动力管道热补偿器的使用

动力管道热补偿器的使用

张学超

杭州亿普科技有限公司 浙江省杭州市 310016

摘要：业生产中动力管道多种多样，部分管道实际生产运行中会出现热胀冷缩，该现象会使管道承受巨大的应力，不合理的管道布置严重情况下容易导致管道变形、破裂，甚至发生安全事故。满足设计规范要求、合理的管道热补偿能避免事故的发生。管道热补偿形式波纹管补偿器，补偿器的选用原则应依据现场条件、介质参数、经济合理性等综合考虑，补偿器的安装应符合规范及使用要求。

关键词：补偿器 ；管网 ；使用

波纹补偿器作为管路系统中补偿管道位移的挠性元件，在国内冶金行业得到广泛的应用。尤其是在有一定的温度和压力的管道系统中，如高炉热风炉的热风送风管道、冷风管道、高炉荒煤气管道、转炉烟道、蒸汽管道等，波纹管补偿器成为管路系统设计不可或缺的元件，解决了复杂受力条件下管道接口被拉裂、管道法兰螺栓受剪、法兰错位、管道内衬开裂、倒塌而导致管道发红、变形，造成系统漏风而危及生产安全的问题。但是实际应用中，波纹补偿器受损漏气，甚至被撕裂的情况在各厂均时有发生，一旦出现上述情况，很难采取补救措施。有的厂为了保证正常生产不受过多的干扰，将受损的波纹补偿器外部包复一层钢管取代波纹补偿器来应付生产，失去波纹补偿器的管路系统很快又被拉裂、变形而漏气，无法保证生产安全。要彻底解决问题，只有更换波纹补偿器。而要更换波纹补偿器，尤其是对于带有耐火材料砌体的高温压力管道来说，施工难度很大，需要付出高额的施工费用和较长时间的生产损失。于是如何在管道系统应用好波纹补偿器便成为了当前值得研究的一个课题。

一、波纹补偿器的特点

波纹补偿器的特点、分类纹补偿器是由金属波纹管和构件组成的在动力或热力管网中、设备与设备之间的连接中起补偿功能的器件，它能够补偿管道因温差造成管道轴向伸缩和角度变化而产生的热变形、机械变形并吸收各种机械振动，起到降低管道变形应力和提高管道使用寿命的作用。金属波纹补偿器与其他类型的补偿器如套筒式补偿器、球形补偿器等相比具有站地小、安装简单、造价低、无结构性渗漏环节、不需要维护保养等特点。波纹补偿器依据其不同的补偿功能按补偿形式可以分为轴向型、横向型和角向型等。其中轴向型又可分为普通轴向型、无约束型、外压型、直埋型及压力平衡型 ；横向型可分为单向横向型、万向铰链横向型、大拉杆横向型及小拉杆横向型 ；角向型可分为单向角向型及万向角向型。

二、波纹补偿器的性能

2.1耐压性能。波纹补偿器一般都应用在有压力的管道中，所以要求其必须能够承受大于管道内介质设计的最大压力，因此，产品生产厂家都是按照不同的压力等级划分各种规格进行生产，使用时根据设计的各种参数进行选择。

2.2疲劳寿命。是指在正常工作条件下，波纹管能正常工作的最小循环次数。波数越多，疲劳寿命越高。位移量越小，疲劳寿命越高。工作压力越低，疲劳寿命越高。一般说，多层波纹管疲劳寿命比单层高。波高、波距对疲劳寿命的影响比较复杂，是一个综合影响。

三、波纹补偿器寿命的影响因素

由于管路系统受力的复杂性及根据补偿位移轴向、径向、角向的需要，设计和制造出了适用于不同用途的波纹补偿器。常用的波纹补偿器有通用型波纹补偿器、大拉杆横向型波纹补偿器、小拉杆横向型波纹补偿器、铰接横向型波纹补偿器、万向铰横向型波纹补偿器、万向铰角向型波纹补偿器、直管压力平衡型波纹补偿器、曲管压力平衡型波纹补偿器等。波纹补偿器的使用寿命，一般以其疲劳破坏次数 N来表示。根据波纹管的结构参数、补偿量和压力值，疲劳破坏次数可通过计算和实验得出，波纹补偿器是具有高技术含量的管路也是设备系统中的一种重要元件，且其种类多，如何正确地使用好波纹补偿器，在满足管路和设备系统要求的同时，又能达到一定的使用寿命周期，与工艺系统同步，并非是一件简单事情。需要设计、制造、施工和维护各环节均能充分地了解和掌握各种波纹补偿器的性能，依据不同的工艺和现场条件，同步设计、制造、施工和维护好波纹补偿器，才能达到其预期的效果。

四、波纹补偿器在管系工程中应用

4.1波纹补偿器的使用。首先，各种波纹补偿器的结构不同，功能各异，对管系的作用方式也不一样，自然在设计与使用要求上就有一定差别。因此，只有全面地分析管系在各种条件下、不同载荷作用下的不同位移和所需的补偿器类型及数量，才能做到正确地使用，从而保证补偿器安全可靠地工作。其次，必须认真地熟悉各厂家的产品样本、规格型号、使用说明书，以做到准确地选型，合理地使用，充分发挥补偿器的效能。产品样本一般不提供补偿器的扭转参数 ；原则上波纹补偿器不具备扭转的补偿能力。因此，使用中应尽可能防止补偿器受到扭力的作用。若扭转不可能避免，必须进行处理，或与厂家联系。压力等级的选用，必须符合配管设计的要求。等级选低了会不安全 ；等级选高了，波纹管刚度偏大，不易满足补偿的要求，也将造成浪费。

4.2补偿器的选型

（1）金属波纹补偿器选型。按其用途分类一般分为轴向型补偿器、横向位移型补偿器、角位移型补偿器和压力平衡型补偿器。选用不同类型的补偿器和不同的布置方式，其补偿能力是不同的。选用膨胀节的第一步就是初步设定管道固定支架的位置，不论一个管系如何复杂都可以用设置固定管架的方法将其划分为若干形状较为简单的独立补偿管段，例如直管段、“L”形管段、“Z”形管段和“Π”形管段等。

（2）“L”形管段的补偿设计。选用复式拉杆型补偿器。这种配管设计方法的特点是 ：压力推力为内力，由补偿器拉杆和管道自身平衡，不传递作用到管架上。适用于 L2 较短的“L”型管系。选用两台单式铰链补偿器（或复式铰链型补偿器）补偿。这种配管设计方案的特点是 ：压力推力为内力，由补偿器的铰链板、销轴及管道自身平衡，不传递到管架上。适用于 L1 较短的“L”型管系的补偿。选用三台单式铰链补偿器补偿。这种配管设计方案的特点是 ：压力推力为内力，由补偿器的铰链板、销轴及管道自身平衡，不传递到支座上。适用于两边都较长的“L”型管系的补偿。

4.3管道

（1）合理布道。就自然补偿管系而言，提高或调节管道柔性，也就是利用管道平面的弯曲，空间的弯曲和扭转达到热胀、冷缩的自补偿，使管道的受力状态得到调节。在不涉及场地、设备配置等约束条件的情况下，提高管道柔性的具体方法有两种 ：其一是，在远离管道端点或固定点间的管道几何重心布置管系，或者说，使管道对其自身的几何重心呈向外扩散状 ；其二是增加管道的弯头个数。

（2）管道固定支架的设置。当管道选用波纹补偿器吸收位移时，首先确定固定管架的位置，然后进行补偿设计。固定管架的数量和位置要根据管系的走向、一个或一组波纹补偿器所能吸收的位移、适合设置固定管架的位置及与之相连设备的位置。由于波纹补偿器吸收扭转的能力较差，在设置固定管架和布置补偿器时，应尽量避免扭转载荷作用到补偿器上。

使用波纹补偿器须遵守其基本原则，相同变形方向的补偿器之间必须有约束构件如固定支架、杆件等分隔，使每个补偿器的职责范围明确。在使用串联补偿器时需注意这一原则波纹补偿器的安装需施工单位严格按设计图纸和补偿器的特性要求进行施工，否则，会带来恶果。选择合理的补偿器类型，解决各种类型管段的位移补偿，同时还满足了管架的受力要求。使得管网整体运行安全稳定，降低工程造价并使管网设计简单，敷设美观。

参考文献：

[1] 宋岢岢，主编．压力管道设计及工程实例[M．北京：化学业出版，2018．

[2] 葛子余，金月软管波纹补偿器及其应用[J].字航出版社，2019.

[3] 钱德永，郑学珍.管道工程禁忌手册 [M]. 北京 ：机械工业出版社，2019.