在固定管板式換熱器設計中，經常會遇到需要設置波紋管膨脹節的問題，其中以固定管板換熱器殼程設置波紋管膨脹節居多，本文僅討論固定管板換熱器中波紋管膨脹節的設計。 

　　一、波紋管膨脹節的定義 

　　由一個或幾個波紋管及結構件組成，用來吸收由于熱脹冷縮等原因引起的設備尺寸變化的裝置。 

　　二、設計工況 

　　對于固定管板換熱器，一般有多種設計工況，包括正常操作工況、開車工況、停車工況、事故工況等。除非能定性判斷某些工況設計條件苛刻程度低于其他工況，否則應對每種設計工況逐一核算，因經常出現在正常操作工況下設備不需要設置波紋管膨脹節或設置波紋管膨脹節是安全的，而在其他工況下才需設置波紋管膨脹節或需改變波紋管膨脹節的結構參數。值得注意的是，如果工藝條件僅提供了正常操作工況的設計條件，應要求工藝專業補充提供其他工況下的設計條件。 

　　三、何時需設置波紋管膨脹節 

　　在管板計算中按有溫差的各種工況計算出的殼體軸向應力、換熱管軸向應力、換熱管與管板之間的連接拉脫力中，有一個不能滿足強度條件時，就需要設置波紋管膨脹節。 

　　四、如何避免設置波紋管膨脹節 

　　波紋管膨脹節是固定管板換熱器中比較薄弱的環節，在設計中應盡量避免，可參考以下幾點方法。（1）首先應從工藝流程角度考慮，工藝通過采取一定措施即可避免某些設計工況的出現，從而避免設備設置波紋管膨脹節。（2）在壓力降允許的情況下，減小折流板間距。（3）在費用估算可行的情況下，可通過適當增加管板厚度，以避免波紋管膨脹節。（4）在工藝介質允許和經濟合理的情況下，可通過更換殼程筒體或換熱管材質以減小膨脹差，達到避免波紋管膨脹節的目的。 

　　五、波紋管膨脹節的計算 

　　GB16749―1997《壓力容器波形波紋管膨脹節》規定了金屬波紋管波紋管膨脹節的設計、制造、檢驗、驗收、貯存、安裝及基本參數與尺寸等。非標波紋管膨脹節的設計可按照此標準進行計算，其設計、制造、檢驗、試驗和驗收不應低于此標準的要求。以下討論用 SW6 程序進行計算時的幾種情況。（1）若選用標準波紋管膨脹節，計算時只需將從標準中查出的剛度填入管板計算程序中，進行管板強度計算，同時校核軸向位移（由換熱管和殼程筒體熱膨脹變形差引起的軸向位移）是否不大于標準中規定的波紋管膨脹節最大位移量。此時波紋管膨脹節本身可不用校核計算。（2）若采用非標波紋管膨脹節，則需填入波紋管膨脹節參數，進行波紋管膨脹節計算，以獲取剛度，再將此剛度輸入管板程序中進行管板的計算。（3）若按標準中的普通 U 形波紋管膨脹節不易通過，可考慮采用 Ω 形波紋管膨脹節或加強型波紋管膨脹節，計算方法可參照 EJMA 標準。（4）若采用非標波紋管膨脹節，無論如何調整波紋管膨脹節尺寸都很難通過，或波數太多，或尺寸不合理，此種情況可考慮請專業廠家進行波紋管膨脹節的計算和設計，由專業廠家提供波紋管膨脹節剛度；若項目進度較緊，可先假設一個剛度填入管板計算程序中進行管板的計算，并在圖中規定波紋管膨脹節的剛度不大于管板計算用輸入的剛度。 

　　六、計算應注意的事項 

　　6.1許用工作壓力。按 GB 16749 選用標準波紋管膨脹節，應根據選用的波紋管膨脹節材料、公稱壓力，以及工作溫度按附錄 A 表 A5查取波紋管膨脹節的許用工作壓力，以判斷初選的公稱壓力是否合適。有相當一部分許用工作壓力大于公稱壓力，因此可以適當選用較低檔壓力的波紋管膨脹節。 

　　6.2溫度與剛度。附錄 A 表 A1、表 A2 中波紋管膨脹節的軸向剛度是指波紋管膨脹節在20 ℃時單波的軸向剛度，其他溫度下波紋管膨脹節的單波軸向剛度應在表 A1、表 A2 規定值的基礎上乘以系數 Ck，然后得到溫度變更情況下的相應剛度。Ck按附錄 A 圖 A4 查取。 

　　6.3許用循環次數、溫度與位移量。附錄 A 表 A1、表 A2 中單波最大位移量，碳鋼波紋管膨脹節以200 ℃ 計算；奧氏體不銹鋼波紋管膨脹節以 300℃計算，其安全系數取 15、許用循環次數為3000次。當波紋管膨脹節實際設計溫度不是以上數值或不銹鋼波紋管膨脹節實際需要的累計許用循環次數不等于3 000次，則位移量應在表 A1、表 A2 規定值的基礎上乘以系數 CN、或 Ct進行校正，CN、Ct按圖 A2、圖 A3 查取。 

　　6.4腐蝕裕量。附錄 A 表 A1、表 A2 中所列波紋管膨脹節的壁厚，碳鋼已包括 1 mm 腐蝕裕量，奧氏體不銹鋼未考慮腐蝕裕量。若腐蝕裕量與標準規定的不同，應按非標波紋管膨脹節考慮。 

　　6.5波紋管一層材料的厚度 Sp。Sp在標準中的定義為：考慮成形過程中厚度減薄時，波紋管一層材料的厚度；公式為 Sp= （Db/Dm）0. 5× S，亦可采用成形減薄后的實測值，其中 S為波紋管一層材料的名義厚度。個人認為此公式存在一定問題：（1）由于材料存在厚度負偏差，計算 Sp時應考慮材料的厚度負偏差 C1；（2）對于考慮腐蝕裕量 C2的材料，計算 Sp時應考慮材料腐蝕前和腐蝕后兩種情況。 

　　6.6波紋管膨脹節材料在設計溫度下的實際屈服點。關于波紋管膨脹節材料在設計溫度下的實際屈服點，SW6 程序注明“應變硬化狀態下應不大于標準中表列值的 2. 0 倍，退火狀態時可取約為標準中表列值的 0. 75 倍”。由于波紋管膨脹節在成形或熱處理后，其屈服強度發生了改變，沒有一個具體數值的規定。根據一些專家的建議，除非有實測數據，設計取值時應盡可能不要靠近上限，可按應變硬化狀態下不大于標準中表列值的1.5倍。 

　　綜上所述，由于波紋管膨脹節受力較為復雜，其設計存在一定難度，其標準也存在一些疑點，但波紋管膨脹節作為壓力容器的重要受壓元件，設計人員應對其計算方法不斷理解和完善。