刘 璟

（河北都邦石化工程设计有限公司，河北石家庄 050032）

1 废液焚烧波纹管膨胀节的破裂

生产己内酰胺、硫铵的联合装置产生大量的有机废液，焚烧炉燃烧后经过脱硫装置使烟气达标后排入大气。有机废液保证浓缩液的充分雾化，浓缩液进入焚烧炉进行高温分解，其中的硫被氧化生成SO2和SO3，同时燃烧产物中还有大量的N2、部分过剩O2及微量的NOx、钾离子、钠离子，及从脱硝室出来的高温烟气进入废热锅炉［1－10］。

脱硝室与废热锅炉之间设有金属波纹管膨胀节，直径为2 800mm，设计压力为－10～10kPa，烟气温度为900～1 000 ℃。波纹管材质为In－conel625，导流筒等组件材质为310S，波纹管内填塞硅酸铝纤维包扎不锈钢丝网隔热层。金属波纹管膨胀节简图见图1，其中长度单位为mm。

膨胀节在使用1年左右出现损坏。直接与火焰加热部分的材质310S首先被烧损致使隔热层脱落，造成波纹管变形严重，最终烧穿。

2 金属波纹管膨胀节失效分析

1）原焚烧炉设计存在问题，燃烧段过长，到膨胀节位置仍存在明火。投用后由于废液达到12t／h（设计处理能力为10t／h），炉热负荷过大，膨胀节位置温度高达1 250 ℃，超过310S材质的耐受范围。

2）焚烧炉炉体变形，膨胀节承受过大角位移，波纹管不能正常工作。金属波纹管膨胀节在1 000 ℃多的高温且有明火的情况下，即使波纹管采用Inconel625等高温镍基合金等材质也很快就被烧毁，表现出其在使用温度上的局限性。

图1 金属波纹管膨胀节简图Fig.1 Expansion joint structure of metal bellows

3 非金属膨胀节优点

1）补偿能力大，可以在较小的尺寸空间内提供比金属膨胀节大得多的多维补偿能力。

2）补偿抗力小，非金属膨胀节的补偿元件用橡胶、纤维材料，塑料等制成，其变形抗力可以忽略不计，管线设计时不用考虑抵抗应力。

3）耐热性能好，通过合理的结构设计和选材，非金属膨胀节可以在≤1 000 ℃的条件下长期工作。

4）耐酸碱性强，非金属膨胀节的非金属材料有极好的防酸碱腐蚀的性能，且不用考虑露点腐蚀的问题。

5）安装尺寸小，更换方便，可以分体安装，且可以只更换非金属蒙皮。

6）减震效果显著，非金属膨胀节用柔性材料制造，能吸收、消除大部分振动。

4 非金属膨胀节的设计与制造

除美国有一个膨胀节制造商学会标准《EJMA》外，迄今为止中国国内并无非金属膨胀节设计与制造的统一标准。

在焚烧炉的高温高硫腐蚀工况下，非金属膨胀节能够适应1 250 ℃高温，耐蚀性好，且一定程度上吸收角位移，容易更换损坏的蒙皮、保温棉。非金属膨胀节简图见图2。

图2 非金属膨胀节简图Fig.2 Non－metallic expansion joint diagram

非金属膨胀节的设计包括以下几点。

1）蒙皮选用以下结构：不锈钢丝增强陶瓷纤维布、310不锈钢丝网、玻璃纤维布、硅酸铝纤维毯、玻璃纤维布、聚四氟乙烯玻璃纤维复合布、双面硅橡胶玻璃纤维布、单面氟橡胶玻璃纤维布、单面硅橡胶玻璃纤维布等。硅橡胶的使用范围为－100～350 ℃，其具有优良的耐老化性、高透气性和对气体透过的选择性。硅橡胶具有低吸湿性，可起隔离作用；310不锈钢丝网起加强作用；聚四氟乙烯玻璃纤维复合布是密封层，耐酸碱性能极好，化学稳定性极高。

2）保温棉为隔热层填充物，主要是硅酸铝棉毡（即硅酸铝纤维）。隔热材料一般是热导率很小的材料，其特点是质轻、疏松、保温、保冷、隔热、吸声。硅酸铝纤维具有质量小、耐高温、热稳定性好、热导率低、热容小以及耐机械振动等特点。选用金属丝网包扎含锆硅酸铝棉，含锆硅酸铝棉按GB／T 16400—2003标准，含锆量一般为12%～15%（质量分数），最高推荐温度为1 300 ℃。金属丝网材质为310S，主要起强化作用。

3）导流板用来避免高温烟气直接吹向保温棉或蒙皮，根据烟气性质选择合适的材料与厚度，可延长膨胀节的使用寿命。采用双导流板结构，增强了填塞保温棉的密封性，有效降低蒙皮处的温度及腐蚀介质的量，延长膨胀节的使用寿命。导流板材质为310S，导流板内壁设隔热衬里，避免与高温介质直接接触（衬里一般采用陶瓷质锚固砖的结构）。

5 结 语

在有机废液焚烧炉尾部这种高温高硫强腐蚀工况下，非金属膨胀节比其他类型膨胀节更适合。非金属补偿器造价并不高，且近年来制造技术日趋成熟，制造逐渐国产化，其市场具有很大的发展空间。

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