波纹膨胀节失稳,压力、位移和导向支架要一起核对
波纹膨胀节在内压下会失稳,热位移超过补偿量时波会被压死或拉开。导向支架缺失时,管道还会把侧向位移加到波纹上。

波纹膨胀节用一串薄壁波纹吸收管道的热位移。它能承受的内压取决于波纹形状、波数和有没有被正确导向,不是波纹还在就可以无限受压。内压升到临界值附近时,波纹会侧向鼓出或整段弯成弧形,这就是失稳。失稳以后补偿能力下降,波纹根部出现塑性变形,继续运行容易从根部开裂。
压力推力等于内压作用在波纹有效面积上的力,要由固定支架或拉杆承受。没有拉杆的轴向型膨胀节,自己平衡不了这个推力。固定支架若滑动或设计时被漏算,膨胀节会被拉开,波距变大。看起来像补偿量不够,其实是压力推力没有着落。先看两端固定点是否还停在原来的位置。
内压失稳和位移过大不是一种变形
柱状失稳时,整段波纹的中心线弯成弧,各波间距大体还在,像受压杆件被压弯。平面失稳则是个别波纹向一侧鼓出,相邻波距一宽一窄。两种都与内压超过该结构能稳住的压力有关,也与导向不够、波纹段过长有关。试验压力高于设计压力时,若没有按试验压力校核,试压阶段就可能先失稳,还没有进入热态。
位移过大是另一类变形。轴向压缩超过补偿量时,波与波挤在一起,波谷贴死。轴向拉伸过大时,波纹被拉平,波峰变矮。压缩超限常见于热位移大于选型,或冷态安装长度比规定的短,补偿量被提前用掉。拉伸超限常见于固定支架失效,压力推力把膨胀节拉长。一个是波距变密,一个是波距被拉开。
冷态安装长度要按图纸上的预变形来核对。该预拉的没有拉,升温后压缩量会超出允许值。该预压的没有压,另一工况下又会被拉过量。只量运行时的波距,不记录安装长度,就分不清是选型不够还是安装时已经吃掉一截补偿量。安装长度用量两端接管之间的尺寸,不靠目测波纹看起来是否均匀。
扭转对波纹特别不利,波纹几乎不能吸收管子绕自身轴线的转动。弯头热胀把位移变成扭转,或导向间隙过大让管子转了一个角度,波峰就不再垂直于轴线。扭曲和内压失稳的弧形弯曲不同,扭曲时两端法兰的螺栓孔已经错位。发现错位,先查管道是否发生转动,而不是只提高波纹的压力等级。
导向支架和固定支架各管一件事
导向支架让管道沿轴线移动,把变形限制在膨胀节能吸收的方向上。导向间隙被焊死或被保温挤死,导向就变成固定点,热位移改走别处,膨胀节可能几乎不动,设备管口却在动。导向间隙过大,管子会横向弯出,膨胀节受到侧向位移。侧向超限时一侧波纹被压死、另一侧被拉开,和均匀的轴向压缩不一样。
靠近膨胀节的导向若缺失,后面的间距又过大,管子会在压力推力下先弯,膨胀节跟着承受侧向位移。即便压力还没有达到波纹自身的失稳值,现场也会看到弯折。失稳不一定是膨胀节选型压力不够,也可能是管子先失去了直线状态。查导向是否还在、间距是否符合原图,和查运行压力同样必要。
带拉杆的膨胀节由拉杆承受压力推力,波纹只吸收横向或角向位移。拉杆被拆掉,或螺母没有按冷态位置锁好,推力会直接拉伸波纹。试压前把拉杆松开、试完忘记恢复,一送汽就会把波纹拉开。看到拉杆型膨胀节波距异常,先核对拉杆长度和螺母位置,再判断波纹本身耐压够不够。
腐蚀减薄造成的开裂,裂口多在波谷,周围有锈坑,波距不一定大范围改变。失稳和过位移则先看到几何形状变了:中心线弯曲、波距不均或波纹贴死,裂纹是后来才出现的。只补焊裂纹、不恢复导向和安装长度,旁边的波还会再裂。形状没有变、只有局部蚀坑时,才主要是腐蚀,而不是压力或位移已经失稳。
核对时看三项:运行压力是否超过设计压力,冷态长度和热态波距是否还在补偿量内,导向和固定支架是否还按图纸起作用。压力引起侧向鼓出或整段弯折,位移引起波距压死或拉平,支架失效则常常同时带来侧向位移。三项里只改一项,另外两项仍会把波纹再次推向失稳。