補償器在船舶工業(yè)中的應(yīng)用2(補償器專家浩潤達介紹)
液化天然氣船用膨脹節(jié)
液化天然氣船用膨脹節(jié)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(jié)萬一發(fā)生龜裂,氣體外泄將有發(fā)生爆炸的危險,因此對該類膨脹節(jié)的設(shè)計,制造應(yīng)嚴格要求,材料選擇、結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計圖紙等必須嚴格審查,并且按有關(guān)法規(guī)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(fā)生γ相向α相轉(zhuǎn)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(chǎn)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(yīng)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(huán)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(yīng)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(huán)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(jié)的結(jié)構(gòu):
船舶在海上航行受風(fēng)浪的影響,會使船體變形,膨脹節(jié)變位,由于風(fēng)浪方向是不定的,故在X、Y、Z各方向上均會發(fā)生位移,并在各方向上多次循環(huán),在這種場合最好采用萬能型膨脹節(jié)。
(1)波紋管結(jié)構(gòu)
液化天然氣船用膨脹節(jié)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(jié)構(gòu)通常有帶加強環(huán)單層和不帶加強環(huán)多層兩種。
帶加強環(huán)單層波紋管 其優(yōu)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(huán)與波紋之間有間隙,在高壓下波紋管產(chǎn)生塑性變形,應(yīng)變的計算值與實測值相差較大;在運行狀態(tài)下,波紋管受拉伸,使波紋管與加強環(huán)之間間隙變大,故安裝時應(yīng)采取預(yù)壓縮措施。
多層波紋管其優(yōu)點是:液化天然氣船用膨脹節(jié)若不帶加強環(huán)通常需4層,耐壓強度高,不引起明顯的變形,計算應(yīng)變值與實測值較接近;內(nèi)層龜裂仍能保持氣密性,液化氣不外泄,外層和內(nèi)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(fā)現(xiàn);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(yōu)缺點,建議選用兩層帶加強環(huán)結(jié)構(gòu)的波紋管。
(2)附件結(jié)構(gòu)
導(dǎo)向螺栓應(yīng)有限位結(jié)構(gòu),防止膨脹節(jié)過大的位移,加強環(huán)的伸縮亦應(yīng)予以制約。
液體管線應(yīng)設(shè)置內(nèi)導(dǎo)流筒,以免波紋管內(nèi)的湍流引起振動。
應(yīng)設(shè)置外保護套,防止波紋管外部結(jié)冰,從而妨礙波紋管的伸縮功能。
限制設(shè)置加強筋,應(yīng)采用厚法蘭等不產(chǎn)生應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)。
設(shè)計:
船舶配管使用的膨脹節(jié)與陸上配管不同,其位移量的計算值是配管溫度變化產(chǎn)生的位移與船體航行時變形產(chǎn)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(yīng)增加壓力波動的變化。
疲勞計算:
液化天然氣船用膨脹節(jié)的疲勞壽命須考慮兩種變形循環(huán),其一是在航行中由于船體變形產(chǎn)生的位移循環(huán)次數(shù);其二是內(nèi)壓與溫度(低溫介質(zhì)與航海中的常溫溫差產(chǎn)生配管的收縮位移)變化的循環(huán)次數(shù);以各自的實際循環(huán)次數(shù)按Miner的累積損傷原理計算膨脹節(jié)的疲勞壽命,兩種變形循環(huán)至破壞的次數(shù),推薦如下:由船體變形的循環(huán)次數(shù)為2*10^6次,由熱位移和內(nèi)壓合成的循環(huán)次數(shù)為1.6*10^4次,即按1次航海為2個循環(huán),每年航海20次,航海取20年,安全系數(shù)取20,則總循環(huán)次數(shù)為2*20*20*20=1.6*10^4次。
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