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補償器在船舶工業中的應用2(補償器專家蘇創介紹)

時間:2019-09-09 08:47:51 分享到:

液化天然氣船用膨脹節

    液化天然氣船用膨脹節是在-162℃超低溫下操作,必須考慮船舶特有的變形和振動的吸收,膨脹節萬一發生龜裂,氣體外泄將有發生爆炸的危險,因此對該類膨脹節的設計,制造應嚴格要求,材料選擇、結構分析及設計圖紙等必須嚴格審查,并且按有關法規進行試驗、檢查和驗收。

材料的選擇:

(1)波紋管

    波紋管材料通常是采用奧氏體不銹鋼,不考慮低溫脆性,但304奧氏體不銹鋼,由于塑性加工成形及熱處理等影響,會發生γ相向α相轉變,析出鐵素體,又由于晶體滑移,在滑移線上生成二次鐵素體等引起脆斷的危險,此外,在低溫下,當溫度低于MS點以下時,會產生馬氏體變形,降低不銹鋼的耐腐蝕性。由實驗知上述兩類情況,304L不銹鋼比316L更為嚴重。同時為了防止焊接處析出鉻的碳化物,應選用超低碳的316L不銹鋼。

    由于波紋管是薄壁,并處于海水腐蝕的環境中,波紋管成形后必須進行固溶熱處理及酸洗鈍化處理,提高其耐腐蝕性。

(2)其它零部件

    為防止焊接時,在法蘭、接管等焊縫處析出鉻碳化物,應采用超低碳的304L鋼或316L鋼則更好。波紋管加強圈采用304鋼,但若處于海水霧氣的外部環境時,仍須采用304L鋼,其它零部件如螺栓等可采用304鋼。

膨脹節的結構:

    船舶在海上航行受風浪的影響,會使船體變形,膨脹節變位,由于風浪方向是不定的,故在X、Y、Z各方向上均會發生位移,并在各方向上多次循環,在這種場合最好采用萬能型膨脹節。

(1)波紋管結構

    液化天然氣船用膨脹節特點是壓力高,溫度是超低溫,所以既要考慮吸收位移的能力好又要耐壓強度高,故波紋管結構通常有帶加強環單層和不帶加強環多層兩種。

    帶加強環單層波紋管 其優點是:波紋管的氣密性容易確認;焊縫易用X射線檢查;各波變形均勻。缺點是:由于加強環與波紋之間有間隙,在高壓下波紋管產生塑性變形,應變的計算值與實測值相差較大;在運行狀態下,波紋管受拉伸,使波紋管與加強環之間間隙變大,故安裝時應采取預壓縮措施。

    多層波紋管其優點是:液化天然氣船用膨脹節若不帶加強環通常需4層,耐壓強度高,不引起明顯的變形,計算應變值與實測值較接近;內層龜裂仍能保持氣密性,液化氣不外泄,外層和內層可選用較好的耐腐蝕材料,中間層則可選一般材料。缺點是:波紋管與短管焊接時層間的空氣膨脹會造成焊縫有缺陷;焊縫及波紋管的缺陷不易被發現;由于層間存在摩擦力,使彈性反力增高,一般約提高35%左右。

    綜合兩者的優缺點,建議選用兩層帶加強環結構的波紋管。  
 
(2)附件結構

    導向螺栓應有限位結構,防止膨脹節過大的位移,加強環的伸縮亦應予以制約。

    液體管線應設置內導流筒,以免波紋管內的湍流引起振動。

    應設置外保護套,防止波紋管外部結冰,從而妨礙波紋管的伸縮功能。

    限制設置加強筋,應采用厚法蘭等不產生應力集中的結構。

設計:

    船舶配管使用的膨脹節與陸上配管不同,其位移量的計算值是配管溫度變化產生的位移與船體航行時變形產生的位移的合成位移,此外,對于液體管線,除上述位移外,還應增加壓力波動的變化。

疲勞計算:

    液化天然氣船用膨脹節的疲勞壽命須考慮兩種變形循環,其一是在航行中由于船體變形產生的位移循環次數;其二是內壓與溫度(低溫介質與航海中的常溫溫差產生配管的收縮位移)變化的循環次數;以各自的實際循環次數按Miner的累積損傷原理計算膨脹節的疲勞壽命,兩種變形循環至破壞的次數,推薦如下:由船體變形的循環次數為2*10^6次,由熱位移和內壓合成的循環次數為1.6*10^4次,即按1次航海為2個循環,每年航海20次,航海取20年,安全系數取20,則總循環次數為2*20*20*20=1.6*10^4次。

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