单式万向铰链型膨胀节在烟气除尘管道上的应用

胡艳求

武汉金中石化工程有限公司 武汉 430223

1 单式万向铰链膨胀节的简介

1.1 定义及外形

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，是能吸收任一平面内的角位移并能承受波纹管压力推力的膨胀节。其外形见图1。

图1 单式万向铰链型膨胀节外形

1.2 单式万向铰链膨胀节的应用

单式万向铰链型波纹膨胀节可广泛应用于各种复杂管系，补偿各种空间管系的角向位移，在空间管系中具有很大的优越性。是在一组波纹管上设置互为90°的两对销轴式铰链与一个万向环有机地连接在一起，构成角向位移式膨胀节，因此，单式万向铰链型膨胀节具有很大的灵活性，可补偿任意平面内管段的热变形。针对这一特点，为了更好地发挥其补偿作用，通常采用两个或三个单式万向铰链型膨胀节为一组，布置在同一平面内短臂较长的“L”形管段、中间管臂较长的“Z”形管段上，补偿上述各管段的管臂产生的热变形位移。

2 单式万向铰链膨胀节在烟气除尘管道上的应用实例

2.1 项目流程简介

本文实例来自某催化装置烟气除尘脱硫项目，其流程为：余热锅炉的烟气进入静电除尘器，除尘器的高压电场将空气电离，烟气中的粉尘在静电除尘器箱体内荷电并在电场力的作用下向相反的电极移动，被收尘极板和极线收集；收尘极板悬挂在框架上，前部和后部边缘被MIGI振打系统顺序振打和周期振打，使粉尘掉入锥形灰斗中；随后锥形灰斗中的灰尘经供料器与经吹灰风机增压后的空气混合后被送到储灰罐中，含粉尘的空气再经罐顶电除尘器进行气固分离，变成清洁空气，最后排入大气。

2.2 静电除尘器入口烟气管道分析

静电除尘器入口烟气管道为内衬管，管径为DN1900，材质为碳钢，管道内衬后外壁温度为80～120℃。静电除尘器入口烟气管道走向见图2。

图2 静电除尘器入口管道走向

右下方为原有管道固定点，固定点上方的三通原来为弯头，往X方向直接排入烟筒放入大气，现将弯头改为三通，上方三通沿-X方向为本次新增部分烟气管道，烟气一直往上走至24米标高，左上角端部为静电除尘器入口。由于内衬管壁温为80～120℃，所以主要考虑吸收静电除尘器管口的附加位移，以保证静电除尘器管嘴受力不超过允许值，确保静电除尘器的安全正常运行。

厂商设备图对静电除尘器在运行过程中由于自身膨胀导致出入口的附加位移以及受力做了规定，分别见表1、表2。

表1 静电除尘器管口附加位移值

表2 静电除尘器管口的允许荷载(±表示方向)

设置膨胀节后的计算模型见图3。

图3 设置膨胀节后的计算模型

根据表1静电除尘器管口的附加位移，首先考虑吸收静电除尘器管口X方向的位移，因X方向的位移比较大，通过分析计算必须安装两个单式万向铰链型波纹膨胀节。由于单式万向铰链型波纹膨胀节吸收的是横向位移，因此在上部Z方向的烟气管道上安装膨胀节。同样考虑静电除尘器管口Z方向的位移，在上部X方向安装膨胀节，因Z方向的位移比较小，所以安装一个膨胀节即能满足要求。最后考虑静电除尘器管口Y方向的位移，根据单式万向铰链型膨胀节的结构原理，图3中上部X和Z方向的烟气管道上的膨胀节均能吸收Y方向的位移。根据图3分析得出，在不同方向的管道上安装2个或2个以上单式万向铰链型膨胀节具有很大的灵活性，可补偿吸收任意平面内管段的热变形。

下面再分析一下弹簧支吊架的设置，左上角端部静电除尘器入口有向上的位移，因此为了减少管口所受重力，靠近管口处应设置弹簧。前面分析过，在工作过程中，膨胀节之间的各管臂将随着膨胀节的角位移而发生偏转，因此应各在两个膨胀节之间加设弹簧支吊架，以承受管臂重量，这就是顶部三处弹簧设置的原因。由于中间立管的上部分位移向上，所以在立管上部设置弹簧;又因中间立管长度约17米，一个承重支架不足以承受立管的荷载，于是在立管下部又设置一个弹簧。最后再分析最下面的一个弹簧，通过热膨胀分析，原固定点上方的三通处有5毫米多的位移，由于烟气管道直径大，靠自身吸收位移有限，为了减少原有固定点的受力，在下方又设置了一个弹簧，这就是整体的设计思路。据此分析，最终通过CAESAR II软件调整弹簧的荷载，计算出静电除尘器入口受力情况，见表3。

表3 静电除尘器入口的荷载值

将计算后得出的荷载值与厂商允许的荷载值对比(参见表2)，可看出计算后的受力满足厂商要求。

3 结语

以上为该催化装置烟气除尘脱硫项目中单式万向铰链型膨胀节在烟气除尘管道中的应用。因严格按照厂商要求进行设计，目前该项目现场整个烟气管道及静电除尘器均运行平稳、正常。