2001年11月24日，18時(shí)28分左右，某人造板有限公司發(fā)生一起導(dǎo)熱油管道膨脹節(jié)爆裂事故，現(xiàn)場(chǎng)一片火海，造成一死八傷，事故直接損失130萬元。該公司有360大卡（4.2MW）導(dǎo)熱油爐一臺(tái)，設(shè)計(jì)壓力為1.0MPa，額定溫度為320℃。導(dǎo)熱油用于干燥木質(zhì)纖維和熱壓中密度纖維板，導(dǎo)熱油爐正常工作壓力為0.2---0.4MPa，工作溫度為250----260℃。導(dǎo)熱油管道安裝施工時(shí)未經(jīng)正規(guī)設(shè)計(jì)，無法提供設(shè)計(jì)圖紙，在導(dǎo)熱油爐至干燥器的出油管道及回油管道上分別安裝一只膨脹節(jié)，當(dāng)時(shí)膨脹節(jié)從某鍋爐配件商店購(gòu)買，未知膨脹節(jié)的生產(chǎn)廠家及其性能參數(shù)，導(dǎo)熱油爐至干燥器的出油管道膨脹節(jié)已爆裂，回油管道膨脹節(jié)未爆。
經(jīng)實(shí)地測(cè)量導(dǎo)熱油爐至干燥器的直線距離為42m，φ219×6管線離地3.25m，采用普通軸向型膨脹節(jié)，與管線采用法蘭聯(lián)接，管線兩端有彎管至地面，彎頭處無固定支架，膨脹節(jié)波紋管爆裂成大致相等的三塊，軸向沿法蘭處拉裂，波紋已拉直。
1. 分析計(jì)算
2.1初步分析
選用膨脹節(jié)的目的是補(bǔ)償管道的熱膨脹，對(duì)于普通軸向型膨脹節(jié)，管道伸長(zhǎng)，膨脹節(jié)受壓縮，通常在閥門及彎頭處設(shè)置固定支架，波紋膨脹節(jié)不承受壓力推力（即盲板力）。膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)不僅要考慮工作壓力、補(bǔ)償量及疲勞壽命，而且還要考慮管系的支架、盲板力及安裝位置等到問題。從現(xiàn)場(chǎng)可知，安裝者沒有搞清膨脹節(jié)的工作原理，以為象普通閥門一樣安裝即可，管線無固定支架，致使波紋管承受盲板力，這是爆炸事故的直接原因。對(duì)于架空管線（管線離地3.25m），宜采用Π形管道自然補(bǔ)償，或采用復(fù)式連桿型、鉸鏈型膨脹節(jié)。
2.2波紋管材質(zhì)分析及幾何尺寸的計(jì)算
波紋管材質(zhì)為不銹鋼，委托浙江省冶金新產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站進(jìn)行化學(xué)成份分析，元素元素Cr、Ni、Ti的含量分別為18.30%、8.73%和<0.05%，因此，該材質(zhì)為18-8奧氏體不銹鋼（如1Cr18Ni9,SUS304等），可作為膨脹節(jié)波紋管用材。用游標(biāo)卡尺測(cè)量壁厚為δ=0.8mm，膨脹節(jié)為單層（m=1）波紋管制成，用直尺測(cè)得拉直的波紋（制作模具痕跡）距離為l=66mm。因出油管道膨脹節(jié)已爆裂，無法測(cè)出其波紋幾何尺寸，為對(duì)該膨脹節(jié)爆裂作定量分析，參照回油管道膨脹節(jié)波紋管幾何尺寸，當(dāng)時(shí)同規(guī)格一起買入，因回油壓力和溫度皆較出油管道低，膨脹節(jié)尚未爆裂，但波紋略有伸長(zhǎng)，并中部有鼓脹，測(cè)得波數(shù)n=6，波根直徑D0=223mm，波距w=42.5mm，波高h(yuǎn)=21.4mm，則波紋伸展距離l’=2h+(π/2-1)w=67mm，l’≈l，可見測(cè)得的波紋幾何尺寸基本上是正確的。取工作壓力P=0.4MPa，工作溫度T=250℃，按18-8奧氏體不銹鋼材質(zhì), 在20℃和250℃下的許用應(yīng)力分別為[σ]=137 MPa 、[σ]t=122 MPa，在20℃和250℃下的彈性模量分別為E0=196000 N/mm2，E1=180000N/mm2 ，在20℃至250℃的平均線膨脹系數(shù)α=0.01166mm/m℃。
2.3膨脹節(jié)的應(yīng)力分析
據(jù)文獻(xiàn)[1]、[2]、[3]則內(nèi)壓波紋管周向薄膜應(yīng)力、經(jīng)向薄膜應(yīng)力和經(jīng)向彎曲應(yīng)力分別為：
膨脹節(jié)的軸向剛度為
軸向位移引起的經(jīng)向薄膜應(yīng)力和經(jīng)向彎曲應(yīng)力分別為
式中
按文獻(xiàn){[1]、[2]、[3]查圖波形系數(shù)Cp=0.417，Cd=2.54，Cf=0.754，取工作壓力P=0.4MPa，則內(nèi)壓產(chǎn)生的應(yīng)力分別為S1=40.54MPa，S2=5.6MPa，S3=65.4MPa，這尚未使膨脹節(jié)破壞。
管線的盲板力
式中Di=Do-2δ，則Fp=15400N，由剛度計(jì)算公式，該膨脹節(jié)的軸向剛度Kn=752.3N/mm
膨脹節(jié)承受盲板力而伸長(zhǎng)，en=Fp/kn=21.23mm，每波伸長(zhǎng)量e=3.54mm，代入上式則有S4=27.41MPa，S5=760.15MPa，顯見壓力盲板力導(dǎo)致膨脹節(jié)伸長(zhǎng)所致的應(yīng)力占較大的比例，且并大于3[σ]t=366 MPa，若頻繁開停車，則引起疲勞破壞。
2.4熱膨脹量及疲勞壽命計(jì)算
假設(shè)膨脹節(jié)管線兩端彎頭處設(shè)置固定支架，則導(dǎo)熱油爐至干燥器的出油管線的熱膨脹量
ΔL=αLΔT，L=24mm，ΔT=250℃，ΔL=122.43mm，膨脹節(jié)每波的壓縮量e=20.4mm，按文獻(xiàn)[1]、[2]、[3]疲勞壽命公式：
式中SR=0.7(S2+S3)+(S4+S5)，溫度修正系數(shù)Tf=E1/E0，nf=15,則得N=32次，許用疲勞壽命[N]=2次，顯然這樣的設(shè)計(jì)是不正確的，通常許用疲勞壽命為1000次以上。
3.結(jié)論
經(jīng)上分析，可得以下結(jié)論：
3.1膨脹節(jié)材料是18-8奧氏體不銹鋼，材質(zhì)選用是正確的。
3.2安裝普通軸向型膨脹節(jié)，通常在閥門或彎頭處設(shè)置固定支架，若管線無固定支架，致使波紋管承受盲板力，這是本次爆炸事故的直接原因。
3.3假設(shè)管線彎頭處設(shè)置固定支架，通過計(jì)算其許用疲勞壽命僅為2次，顯然設(shè)計(jì)選用的膨脹節(jié)是不正確的。
