脱硝脱硫用膨胀节介绍

脱硝脱硫用膨胀节介绍
脱硫脱硝用非金属膨胀节
非金属蒙皮又叫圈带、非金属织物圈带等名称，主要有多层软质材料制造，具有耐温范围宽、耐高低、耐腐蚀能力强、阻燃性能好、吸音减震、柔韧性好等众多优点。

与传统金属波纹管相比，它避免了连接产生的硬性力传递，消除了管路振动，解决了通风机热胀冷缩的补偿量得问题及金属件难以避免的位偏移。

并能在意外事故中起到对风机的保护作用，是脱硫脱硝系统中应用最多的膨胀节。

一，非金属织物蒙皮的优点
1、补偿膨胀：可以补偿多方向，大大优于只能单式补偿的金属补偿器。

2、补偿安装误差，由于管道联接过程中，系统误差在所难免，纤维补偿器较好的消除安装安装误差。

3、消声隔振：纤维织物、保湿棉本身具有吸声、隔振功能，能有效地减少锅炉、风机等系统的噪声和振动。

4、无反推力：由于主体材料为纤维织物、无力的传递。

用纤维补偿器可简化设计、避免使用大的支座，节省大量的材料和劳动力。

5、良好的耐高温、耐腐蚀性：使用的氟塑料、有机硅材料较好的耐高温和耐腐蚀性能。

6、密封性好：有比较完善的生产装配系统，纤维补偿器基本无泄漏。

7、体轻、结构简单、安装维修方便。

8、价格低于金属补偿器，质量优于进口产品。

价格是进口产品的1/2-1/5。

9、尺寸任意性，不受管道口径大小限制，任何截面尺寸都可以加工。

二，非金属补偿器参数表：
四．非金属膨胀节常用的六种结构型式
脱硫脱硝非金属膨胀节常用结构型式：
吸收塔进出口非金属膨胀节带排水口结构型式：结构图一
结构图二
五.非金属膨胀节技术参数
脱硫脱硝用金属膨胀节
一，概述
由于非金属膨胀节具有以上诸多特点，脱硫脱硝系统中广泛使用
的是非金属补偿器，但也有它的缺陷，就是承压低，密封性能差，高温下蒙皮容易老化，经常维修，寿命短等。

为了减少维修量，提高系统寿命，越来越多的专家业内人士通过改用金属补偿器代替非金属补偿器。

矩形金属膨胀节是由一个或多个矩形波纹管及端部接管组成的矩形挠性元件，广泛用于矩形截面的管道或设备上，用来吸收由于热胀冷缩等原因引起的管道或设备尺寸的变化。

脱硫脱硝是一个复杂的工艺，主要是将燃煤烟气中的SO2和Nox 通过不同工艺从烟气中脱掉，两种产物遇到水蒸汽后将产生大量的硫酸和硝酸，另外还S2-和CL-等。

这些成分的存在对不锈钢波纹管产生点腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀等。

这将对金属波纹管的选材又是一个考验，脱硫塔系统中300系列不锈钢很难满足这个工况使用要求，必须经过特殊工艺处理或者使用特殊材料。

二，结构分类
1，根据波形可分为U型和V型，V型波纹管波高、波距、壁厚等波形参数相对固定，如美国CE公司标准的CE波纹管理，包括CE全高波纹管（代号CEQ）、CE半高波纹管（代号CEB）;日本三菱重工标准的AT80波纹管等。

常用的U型波纹管波高、波距、壁厚等波形参数可根据需要灵活设计，如美国EJMA标准的U型波纹管，GB/T12777标准U型波纹管和其他U型波纹管。

波型结构见下图：
U型波V型波
2，矩形金属膨胀节结构上可分为单式轴向型和复式自由型，如图1和图2
，
图1，单式结构图2，复式结构
单式结构以吸收轴向位移为主，也可以吸收少量的径向位移，当轴向和径向位移都很大的情况下，就要考虑复式自由型结构了。

复式自由型有两个矩形波纹管，可以同时吸收较大的轴向轴向/径向位移；这样使得复式结构做得很长，有时候考虑运输、现场安装的方便性，大尺寸的复式自由型产品可以通过两件单式轴向型产品、以及中间管道现场组装而成。

当复式自由型产品中间矩形管道重量较重时，通常设计有铰链滑槽结构将中间接管重量传递到端部接管上，进而传递给与产品相邻的支架或者设备上，以降低矩形波纹管工作应力，简化管道支吊架布置。

3，矩形波纹管的拐角通常有单斜角接角、折叠角、双斜角、圆角等，如图所示：相对来说，单斜角、折叠角、双斜角由直段裁割而成，易于制造，但由于结构突变及焊缝的影响，应力集中较明显。

圆角结构由直段盘弯而成，应力集中的影响大降低，但制造难度较大，受制于圆角转弯半径的限制，矩形管道尺寸也不能过小。

图3，单斜角图4，双斜角
图5，折叠角图6，圆角
三，材料选择
矩形波纹管的材料选择可以参考圆形波纹管选材的要求进行，由于设计压力较低，在延伸率、耐温性能、耐蚀性能满足要求时，也可以选择碳碳钢材料。

实际应用中，常用矩形波纹管材料包括：碳素结构钢GB/T700，优质碳素钢GB/T699，耐候结构钢GB/T4171，双相钢GB/T20878，奥氏体不锈钢
GB/T3280、GB/T4237，耐蚀合金钢YB/T5354等。

脱硝系统中最常用的材料
为耐候结构钢和奥氏体不锈钢。

脱硫系统中波纹管选材比较复杂，由于介质的特殊性，普通奥氏体不锈钢基本不能满足使用要求，通常选用耐蚀合金钢材料或者其他材料经过特殊工艺处理。

脱硫系统材料选用表
四，矩形补偿器选型和设计
矩形金属补偿器常用于设计压力小于等于0.05Mpa的低压管道，产品内部设计后耐温可达1200℃，介质多为热空气、烟气（有时含粉尘、SO2等），可吸收轴向/径向/角向位移，广泛应用于电力、冶金、石化、水泥等行业烟道、风道，烟气脱硫、脱硝、电除尘、循环流化床锅炉等管道系统上，技术标准主要有GB/T12777、EJMA、D-DL2000等。

1，波纹管的设计
矩形金属补偿器设计压力较低，所以主要是矩形波纹管的设计，其余端部矩形接管和结构件的设计相对较简单，但是设计压力较高时应引起重视，对其强度、刚度进行校核。

矩形波纹管的运行安全主要受位移、拐角处应力集中、腐蚀、高温
等因素影响较大，技术设计应从材料选择、设计计算、结构设计和管道支吊架设计综合考虑。

材料选择上述已经详述，这里重点讲述波纹管的设计计算。

矩形波纹管位移、力、力矩设计与圆形金属波纹管相同，符号含义与
<>,<>相同。

不同之处在于须用Ll和Ls（长边和短边的平均长度）代替Dm(平均直径)。

1.1，位移公式
矩形波纹管可以吸收轴向位移、角位移、径向位移，以及由它们任意组合而成的位移。

单式波纹管单波轴向位移ex=x/N。

复式波纹管单波轴向位移ex=x/2N。

单式或者复式波纹管发生角位移时单波当量轴向位移
单式延长边
图7，复式延长边
图8，单式延短边
图9，复式延短边复式波纹管发生横向位移时，单波当量轴向位移
图10，当横向位移与矩形长边平行时
图11，单式波纹管发生横向位移时，单波当量轴向位移
图12，当横向位移与矩形长边平行时
图13，当横向位移与矩形短边平行时
1.2，组合位移
确定矩形波纹管的单波总当量轴向位移的方法与圆形波纹管有所不同。

在矩形波纹管中，最大的总当量轴向位移发生在波纹管元件的角点上，它等于沿着长边和短边两个方向的横向位移和角向位移在角点所产生的当量轴向位移的代数各。

在这里，沿长边和沿短边的位移所产生的单波当量轴向位移是分别计算的，然后用以下公式将分别计算出的位移结合在一起，用以确定总当量轴向压缩或者总当量轴向伸长。

轴向位移为压缩
轴向位移为伸长
式中x默认为轴向压缩，位移yl和θl所在平面与位移ys和θs所在平面互相垂直；如果x为轴向伸长，则就改变lexl前面的正负号。

对波纹管进行设计，必须保证各种作用引起的单波当量总位移不得超
过额定位移量，即
额定值可以取最大值，也可以为膨胀节厂家经过波纹管性能计算后确定的值。

1.3，位移变化范围
轴向位移的变化范围e，是根据膨胀节从管道系统的初始位置到工作位置的位移来确定的。

如果在安装时未对膨胀节的横向或者角位移进行冷紧，则e等于从初始位置到所考虑的工作位置计算求和得的ec 和ee两者之中数值较大者。

对矩形波纹管进行校核时必须注意，为了确定ec和ee的最大值必须对各个平面上的所有位移进行计算。

矢量求和只能用于圆形波纹管。

如果安装时进行了冷紧，为了得出最大位移范围e，应将由冷紧而引起的ec和ee与从自然状态到工作位置而引起的ec和ee相加，求出它们的代数和。

1.4，力和力矩的计算
作用在管道、支架或者设备上的载荷，常常需要确定使膨胀节产生位移所需要的力和力矩。

为此，多数膨胀节制造厂家的产品目录对其标准设计均给出了有关作用力的数据。

该数据一般用使之达到厂家设定的额定单波轴向位移所需要的力来表示，为方便起见，可将该力除以额定位移得出波纹管的·抗力系数或工作刚度系数fw得出这一系数后，可以用以下公式计算出矩形膨胀节产生的位移所需要的力和力矩。

前面所给出的关系式适用于各种矩形膨胀节。

然而，必须注意：使用这些公式要依据膨胀节制造厂家提供的单波轴向刚度等数据。

在任何情况下均不得把从一个
厂家得到的数据用于另一个厂家的产品上，因为基本设计不同，这些数据可能相差很大。

矩形金属U型单波刚度计算见如下公式：单位N/mm
全高CE波单波刚度：室温下
半高CE波单波刚度：室温下
AT80波单波刚度：0.375×（a+b）N/mm 室温下
EJMA标准U型波单波刚度: 0.356×（a+b）N/mm 室温下
a和b表示矩形管道接口边长尺寸，
温度对刚度修正系数如下表：
2.金属膨胀节结构设计
2.1，端部连接件
端连接件常用槽钢或角钢，现场安装时，管道插入槽钢或角钢内焊接，槽钢或角钢推荐采用标准型，也可以用钢板折弯，采用折弯时，钢板厚度不应小于管道壁厚。

图15，端口连接形式
2.2，内衬筒
为保护波纹管不受介质冲刷，在波纹管内部设置内衬筒。

在技术协议中未明确指明具体要求时，采用与管道相同材料。

2.3，端口加强支撑
常用的端口加强支撑方案如图16所示，通常控制支撑间距不应大于2500mm。

图16 端口加强支撑示意图
2，产品结构图
多波形式的CE全高波膨胀节均由单波和双波组合而成，具体结构如图17所示：多波形式的CE半高波膨胀节均由多波和多波组合而成，最多连续一次成形5波，具体结构如图18所示：
图17 CE全高波多波结构示意图
图18 CE半高波多波结构示意图
3，应用实例：
热二次风管与大风箱连接风道4025×5425，轴向±50mm,侧向±140mm（4025）侧向±290mm（5425），设计压力:10Kpa,设计温度：450℃，波纹管材质选用304，具体计算见波纹管计算书根据以上要求设计产品长度：
该产品沿长边侧向位移比较大±290mm，安装时进行50%冷紧。

图19，复式自由型膨胀节应用实例
图19所示是复式自由型膨胀节吸收横向和少量轴向位移的应用实例，以及波纹管变形图，产品安装后，当中间管段较重时，膨胀节上应设置铰链等承重结构将中间管段重量传递给两侧支架。

支架的设置要求与载荷计算方法与圆形金属膨胀节类似，矩形波纹管压力推力:F=P.Ll.Ls，应重视压力推力对主固定支架的影响，否则可能引起膨胀节不能正常工作。

复式CE全高波波纹管计算书
膨胀节结构类型：复式 ( 校核设计 )
波纹形状： V形
拐角形状：圆形拐角
设计条件：
设计压力 P (MPa) = 0.01
设计温度T (℃) = 450.0
疲劳安全系数 nf = 10
设计位移范围：
轴向位移 x (mm) = 50.00
沿长边横向位移 yl (mm) = 145.00
沿短边横向位移 ys (mm) = 140.00
沿长边角向位移θl (度) = 0.00
沿短边角向位移θs (度) = 0.00
波纹管材料参数：
材料名称：00Cr17Ni14Mo2
弹性模量：冷态Ebo (MPa) = 195000.0 热态Ebt (MPa) = 164000.0 许用应力：冷态 Sabo (MPa) = 117.0 热态 Sabt (MPa) = 84.0
屈服极限：冷态 Sybo (MPa) = 117.0 热态 Sybt (MPa) = 93.0 波纹管几何参数：
长边内侧长度 ll (mm) = 5425.0
短边内侧长度 ls (mm) = 4025.0
单层壁厚 t (mm) = 2.5
波距 q (mm) = 86.0
波高 w (mm) = 216.0
单节波数 N = 6
直边段长 Lt (mm) = 30.0
波纹管相关参数：
波管长边平均长 Ll (mm) = 5641.0
波管短边平均长 Ls (mm) = 4241.0
波纹管有效面积 Am (cm2) = 239234.8
单节波纹管长度 Lb (mm) = 516.0
中间接管的长度 Lj (mm) = 4250.0
单节波纹管重量 G (Kg) = 1051.4
波纹管应力评定：
应力类型计算值(MPa) 许用值(MPa) 评定结论
压力引起长边纵向薄膜应力S7l：1.6 84.0 合格压力引起短边纵向薄膜应力 S7s： 2.1 84.0 合格
组合应力 S7l+S8l： 48.7 126.0 合格
组合应力 S7s+S8s： 29.9 126.0 合格压力引起波管径向弯曲应力S9： 35.0 126.0 合格位移引起波管径向弯曲应力 S10： 481.1 波纹管径向综合应力 St ： 756.7
压力引起波管直边弯曲应力 S11： 1.4 126.0 合格
压力引起波纹管跨中部位产生的挠度：
长边ybml (mm) = 2.6 ≤ 16.275
短边ybms (mm) = 0.9 ≤ 12.075
设计疲劳寿命： [Nc] (次) = 14784
单波当量总轴向位移： e (mm) = 31.6
内压推力： Fp (KN) = 239.2
波纹管刚度：
单波轴向理论刚度 fi (N/mm) = 2163.7
单波轴向工作刚度 fw (N/mm) = 2163.7
整体轴向刚度 Kx (N/mm) = 180.3
沿长边整体横向刚度 Kyl (N/mm) = 156.7
沿短边整体横向刚度 Kys (N/mm) = 102.1
沿长边整体角向刚度Kθl (Nm/度) = 93043.9
沿短边整体角向刚度Kθs (Nm/度) = 60609.8
参数系数：
Csf = 1.50 Csp = 1.00 Ks = 1.424
4，产品安装使用注意事项
矩形金属膨胀节的安装使用注意事项与圆形金属膨胀节基本相同，需要注意的是：
4.1 轴线水平或倾斜的膨胀节有时在底部的波峰上设有疏水装
置，安装时应将疏水装置放在底部。

4.2，矩形膨胀节口径大，波高比较高，切基本不设外护套，更
应小心保护波纹管等薄壁部分免受敲击、划伤、引弧、焊接飞溅等原因而造成的损害。

4.3，应规划安全可靠的吊装方案，减少或避免因吊装过程中变
形过大作用给波纹管的非预期位移。