淺談熱力管道補(bǔ)償器在架空蒸汽管道上的應(yīng)用

熱力管道補(bǔ)償器的幾種形式有金屬波紋補(bǔ)償器、方形補(bǔ)償器、球形補(bǔ)償器、無推力旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器。本文結(jié)合具體工程，淺談熱力管道補(bǔ)償器在架空蒸汽管道上的應(yīng)用。

一、工程概況

某熱電廠，室外架空蒸汽管線，管徑DN300，設(shè)計(jì)參數(shù)為2.5MPa，230℃，屬壓力管道GC2類；蒸汽管線總長度約為1500m。

二、熱力管道補(bǔ)償器在架空蒸汽管道上的應(yīng)用、選型及特點(diǎn)：

①方形補(bǔ)償器

方形補(bǔ)償器是熱力管道補(bǔ)償器設(shè)計(jì)中的一種形式。

其優(yōu)點(diǎn)：對(duì)熱伸長量補(bǔ)償能力大，作用在固定支座上軸向應(yīng)力小，維護(hù)費(fèi)用少；

其缺點(diǎn)：尺寸大，占地面積大，對(duì)介質(zhì)流動(dòng)助力大，補(bǔ)償器變形時(shí)，兩端的法蘭及管道受到彎曲，易產(chǎn)生疲勞破壞且會(huì)產(chǎn)生軸向位移。

選用原則：方形補(bǔ)償器按其外形可分為Ⅰ型－標(biāo)準(zhǔn)式（c＝2h），Ⅱ型－等邊式（c＝h），Ⅲ型—長臂式（c＝0.5h），Ⅳ型－小頂式（c＝0）。制作方形補(bǔ)償器選用無縫鋼管揻制而成，補(bǔ)償器用一根管子揻成，如果制作大規(guī)格的補(bǔ)償器也可用兩根彎管或三根彎管焊制，方形補(bǔ)償器不宜用沖壓彎頭焊制而成。焊制方形補(bǔ)償器的焊接點(diǎn)應(yīng)放在外伸臂的中點(diǎn)處，因?yàn)榇颂幍膹澗匦�，�?yán)禁在補(bǔ)償器的水平臂上焊接。焊制方形補(bǔ)償器時(shí)，當(dāng)DN≤200mm時(shí)，焊縫與外伸臂垂直，當(dāng)DN＞200mm時(shí)，焊縫與軸線成45°角 。 

本工程管道總長1500m，每60米設(shè)1個(gè)方形補(bǔ)償器，共需設(shè)置25個(gè)方形補(bǔ)償器，方形補(bǔ)償器的外伸臂長達(dá)10m，每個(gè)補(bǔ)償器按4個(gè)彎頭計(jì)算，共計(jì)增加100個(gè)彎頭，500m管道。

②套筒補(bǔ)償器

套筒補(bǔ)償器的活動(dòng)套管可沿管道產(chǎn)生軸向位移。

其優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，補(bǔ)償能力大，一般補(bǔ)償量可達(dá)250~400mm；對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生的阻力比方形補(bǔ)償器小。

其缺點(diǎn)：補(bǔ)償器在軸向產(chǎn)生的推力大，填料需經(jīng)常檢修，易發(fā)生泄漏，對(duì)管道支座的設(shè)計(jì)和安裝要求高，若管道在運(yùn)行過程中產(chǎn)生銹蝕和結(jié)垢，都有可能產(chǎn)生補(bǔ)償器失效。

選用原則：套筒補(bǔ)償器一般用于管徑大于100mm，工作壓力小于1.6Mpa，安裝位置受到限制的熱力管上；套筒補(bǔ)償器不宜使用于不通行地溝之中；單向套筒補(bǔ)償器應(yīng)安裝在固定支架近旁的平直管段上，在其活動(dòng)側(cè)設(shè)導(dǎo)向支架，雙向套筒補(bǔ)償器設(shè)在固定支架中間，套管須固定，補(bǔ)償器工作界限應(yīng)有明顯的標(biāo)記。

本工程管道工作壓力2.5Mpa>1.6Mpa，不適合本工程。

③金屬波紋補(bǔ)償器

金屬波紋補(bǔ)償器（又稱金屬波紋膨脹節(jié)），由一個(gè)或幾個(gè)波紋管及結(jié)構(gòu)件組成，用來吸收由于熱脹冷縮等原因引起的管道或設(shè)備尺寸變化的裝置。

其優(yōu)點(diǎn)：金屬波紋補(bǔ)償器具有結(jié)構(gòu)緊湊、承壓能力高、配管簡單、支架費(fèi)用低、維修方便。

其缺點(diǎn)：金屬波紋補(bǔ)償器補(bǔ)償能力較�。ㄒ话阋粋�(gè)僅為10~20mm），為了提高補(bǔ)償能力可將數(shù)個(gè)串聯(lián)在一起，但這樣易產(chǎn)生側(cè)向彎曲應(yīng)力而使兩端過載。串聯(lián)個(gè)數(shù)一般為4~6個(gè)，不能超過8個(gè)。

選用原則：選用金屬波紋補(bǔ)償器時(shí)應(yīng)考慮預(yù)拉伸量50%，安裝和訂貨時(shí)應(yīng)提出要求；在直管段上兩固定支架之間只能安裝一套金屬波紋補(bǔ)償器；軸向型波紋補(bǔ)償器一端應(yīng)布置在靠近固定支架處，另一端應(yīng)安設(shè)直線導(dǎo)向管架。

本工程管道工作壓力2.5Mpa，管道總長1500m，波紋補(bǔ)償器75m一個(gè)，共需20個(gè)。由于一般情況下波紋補(bǔ)償器的工作壓力≤1.6Mpa，2.5Mpa時(shí)需訂貨。

④球形補(bǔ)償器

球形補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)主要由球體與密封裝置等元件組成，安裝在熱力管道上受熱后以球體回轉(zhuǎn)中心自由轉(zhuǎn)動(dòng)，吸收管道熱位移，從而減少管道之應(yīng)力。

其優(yōu)點(diǎn)：補(bǔ)償能力大，占據(jù)空間小，流動(dòng)阻力小，安裝方便，投資省等。

其缺點(diǎn)：存在側(cè)向位移，易泄漏，要求加強(qiáng)維修。

選用原則：1）球形補(bǔ)償器在球道上一般距離400~500m安裝一組，安裝形式有水平、垂直、傾斜等。2）采用該型補(bǔ)償器后，固定支架間距增大，為避免管段撓曲，應(yīng)適當(dāng)增設(shè)導(dǎo)向支架，同時(shí)，為減少管段運(yùn)行的摩擦阻力，在導(dǎo)向支架上應(yīng)安放滾動(dòng)支座。3）垂直安裝時(shí)，球體外露部分向下安裝，以防污物堵塞而造成球體磨損。

本工程管道工作壓力2.5Mpa，管道總長1500m，球形補(bǔ)償器共需要5個(gè)；適用于本工程的球形補(bǔ)償器的加工工藝非常復(fù)雜，國內(nèi)生產(chǎn)廠家較少，供貨周期較長，價(jià)格較高，嚴(yán)重制約了工程進(jìn)度。 

⑤無推力旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器

無推力旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器是熱力管道補(bǔ)償器中的一種新型補(bǔ)償器，其構(gòu)造主要有整體密閉座、密閉封蓋、大小頭、減磨定心軸承、密封材料、旋轉(zhuǎn)筒體等構(gòu)件組成，安裝在熱力管道上需兩個(gè)以上組對(duì)成組，形成相對(duì)旋轉(zhuǎn)吸收管道熱位移，從而減少管道之應(yīng)力。

其優(yōu)點(diǎn)：補(bǔ)償量大，可根據(jù)自然地形及管道強(qiáng)度不知，大一組補(bǔ)償器可補(bǔ)償500m管段；不產(chǎn)生由介質(zhì)壓力產(chǎn)生的盲板力，固定支座可做的很小，適用于大口徑管道；運(yùn)行可不需維護(hù)；

選型：1)選用低壓管道補(bǔ)償器：壓力0~1.6Mpa，溫度-60~330℃；2)選用中壓管道補(bǔ)償器：壓力1.6~2.5Mpa，溫度-60~440℃；3)選用高壓管道補(bǔ)償器：壓力2.5~5.0Mpa，溫度-60~485℃；

動(dòng)作原理、布置方式：

旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器通過成雙旋轉(zhuǎn)筒和L力臂形成力偶，使大小相等、方向相反的一對(duì)力，由力臂回繞著z軸中心旋轉(zhuǎn)，以吸收力偶兩邊熱管邊產(chǎn)生的熱脹量。

當(dāng)補(bǔ)償器安裝于2個(gè)固定支架中間時(shí)，熱管運(yùn)行時(shí)的兩端有相同的熱脹量和相同的熱脹推力，將力偶回繞著O中心旋轉(zhuǎn)了θ 角，以吸收兩端方向相對(duì)、大小相同的熱脹量△�！�=L·sin(θ/2) ，2個(gè)固定支架之間的總的補(bǔ)償量為2△。

當(dāng)補(bǔ)償器不被安裝在2個(gè)固定支架中心，而偏向熱管較短的一端，在運(yùn)行時(shí)的力偶臂L的中心O偏向較短的一端回繞來吸收兩端方向相對(duì)、大小不等的膨脹量△1，△2。

長臂熱管道的熱脹量△l=2L1sin(θ/2)，短臂熱管道的熱脹量△2=2(L-L1)sin(θ/2)，則2個(gè)固定支架之間的總的補(bǔ)償量為△1+△2。

此類補(bǔ)償器的布置和球形補(bǔ)償器類似，當(dāng)吸收熱膨脹量時(shí)，在力偶臂旋轉(zhuǎn)至θ/2 時(shí)出現(xiàn)熱管道發(fā)生擺動(dòng)Y值。

該補(bǔ)償器適應(yīng)性較廣，對(duì)平行路徑、轉(zhuǎn)角路徑和直線路徑及地埋過渡至架空均可布置。

本工程管道工作壓力2.5Mpa，管道總長1500m，旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器共需要8組，彎頭總數(shù)46個(gè)； 由于旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器已經(jīng)在化工管道中應(yīng)用，與球形補(bǔ)償器相比：供貨周期短。