补偿器在船舶工业中的应用2（补偿器专家浩润达介绍）

液化天然气船用膨胀节

    液化天然气船用膨胀节是在-162℃超低温下操作，必须考虑船舶特有的变形和振动的吸收，膨胀节万一发生龟裂，气体外泄将有发生爆炸的危险，因此对该类膨胀节的设计，制造应严格要求，材料选择、结构分析及设计图纸等必须严格审查，并且按有关法规进行试验、检查和验收。

材料的选择：

（1）波纹管

    波纹管材料通常是采用奥氏体不锈钢，不考虑低温脆性，但304奥氏体不锈钢，由于塑性加工成形及热处理等影响，会发生γ相向α相转变，析出铁素体，又由于晶体滑移，在滑移线上生成二次铁素体等引起脆断的危险，此外，在低温下，当温度低于MS点以下时，会产生马氏体变形，降低不锈钢的耐腐蚀性。由实验知上述两类情况，304L不锈钢比316L更为严重。同时为了防止焊接处析出铬的碳化物，应选用超低碳的316L不锈钢。

    由于波纹管是薄壁，并处于海水腐蚀的环境中，波纹管成形后必须进行固溶热处理及酸洗钝化处理，提高其耐腐蚀性。

（2）其它零部件

    为防止焊接时，在法兰、接管等焊缝处析出铬碳化物，应采用超低碳的304L钢或316L钢则更好。波纹管加强圈采用304钢，但若处于海水雾气的外部环境时，仍须采用304L钢，其它零部件如螺栓等可采用304钢。

膨胀节的结构：

    船舶在海上航行受风浪的影响，会使船体变形，膨胀节变位，由于风浪方向是不定的，故在X、Y、Z各方向上均会发生位移，并在各方向上多次循环，在这种场合最好采用万能型膨胀节。

（1）波纹管结构

    液化天然气船用膨胀节特点是压力高，温度是超低温，所以既要考虑吸收位移的能力好又要耐压强度高，故波纹管结构通常有带加强环单层和不带加强环多层两种。

    带加强环单层波纹管 其优点是：波纹管的气密性容易确认；焊缝易用X射线检查；各波变形均匀。缺点是:由于加强环与波纹之间有间隙，在高压下波纹管产生塑性变形，应变的计算值与实测值相差较大；在运行状态下，波纹管受拉伸，使波纹管与加强环之间间隙变大，故安装时应采取预压缩措施。

    多层波纹管其优点是：液化天然气船用膨胀节若不带加强环通常需4层，耐压强度高，不引起明显的变形，计算应变值与实测值较接近；内层龟裂仍能保持气密性，液化气不外泄，外层和内层可选用较好的耐腐蚀材料，中间层则可选一般材料。缺点是：波纹管与短管焊接时层间的空气膨胀会造成焊缝有缺陷；焊缝及波纹管的缺陷不易被发现；由于层间存在摩擦力，使弹性反力增高，一般约提高35%左右。

    综合两者的优缺点，建议选用两层带加强环结构的波纹管。  
 
（2）附件结构

    导向螺栓应有限位结构，防止膨胀节过大的位移，加强环的伸缩亦应予以制约。

    液体管线应设置内导流筒，以免波纹管内的湍流引起振动。

    应设置外保护套，防止波纹管外部结冰，从而妨碍波纹管的伸缩功能。

    限制设置加强筋，应采用厚法兰等不产生应力集中的结构。

设计：

    船舶配管使用的膨胀节与陆上配管不同，其位移量的计算值是配管温度变化产生的位移与船体航行时变形产生的位移的合成位移，此外，对于液体管线，除上述位移外，还应增加压力波动的变化。

疲劳计算：

    液化天然气船用膨胀节的疲劳寿命须考虑两种变形循环，其一是在航行中由于船体变形产生的位移循环次数；其二是内压与温度（低温介质与航海中的常温温差产生配管的收缩位移）变化的循环次数；以各自的实际循环次数按Miner的累积损伤原理计算膨胀节的疲劳寿命，两种变形循环至破坏的次数，推荐如下：由船体变形的循环次数为2*10^6次，由热位移和内压合成的循环次数为1.6*10^4次，即按1次航海为2个循环，每年航海20次，航海取20年，安全系数取20，则总循环次数为2*20*20*20=1.6*10^4次。