 个无约束膨胀节；为防止失稳，膨胀节附近必 须设置导向支架 ，且应安装在膨胀节附近 ，第一 个导向支架与膨胀节之间的距离应不大于 4倍管 道外径 ，第二个导向支架与第一个导向支架之间 的距离不得超过 l 4倍管道外径。 ( 2 )膨胀节抗 扭转能 力较差 ，应尽 量避免 波纹管受扭 。 ( 3 )当有下述要求之一时需设导流筒： 要求保持摩擦损失尽量小及流动平稳时；存在 腐蚀可能时；介质温度高，需降低波纹管金属 温度时；当膨胀节存在横向或弯曲变形时，导 流筒的直径必须足够小 ，使导流筒与波纹管之间 存在足够的间隙，变形后二者不会发生碰撞； 气体 管径 D N1 5 0 m m，流速 v 0 0 5 m s及 D N1 5 0 m m，v 8 m s ；液体管径 D N1 5 0 mm，流速 v 0 0 2 m s 及 D N1 5 0 m m，v 3 m s，当距膨胀节 1 0倍管道直径范围 内由于 阀 门、三通、弯头等发生湍流时 ，在采取上述判断 之前，应将实际流速乘以4。 ( 4 )在确定波 纹管材料 时 ，应考虑 流动介 质、外界环境和工作温度等因素。G B T 1 2 7 7 7 1 9 9 9中列出的常用波纹管材料 ，见表 l 。 表 1 常见波纹管材料 ( 5 )膨胀节应首先考虑用单层波纹管制造。 ( 6 )膨胀节 中的端 管、中间管、法 兰接管 等的材质应 与安装膨胀节 的管道材料 相 同或相 近 。 ( 7 )选用膨胀 节时 ，一般应 向膨胀 节制造 厂提供必要的技术条件 ，作为膨胀节设计和制造 依据。这 些 条 件 主 要 有 ：膨 胀 节 的 型号( 代 号) 、膨胀节 的形式 、安装位置、安装方位 、波 纹管和接管材料 、连接尺寸和连接形式 、整体长 度、最大径 向外形尺寸、重量、膨胀节刚度、补 偿量 、循环次数 、管 内介质、最高压力 、操作压 力、最高温度、操作温度、是否需要导流筒等。 2 3 安装和使用中应注意的问题 金属波纹管膨胀节的安装和使用应严格按照 产品说明书进行 ，并应注意以下问题 。 ( 1 )如果在设计 时未进行特 殊考虑 ，禁止 采用使波纹管膨胀节变形的方法来调整管道的安 装偏差。 ( 2 )必须注意保护波纹管 ，使其免受敲击 、 划伤、焊液飞溅等原 因造成的损害 。 ( 3 )选用膨胀节 时应尽 量避免在现 场进行 预定位，如必须在现场进行预定位时，应按照制 造厂专 门的说明书来设置预定位的大小和方 向。 ( 4 )固定支架和导 向支架等应严 格按照设 计图纸进行安装，现场安装所做的任何改动都将 可能影响到膨胀节功能的正常发挥 ，需要改动时 应经原设计人员认可。 ( 5 )对于带 导流管 的膨 胀节 ，在 安装 时应 注意方 向不能装反。 ( 6 )在包括管道 、膨 胀节 和支架等 的管道 系统安装完毕进行系统试压之前，应将膨胀节的 运输保护装置拆除，这些保护装置一般涂有黄色 油漆