非金属膨胀节在燃煤电站烟风道上的应用分析
摘要：简述了非金属膨胀节在燃煤电站烟风管道中的应用范围，说明了典型非金属膨胀节的结构组成和特点，介绍了膨胀节的补偿作用和防振动作用，着重介绍了不同烟风道热膨胀量的计算方法和补偿量的确定方法，通过实例阐述了非金属膨胀节的计算选型要点。
引言
非金属膨胀节适用于电厂烟风煤粉管道， 用来吸收管道的轴向、径向、角向热变形和（或）减振，防止热胀冷缩在烟风道和相关设备上引起的热应力 和结构破坏。 膨胀节的设计和选用应能吸收管道运行时的最大变形量，并应设置在合适的位置，能承受介质的温度和压力。 自20世纪90年代初从国外引进以来，早期的非金属膨胀节主要用于低温段有腐 蚀介质的炯道中Ill，随着近年来技术的发展，非金属膨胀节已经能承受高温、高压，加上它有比金属膨胀节更明显的优点，其应用范围越来越广。
1、 非金属膨胀节概述
1.1 非金属膨胀节的使用范围
电站锅炉烟风道系统的特殊性，使得其不能像汽水管道那样采用弹簧支吊架来对管系进行限位和承载，因此为了吸收管段的热位移和避免设备如风机等对整个管系振动影响，需要合理地设置膨胀节来实现管道的安全运行。 非金属膨胀节有许多优点，在大型电站锅炉的烟风道系统中得到了广泛的应用，如空气预热器的进出口，送风机、引风机系统， 电除尘器的进出口，脱硫系统的原烟道、净烟道，一次风系统、二次风系统、磨煤机进出口等都可装设非金属膨胀节。
1.2 非金属膨胀节的优点
在非常紧凑的空间里要吸收较大的胀差和扭转偏转角度，金属膨胀节已不能很好满足其胀差补偿的需求，而使用非金属膨胀节不仅可节约投资、减少维护量，同时具有万向补偿和吸收位移量大、无弹性反力、外表温度低、降低噪音、隔绝震动，安装和维修方便，极好的耐高温、耐腐蚀和耐磨特性等优点，因此非金属膨胀节在电站锅炉中推广使用是必然的趋势。
1.3 非金属膨胀节的一般结构
非金属膨胀节有一般结构和特殊结构之分。 一般结构的可以按华东电力设计院编制的《D-LD2000烟风煤粉管道零部件典型设计手册》或生产厂家的样本进行选型。根据相邻设备的结构 特点、膨胀量等选取不同的连接方式。
1.4 非金属膨胀节的基本结构
非金属膨胀节主要由机架、不锈钢丝网、隔热填料层、隔热防尘套、蒙皮、耐磨层等6个部分组成，目前主要有6种不同的结构 型式12］，图l为应用 最为广泛的非金属膨胀节的典型结构图，图2为该类型非金属膨胀节的实物展示。
图1 非金属膨胀节的典型结构图
图2 电厂风道的非金属膨胀节外形图
1.4.1 机架
机架是非金属膨胀节的轮廓支架，可根据需要设汁和制造各种规格，由折边板、型钢、压板、螺栓、螺母、挡板等组成，以保证有足够的强度和刚度，机 架的材料应与介质温度相适应。一般在400℃以下 用Q235-A钢，600℃以上用 不锈钢或耐热钢制成， 同时考虑炯风道的保温方式 与烟凤道之间可 用法兰或焊接连接。
1.4.2 不锈钢丝网
不锈钢丝网是非金属膨胀节的内衬，阻止流通介质中杂物进入膨胀节和阻止膨胀节中绝热材料向外散失。
1.4.3 隔热填料层
隔热填料层是非金属膨胀节绝热的主要保证 ，它是由多层陶瓷纤维等耐高温材料组成，其厚度可根据流通介质温度及耐高温材料的导热系数等通过传热计算确定。在烟道之间的膨胀间隙填塞包裹着耐火纤维的耐火钢丝网密封圈，以防止飞灰沉积在膨胀间隙中，影响正常膨胀，同时也防止烟气反窜。
1.4.4 隔热防尘套
保温棉有兼顾非金属膨胀节的保温和气密性的双重作用，它是由破璃纤维布、高硅氧布和各类保温棉毡（常采用硅酸铝纤维棉）等组成，既可以将非金属膨胀节的工作温度降低，又可以防止烟气进入，其长度和宽度与外层的蒙皮一致，具有良好的延伸性和抗拉强度。
1.4.5 蒙皮
蒙皮的作用是密封耐压，是非金属膨胀节的主要伸缩体，材料由密封材料和耐压 材料2部分组成，一般是由性能优良的硅橡胶或高硅氧聚四氟乙烯与无碱玻璃丝绵等多层复合而成，是 l种高强密封复合材料。其作用是吸收膨胀量，防止漏气和雨水的渗漏。
1.4.6 耐磨层
挡板是起导流和保护隔热层的作用，以避免气流直接冲刷隔热材料而导致非金属体的过早损坏。其材质的选择应根据不同的介质温度、介质特性来确定。 挡板还应不影响膨胀节的位移。
2 、管段热膨胀量的计算方法
管道一般是在常温下安装的，当设备生产运行时，由管道内的高温介质而产生的管段热膨胀值可 按式（l）计算:
△L = L*α*△t （1）
式中：△L为计算管段热膨胀值，mm;L为计算管段的投影长度，m;α为钢材在工作温度下的线膨胀系数， mm/(m●℃:) ;△t为计算温度与安装温度的差值℃:。常用钢材在不同温度下的线膨胀系数如表1所示。
表1 常用钢材线膨胀系鼓（从20℃至下列温度）
如图3所示，某工程中热一次风道设计温度为300℃，安装温度为20″C，风道材质选用Q235A管材，管端距离固定支架的间距约为6.7 m， 计算该管段运行时所产生的热膨胀量值。查表l可知Q235A。
钢材的线膨胀系数为13.45×10-6／℃（对于表1中没有细分的温度下的数值，可以参阅相关文献或按插值法近似计算），按照式（1）计算得出：
△L=L×α×△t=6.7×0.013 45×（300-20)=25.2(mm)
图3 某电厂空预器出口热一次风道布置立面图
根据以上计算结果，可知管道在膨胀节处横向最大热位移为25.2 mm。
3、膨胀节的应用
3.1 补偿量的计算
确定非金属膨胀节的补偿量时，首先要明确是否需要吸收设备的热位移，如设备热位移对管系有影响时，应将设备的热位移加上按照上述管段热位移计算方法得到的结果，才是选用非金属膨胀节时所需要吸收的最终位移。例如空气预热器出口的热一次风道、热二次风道、电除尘进出口的原烟道，均需要考虑设备的热膨胀位移。
图4 为空气预热器厂家提供的空气预热器出口热一次风道的横向位移，括号内表示冷态位移。同时，空气预热器出口具有垂直向上的热位移15mm。因此，根据前面的叙述，要综合考虑空气预热器的热位移和热一次风道的热位移，两者进行同方向的叠加，才能确定热一次风道上的非金属膨胀节的补 偿量。 因此，根据计算可知，该非金属膨胀节横向最大位移为33.2 mm，轴向最大位移为15mm。
空气预热器出口热一次凤道横向位移指示图
3.2 膨胀节的选择
在选用非金属膨胀节时，其补偿量一定要大于安装位置处各方向的位移，也就是俗称的“包得住“，在本文中，选用横向膨胀量为50mm，轴向补偿量为30mm的矩形非金属膨胀节，高度为500mm。为了防止膨胀节受空气预热器出口高温的影响，将膨胀节的位置挪高远离空气预热器出口，以降低蒙皮受热老化的速度，也省去了夏季喷水降温的维护工作量。同时，移动膨胀节的位置后，管道的截面变小，膨胀节所需的材料特别是蒙皮的面积减少了约40%，降低了初投资。工程投产后，运行效果良好，表明本文中的计算选型是正确合理的。
4 、注意事项
（1）由于烟道、热风道内部介质温度相对较高，为防止膨胀节被烫穿 一般选用耐高温材质的非金属膨胀节。 对于热风送粉管道，由于管道内存在煤粉颗粒，除应满足上述热补偿要求外，还应考虑膨胀节具有一定的防磨能力， 以延长其使用寿命，因此一般较少使用非金属膨胀节。
（2）膨胀节不仅能够有效地吸收管道的膨胀量，还能够有效地吸收管道振动，可用于需要隔离振动的设备接口上。
（3）计算选型时，除要注意工作温度要求外，一定要注意将管系的热位移和设备接口的热位移进行叠加，才能作为非金属膨胀节选型的依据。
（4）如果在运行中发现膨胀节烧穿，应及时处 理，在膨胀缝宽、浇注料开裂严重、时间紧促的情况 下，可在膨胀缝填充陶资纤维，并分层给陶瓷纤维涂以高温热墙胶，这样一方面加固了陶瓷纤维与膨胀缝的粘结，另一方面可对开裂的浇注料进行暂时的密封，待停机后再进行更换。