某石化厂硫磺装置膨胀节优化分析案例

某石化厂硫磺装置运行过程中，部分管道膨胀节出现开裂和泄漏问题，甚至发生双层波纹管夹层度数异常等情况，严重威胁装置安全运行。为此，业主邀请广州开先科技有限公司对膨胀节的运行状态进行检测，并根据现场情况和原设计方案开展优化分析，制定科学的解决方案。

问题概述

膨胀节的主要功能是吸收管道系统的热胀冷缩。然而，原设计中的两个万向膨胀节仅解决了立管方向的热胀问题，但由于水平方向缺乏补偿能力，导致：

• 水平管道热胀推力产生较大的弯矩作用于设备管嘴。
• 法兰区域出现泄漏风险。
• 设备管嘴及管嘴法兰局部强度不足，存在失效隐患。

分析过程

广州开先科技有限公司采用ASME B31.3规范要求，对管道系统进行了详细的应力分析，结合多工况计算，逐步找出问题根源并提出优化建议。

应力分析结果

• 一次应力：最大值为设计允许值的17.5%，满足规范要求。
• 二次应力：最大值为27.9%，符合柔性设计要求。
• 设备管嘴法兰校核：采用当量压力法，结果显示法兰存在泄漏风险。
• 设备管嘴强度校核：采用WRC 107（537）规范分析，结果显示设备管嘴局部强度不满足要求。

原设计缺陷

• 万向膨胀节旋转角度在量程范围内，但其结构无法有效补偿水平管道的热胀，造成过大的推力作用于设备管嘴和法兰连接。
• 热胀问题未能全面解决，导致系统整体应力分布失衡。

优化措施

优化膨胀节选型

原设计中的两个万向膨胀节取消，改为安装曲管压力平衡型膨胀节，以同时补偿立管和水平管的热胀。

沟通确认与现场实施

• 与设计单位和业主沟通确认后，基于优化设计对膨胀节进行更换和重新安装。
• 对管道系统支吊架选型进行重新分析和优化，确保整体系统柔性和安全性。

优化效果

• 应力校核结果：在优化设计下，一次应力和二次应力均满足B31.3规范要求。
• 法兰泄漏风险消除：设备管嘴法兰校核显示不存在泄漏风险。
• 局部强度校核满足要求：设备管嘴局部强度满足WRC 107（537）规范要求。
• 系统可靠性显著提升：曲管压力平衡型膨胀节充分吸收了管道热胀补偿需求，成功解决了设备与管道之间的失效隐患。

业主评价

通过本次优化设计，广州开先科技有限公司为业主提供了科学的解决方案，不仅解决了膨胀节的安全隐患，还为业主与设计单位及膨胀节制造厂的技术谈判提供了充分的理论依据。本装置于优化完成后恢复正常运行，迄今为止设备运行稳定无故障，业主对此次服务给予高度认可。

总结

广州开先科技有限公司凭借专业的技术团队和精湛的应力分析能力，成功助力某石化厂硫磺装置解决了膨胀节开裂与泄漏问题。本次案例体现了公司在设备优化设计、管道应力分析和工程技术服务领域的强大能力，为行业安全高效运行提供了有力保障。