供热管道热补偿器的选择及优缺点分析

 　摘要：管道的铺设在现代的每栋建筑中都是十分重要的，因此管道的安全就必需引起工作人员的高度注意，因此，就有必要了解关于管道补偿器的相关知识。本文介绍了补偿器的由来及其作用，着重分析了几种常用补偿器的优缺点及使用条件。 

　　关键词：供热管道；热补偿器；补偿器选择 

　　一、补偿器的由来 

　　补偿的基本意思有弥补缺陷，抵消损失。也有科技方面的补偿，当管道输送介质或管道所处环境有温度变化时，管道由温度引起的热胀冷缩是不可避免的，如果不采取一定的方式补偿该尺寸变化，将会在管壁内产生很高的应力，通过管道传至固定管架或设备，当温差过某一范围时，温差应力大于管子可承受的应力范围，这时就必须考虑补偿问题。 

　　二、补偿器的作用 

　　在管系补偿设计中，最为经济的是自然补偿，自然补偿是利用管道的自然弯曲形状所具有的柔性来补偿热位移，显然自然补偿的能力是有限的，当自然补偿不能满足要求时，通常应考虑设置金属波纹管膨胀节等补偿装置。 

　　管系所受载荷主要是外力载荷（管道及流动介质自重，内压，风载，地震荷载等）和位移载荷，设置管道补偿器的目的在于消除外载作用在设备或管道上的作用力，且可把复杂管系分隔成形状比较简单，独立膨胀的管段，保证膨胀节的最佳使用效果。管道补偿器可以补偿吸收管道轴向、横向、角向热变形，吸收设备振动，减少设备振动对管道的影响，吸收地震、地陷对管道的变形量。补偿器应用于大型场馆的冷热管道系统、钢铁厂、火力发电厂、等排烟脱硫，除尘设备，空气加热，助流鼓风等设备的出入口处，因此各种补偿器得到大力推广应用。 

　　三、几种常见补偿器的分析 

　　（一）波纹补偿器 

　　1、波纹补偿器的含义： 

　　波纹补偿器是利用波纹管的弹性元件的有效伸缩变形来吸收管线、导管或容器由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化的一种补偿装置，属于一种补偿元件。 

　　2、波纹补偿器的分类： 

　　波纹补偿器（波纹管）按位移形式分类，基本可分为轴向型、横向型、角向型及压力平衡型波纹膨胀节（波纹管）。 

　　按是否能吸收管道内介质压力所产生的压力推力（盲板力）分类，可分为无约束型波纹膨胀节（波纹管）和有约束型波纹膨胀节（波纹管）。 

　　按波纹补偿器的波形结构参数分类，可分为U形、Ω形、S形、V形波纹膨胀节（波纹管），当前国内外的膨胀节（波纹管）产品以采用U状波形结构者居多。 

　　3、波纹补偿器的优点： 

　　结构紧凑，占空间较少，可直埋；缺点是制造比较困难、耐压低、补偿能力小。其补偿能力与波形管的外形尺寸、壁厚和管径大小有关：压力越高、波壁越厚、管径越小、其刚性越大，补偿能力越小。波形补偿器一般用于公称压力≤1.0MPa、公称直径≥150mm的场合，也可用于常压和低压的大口径管道。在锅炉烟风管道中应用的可以达到DN4000mm。 

　　4、波纹补偿器的缺点： 

　　波纹补偿器管壁较薄不能承受扭力、振动，安全性差；设备投资高、设计要求严、施工安装精度高、往往达不到预期寿命；轴向型波纹补偿器对固定支架产生压力推力，造成固定支架推力大，从而造价高。 

　　5、波纹补偿器的应用条件： 

　　波纹补偿器不能承重，应单独吊装，除非对波纹补偿器采用加固措施，否则不允许波纹补偿器与管道焊后一起吊装。在安装中应按照厂家推荐的数据来正确设计波纹补偿器的度，在任何情况下不能拉伸或压缩或扭转波纹管去补偿安装偏差，以免影响波纹补偿器的正常功能，降低使用寿命和增加管系、设备接管及支撑构件的载荷。膨胀节周围要留有足够的空间，以保证膨胀节在设计范围内能自由运动。 

　　（二）旋转补偿器 

　　1、旋转补偿器的优点 

　　（1）产品安全性能高：产品结构合理，旋转补偿器采用的是双密封形式，一面为端密封，一面为环密封； 

　　（2）设计方便：设计热网时，波纹管补偿器补偿的条件较苛刻，必须遵循五大黄金原则，套筒补偿器要“严格找中”的原则，并要考虑波纹管补偿器、套筒补偿器的应力、盲板力等。旋转补偿器的型式多样，可根据管道的走向不同，选择适合的旋转补偿器型式，即可解决管道的补偿问题； 

　　（3）产品的寿命长：产品的寿命可达20年以上； 

　　（4）补偿量大：补偿量可达1800 mm（其他的补偿器，如波纹管补偿器的补偿量最大补偿量在300～400 mm），对于DN 200以上的管线，单边补偿量可达到130～200 m，对于≤DN 200的管线，单边补偿量可达到100～130 m，可以长距离输送蒸汽管线补偿使用； 

　　（5）管道运行经济性高：使用旋转补偿器补偿，由于补偿器补偿距离增长，比自然补偿和套筒补偿减少弯头，从而减少压降，使热网的管损减少，作为长距离输送热网的主要补偿方式之一； 

　　（6）安装方法和型式多样化：根据管线的走向，结合现场的地形，选择旋转补偿器补偿的型式，解决蒸汽管道的补偿问题，工程安装方便，无需冷拉、预紧等施工工艺，对焊即可； 

　　（7）投资省：因旋转补偿器的补偿距离长，采用的补偿器数量减少，且对土建的固定墩推力小，固定墩的设置数量比较少，固定墩的规模比较小，大大节省了土建的投资，与其它的补偿器相比，工程总投资要节约20%～40%，经济效益可观。 

　　2、旋转补偿器的应用条件： 

　　旋转补偿器在管道上一般按200～500m安装1组（可根据自然地形确定），有10多种安装形式，可根据管道的走向确定布置形式。采用该型补偿器后，固定支架间距增大，为避免管段挠曲要适当增加导向支架；为减少管段运行的摩擦阻力，在滑动支架上应安装滚动支座。 

　　（三）方型补偿器 

　　1、方型补偿器的含义 

　　方型补偿器也叫方胀力或胀力弯，由管子弯制的弹性变形吸收管道的热膨胀。制作方形补偿器必须选用质量好的无缝钢管，整个补偿器最好用一根管子煨制而成。 

　　2、方形补偿器的优点： 

　　（1）制造安装方便，与套筒补偿器和波纹补偿器相比，作用在固定支架上的轴向推力较小，热补偿量较大，适用于各种压力和温度条件； 

　　（2）安全性较高，正常运行中无需维护，不需要设置检查井。 

　　3、方型补偿器的应用条件： 

　　安装方形补偿器时，为减小补偿器的变形弹力和提高补偿能力，须将其外臂预先拉开一定的长度，再安装在管道上。 

　　四、补偿器安装和使用要求 

　　1、补偿器在安装前应先检查其型号、规格及管道配置情况，必须符合设计要求； 

　　2、对带内套筒的补偿器应注意使内套筒子的方向与介质流动方向一致，铰链型补偿器的铰链转动平面应与位移转动平面一致； 

　　3、需要进行“冷紧”的补偿器，预变形所用的辅助构件应在管路安装完毕后方可拆除； 

　　4、严禁用金属波纹补偿器变形的方法来调整管道的安装超差，以免影响补偿器的正常功能、降低使用寿命及增加管系、设备、支承构件的载荷； 

　　5、安装过程中，不允许焊渣飞溅到波壳表面，不允许波壳受到其它机械损伤； 

　　6、管系安装完毕后，应尽快拆除金属波纹补偿器上用作安装运输的黄色辅助定位构件及紧固件，并按设计要求将限位装置调到规定位置，使管系在环境条件下有充分的补偿能力； 

　　7、补偿器所有活动元件不得被外部构件卡死或限制其活动范围，应保证各活动部位的正常动作； 

　　8、水压试验时，应对装有补偿器管路端部的次固定管架进行加固，使管路不发生移动或转动，对用于气体介质的补偿器及其连接管路，要注意充水时是否需要增设临时支架； 

　　9、水压试验结束后，应尽快排波壳中的积水，并迅速将波壳内表面吹干； 

　　10、与补偿器波纹管接触的保温材料应不含氯。 

　　参考文献： 

　　[1]《动力管道设计手册》编写组编《动力管道设计手册》机械工业出版社2006，4第一版 

　　[2] 李岱森主编《简明供热设计手册》中国建筑工业出版社1999，12第一版