橡胶膨胀节在化工装置中的运用.pdf
- 文档编号:14658997
- 上传时间:2023-06-25
- 格式:PDF
- 页数:6
- 大小:393.82KB
橡胶膨胀节在化工装置中的运用.pdf
《橡胶膨胀节在化工装置中的运用.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《橡胶膨胀节在化工装置中的运用.pdf(6页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
化工装置中如何正确选用橡胶膨胀节唐麒惠生工程(中国)有限公司,中国上海201210摘要:
针对化工装置中橡胶膨胀节的实际运用,本文主要从橡胶膨胀节的设计要求和标准,实际使用案例,橡胶材料种类和性能,以及本体结构等方面,论述在设计和选用橡胶膨胀节的时候,应该注意的地方。
关键词:
化工;膨胀节;橡胶;可曲挠;橡胶接头HowtoSelectRubberExpansionJointforChemicalPlantTangQi(WisonEngineeringCo.,Ltd,ZhangJiang,Pudong,Shanghai,201210,P.R.China)Abstract:
Inallusiontopracticalapplicationofrubberexpansionjointproductsinchemicalplant,theselectionofrubberexpansionjointthatweshouldpayspecialattentiontoisbasedonrelevantrequirementsandstandards,experienceinpracticaluses,varietyandpropertyofrubbermaterialsanditsownstructureetc.Keywords:
chemical;expansionjoint;rubber;flexible;rubberjoint1前言橡胶膨胀节也可以叫做可曲绕橡胶接头,英文名称为RubberExpansionJoint。
早在上世纪七十年代期间就由欧美、日本等国相继研制成功,并广泛应用于给排水输送管线上,其可以有效的吸收位移、降低振动和噪声。
而后随着橡胶工业的飞速发展,橡胶材料性能得到了巨大的提升,人们可以利用橡胶的独特性能,如高弹性、高气密性、耐腐蚀和耐候性,采用高强度,冷热稳定性强的聚酯帘布斜交与之复合后,经高压、高温模压交联而成橡胶球体,其内部致密度高,能够承受较高压力,弹性变形效果优异。
使橡胶膨胀节的应用范围更加广泛,能够适用于介质温度不高,腐蚀性大的诸如磷酸,磷石膏制硫酸铵,磷酸铵,硫酸,氯碱等化工装置上,有效的替代了金属膨胀节的使用,可以大大的节省投资造价。
2橡胶材料的选取在化工装置某些工况下,我们之所以会选择橡胶膨胀节而不选用金属膨胀节,并不是因为橡胶材料弹性变形优异,吸收膨胀量能力比金属大,这些优势决定的。
主要原因是橡胶材料的造价比金属膨胀节的波纹管材料便宜很多,在合适工况下,用橡胶膨胀节替代金属膨胀节可以大大节省工程材料费用。
但如果在这两种膨胀节造价差距不大,且工况条件均满足使用的情况之下,首先还是应该选用安全系数更高的金属膨胀节。
目前制作橡胶膨胀节的橡胶材料主要有天然橡胶(NR),丁基橡胶butylrubber(IIR),氯丁橡胶(CR),三元乙丙橡胶(EPDM),还有氟橡胶(FKM)等。
材料的物理和化学性能可以参照德国Garlock公司的膨胀节技术手册规定,如表1所示:
我们在选取橡胶材料时,重点需要考虑的因素有两点:
介质的温度(工艺操作条件下可能出现的最高温度和长期操作时候的温度)和耐化学腐蚀性。
例如:
在云南省某个磷酸装置中,介质有48%的浓磷酸液,属于强酸,介质的设计温度为100,长期操作温度在85左右,笔者当时选择的是丁基橡胶材料,它的最高使用温度可以达到120。
但考虑到较高的安全性,对于设计温度为110的浓磷酸,当时选用的是内衬PTFE的金属膨胀节,而不是橡胶膨胀节。
另外提到一点,氟橡胶虽然耐温最高能够达到260,但造价比较高,且安全性不如内衬PTFE的金属膨胀节,所以一般很少使用氟橡胶膨胀节。
再例如:
在重庆某MDI装置中,介质有MCD即氯苯,这种介质需要注意,它属于有机溶剂化学物质,容易跟橡胶发生相溶反应,虽然长期操作温度不高,仅为60,但不宜使用橡胶膨胀节,最终选的是波纹管材料为316L的金属膨胀节(注:
氯苯不会电离出游离的氯离子,无需考虑应力腐蚀)。
笔者认为橡胶膨胀节的设计温度不宜超过100,输送介质不得为易燃易爆和毒性为极度或高度危害的流体,应该根据介质腐蚀性,然后结合橡胶的加工性能、耐磨性、耐老化性和透气性等一些因素来选择橡胶材料。
表13橡胶膨胀节本体结构我们在选好了橡胶膨胀节的橡胶材料后,就要开始考虑橡胶膨胀节本体结构了。
因为不同的本体结构决定了橡胶膨胀节不同的性能参数。
或者对于设计者来说,要求橡胶膨胀节达到一个什么样的性能参数,也反过来决定了膨胀节的本体结构。
本体结构参数主要包括三个方面,分别为膨胀节规格参数,膨胀节端部形式和膨胀节性能参数。
3.1膨胀节规格参数膨胀节规格参数规格参数包含以下几点:
3.1.1膨胀节公称口径大小和长度。
一般用DN表示,即名义直径。
这个与接管或者与之连接的设备管口公称直径相同。
长度指的是膨胀节无外力情况下,两端面到面的距离。
3.1.2膨胀节型式。
一般注明波的数量和形式,比如是单波还是双波,是水泵内吸式球体还是弯头式球体。
在同样高度的拱形结构下,双波比单波的膨胀节吸收位移要大,但是特大的单拱形结构设计比许多双拱形设计结构吸收位移的能力更大,此种设计断面弧度高,曲线长,具有较大的多向位移功能,这个主要结合管道布置空间情况和热位移量大小来综合考虑选择。
3.1.3波纹管设计压力等级。
这个按照介质设计压力来选取,一般分为0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa和4.0MPa这几个等级。
如果有真空工况,还需要注明真空度大小,一般分为32KPa、40KPa、53KPa、86KPa和100KPa(即全真空),它表示的是设计最大负压的绝对值大小。
一般情况下,相同口径的橡胶膨胀节,其波纹管压力等级越高,能够耐的负压越大,如果仅仅是依靠橡胶球体本身的强度来抵抗负压,耐真空效果并不是非常理想。
在设计的时候,可以通过在橡胶球体内增加抗压环,避免膨胀节失稳。
笔者在贵州省某个磷石膏制硫酸铵项目中,遇到设计工况为高真空的工艺气介质,口径为DN1200,为了避免橡胶球体不被负压吸瘪,要求制造厂设计成如图2所示结构,这个原理类似于在大口径薄壁管道外壁焊接一圈加强筋角钢,来增强管道的抗负压失稳能力一样。
图23.1.4内套筒和外罩。
内套筒也叫做金属导流衬管,一般如果遇到磨蚀性比较强的物料,如磷石膏料浆,可以增加一个金属内套筒如图3所示。
金属材料有304L或316L不锈钢、钛材、Hastelloy合金等,这主要根据介质腐蚀性来选取。
值得注意的是,膨胀节安装方向应该顺着流体方向来进行安装,并且要有一定的锥角(一般为5),套筒厚度一般取3mm就可以了,保证膨胀节可以自由绕弯,并补偿横向位移。
外罩可以使用Q235A钢板制作,是用来保护橡胶球体,使橡胶接头与外部隔离,减少紫外线照射,避免遭到外力压迫或明火燃烧。
图33.1.5防拉脱装置。
对于非常压工况下的膨胀节,建议一定要设置拉杆限位装置,即两端法兰间要配置拉杆连接,结构生根在法兰圆周面上,生根点的位置呈均匀分布,拉杆上外螺母与法兰间可设置减振用橡胶垫片,可以不设内螺母。
制造厂要根据内压引起的盲板力大小设计和考虑拉杆的规格及拉杆装置的强度。
现场安装结束后、操作运行时,须保持拉杆装置的安装,禁止拆除拉杆装置。
曾经在安徽省某个合成氨尿素装置里面的循环水泵管线上,到货的橡胶膨胀节没有设置防拉脱装置,后来开车的时候,整个橡胶膨胀节被水压产生的盲板力拉脱掉,造成泵的基础和管道支架严重损坏。
3.2膨胀节端部形式膨胀节端部形式端部形式包括端部连接形式和端部密封形式。
端部连接形式主要有三种,分别为法兰,螺纹活接头和金属喉箍。
其中法兰连接形式最为普遍,需要描述清楚法兰材料,规格标准和压力等级,比如采用的是美洲系列还是欧洲系列或者按照某非标图制造。
后两种连接形式只需要描述清楚接管材料和规格就可以了。
端部密封形式主要有两种,分别为RF突面和FF全平面两种。
其中突面又分为端部凸缘内嵌入钢丝绳结构和端部凸缘内嵌入矩形钢环结构,如图4所示:
图4可以发现这种RF突面的端部密封接触面比FF全平面的要小,其配套法兰与管道法兰之间不是全面接触,形成了一个较大的架空区域,又因橡胶膨胀节的配套法兰与球体为松套连接,这样在连接螺栓的作用力和橡胶球体变形的双重影响下,势必容易造成橡胶膨胀节配套法兰向管道法兰靠拢,使橡胶翻边从配套法兰凹槽中脱离出来,导致密封不严,介质泄露,如图5所示:
图5一般情况,橡胶膨胀节口径越大,越容易使橡胶翻边从法兰凹槽中拔出,根据现场使用经验,端部凸缘内嵌式和端部钢环加固式这两种突面密封形式一般用于DN250以下,这些较小口径规格的橡胶膨胀节中,大于等于DN300规格的橡胶接头推荐使用全平面密封形式,这样使用效果比较好。
但是如果操作时位移量不大或仅用来减震和降低噪音,建议使用端部凸缘内嵌式或端部钢环加固式,因为这种端部密封形式的橡胶膨胀节,制造成本会比较低,更容易生产。
3.3膨胀节性能参数膨胀节性能参数在设计的时候,橡胶膨胀节有三个方面的性能参数需要考虑。
分别为位移量、刚度值和设计制造标准。
3.3.1位移量可以分为轴向位移量(拉伸和压缩),横向位移量又称为径向位移量和角向位移量三个参数。
对于相同口径规格的膨胀节,长度越长,其能够吸收的位移量越大,这个具体数值可以根据产品样本或者标准规范来查询得到。
一般我们是根据设计位移量来选择橡胶膨胀节,即所有工况下可能产生的最大位移量来做为设计位移量,并且留有10%的裕量,避免橡胶材料变形过大,产生较大残余应力,降低膨胀节寿命。
有一种特殊情况需要注意,在遇到含有固体物料的时候比如磷石膏渣浆,流体中的沉淀物会停留于橡胶波纹凹形部位,长时间运行后偶尔遇到停车,渣浆中的固体物料会塞满波纹管凹形部位,导致橡胶膨胀节失效。
笔者在四川某个生产磷酸铵的项目中就遇到此问题,后来设计上考虑在橡胶凹形部位填入软质的橡胶材料和整体橡胶波纹管合为一体整体进行硫化,保证内表面平滑,这样才不会积累固体物料。
但是这样处理会导致橡胶膨胀节的刚度增加,通常这样设计后的橡胶膨胀节,其吸收位移的能力也会降低,其最大允许变形量只有相同规格的普通橡胶膨胀节的一半。
在选型的时候要注意这个细节,否则容易造成橡胶膨胀节柔性不够,损坏膨胀节球体或者使设备管口受力过大。
3.3.2刚度值跟位移量一样,刚度值也有三个参数,分别为轴向刚度(拉伸和压缩),横向刚度和角向刚度。
这个具体数值目前无法通过标准规范来查询得到,国内的产品样本也没有列出这个参数,只有国外某些一线厂商,才通过各种型式试验得到该数据并列入到样本中。
对于一般设备管口(非敏感设备)上连接有橡胶膨胀节的情况,这个参数值影响不是太大,毕竟橡胶膨胀节的刚度值比金属膨胀节要小很多,只要设计位移量在膨胀节最大允许变形量之内就可以。
但是对于一些敏感设备比如离心泵,屏蔽泵之类的就必须考虑管口所受力和力矩了,否则容易造成泵口受力和力矩超过最大允许范围,降低泵的使用寿命。
希望国内有代表的橡胶膨胀节厂家能够通过型式受力试验把产品的刚度值数据获得,并放入到样本当中以供查询。
3.3.3设计制造标准目前国内的有城建部的CJ/T208-2005标准,化工部的HG/T2289-2001标准和国标的GB/T26121-2010这三个制造标准,国外的有ASTMF1123美标标准。
城建标准规定的是给排水管道系统上用的橡胶接头,其法兰端部密封面只有端部凸缘内嵌入钢丝绳这一种结构,只适用于给排水输送系统里面,其出厂检验的项目比较少,没有化工标准和国标规定的多,比如缺少真空度、位移性能和橡胶物理性能这三个抽检项目。
化工标准规定的橡胶接头虽然检测项目要求比较多,但是端部密封面没有FF全平面形式,所以如果在化工装置中设计橡胶膨胀节,建议首先使用国标GB/T26121的标准或化工部标准,不适合采用城建标准。
如果采用进口橡胶膨胀节,可以按照美标标准ASTMF1123制造,该标准要求的爆破压力比国标的要严格一些,为最大允许工作压力的4倍,而国内标准仅为3倍。
并且美标还要求做阻燃性试验,这个试验还是很重要的,因为在化工装置中如果发生火灾,橡胶膨胀节达不到一定的阻燃性,会有产生火灾二次灾害的风险存在。
4结束语橡胶膨胀节属于非金属膨胀节范畴中最为广泛使用的一种,由于其适用的工况温度压力均不高,并且价格比金属膨胀节便宜很多,容易被使用者忽视,对于参数选取方面考虑不够全面,再加上国内橡胶膨胀节厂家制造水平参差不齐,容易造成错误的使用橡胶膨胀节,给现场带来诸多问题。
希望通过此文章,让大家能够更加科学合理的广泛的使用橡胶膨胀节,达到真正节省投资的目的。
参考文献【1】ExpansionJointsTechnicalGuidelinesofGarlockcompany,德国Garlock公司的膨胀节技术手册【2】CJ/T208-2005,中华人民共和国城镇建设标准-可曲绕橡胶接头【3】HG/T2289-2001,中华人民共和国化工行业标准-可曲绕橡胶接头【4】GB/T26121-2010,中华人民共和国国家标准-可曲绕橡胶接头【5】ASTMF1123,AMERICANSOCIETYFORTESTINGANDMATERIALS-StandardSpecificationforNon-MetallicExpansionJoints【6】ASTMD1418,AMERICANSOCIETYFORTESTINGANDMATERIALS-StandardPracticeforRubberandRubberLatices-Nomenclature作者简介唐麒,1982年出生,男,毕业于武汉理工大学,管道材料和管道应力分析工程师,现工作于惠生工程(中国)有限公司,一直从事管道材料和管道应力分析方面的工作。
个人电子邮箱:
联系方式:
18086069401。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 橡胶 膨胀 化工 装置 中的 运用