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(dòng)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(xiǎn)，因此對(duì)該類膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)，制造應(yīng)嚴(yán)格要求，材料選擇、結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)圖紙等必須嚴(yán)格審查，并且按有關(guān)法規(guī)進(jìn)行試驗(yàn)、檢查和驗(yàn)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(huì)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(xiǎn)，此外，在低溫下，當(dāng)溫度低于MS點(diǎn)以下時(shí)，會(huì)產(chǎn)生馬氏體變形，降低不銹鋼的耐腐蝕性。由實(shí)驗(yàn)知上述兩類情況，304L不銹鋼比316L更為嚴(yán)重。同時(shí)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(jìn)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(shí)，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(qiáng)圈采用304鋼，但若處于海水霧氣的外部環(huán)境時(shí)，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(huì)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(huì)發(fā)生位移，并在各方向上多次循環(huán)，在這種場(chǎng)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(diǎn)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(qiáng)度高，故波紋管結(jié)構(gòu)通常有帶加強(qiáng)環(huán)單層和不帶加強(qiáng)環(huán)多層兩種。

    帶加強(qiáng)環(huán)單層波紋管 其優(yōu)點(diǎn)是：波紋管的氣密性容易確認(rèn)；焊縫易用X射線檢查；各波變形均勻。缺點(diǎn)是:由于加強(qiáng)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(jì)算值與實(shí)測(cè)值相差較大；在運(yùn)行狀態(tài)下，波紋管受拉伸，使波紋管與加強(qiáng)環(huán)之間間隙變大，故安裝時(shí)應(yīng)采取預(yù)壓縮措施。

    多層波紋管其優(yōu)點(diǎn)是：液化天然氣船用膨脹節(jié)若不帶加強(qiáng)環(huán)通常需4層，耐壓強(qiáng)度高，不引起明顯的變形，計(jì)算應(yīng)變值與實(shí)測(cè)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(diǎn)是：波紋管與短管焊接時(shí)層間的空氣膨脹會(huì)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(diǎn)，建議選用兩層帶加強(qiáng)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(qiáng)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(dòng)。

    應(yīng)設(shè)置外保護(hù)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(qiáng)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(jì)：

    船舶配管使用的膨脹節(jié)與陸上配管不同，其位移量的計(jì)算值是配管溫度變化產(chǎn)生的位移與船體航行時(shí)變形產(chǎn)生的位移的合成位移，此外，對(duì)于液體管線，除上述位移外，還應(yīng)增加壓力波動(dòng)的變化。

疲勞計(jì)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(shí)際循環(huán)次數(shù)按Miner的累積損傷原理計(jì)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(gè)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。