在外管工程管道热补偿技术

在外管工程管道热补偿技术
　　为了保证管道在热状态下稳定而   地工作，减少管道热胀冷缩时所产生的应力，金属补偿器管道上每隔   的距离应当设置固定支架及补偿装置。常用的补偿装置有自然补偿、方型伸缩器、套管伸缩器、波型伸缩器和球型伸缩器等。
　　1、自然补偿
　　利用管道敷设上的自然弯曲管段(L型或Z型)来吸收管道的热伸长变形，称为自然补偿。其优点是装置简单；其缺点是管道变形时产生横向位移。自然补偿的选用原则是：
　　(1)热力管网布置时，应尽量利用所有的管路原有弯曲进行自然补偿，只有当自然补偿不能满足要求时，才考虑装设各种类型的伸缩器。
　　(2)当弯管转角小于150°时，能用作自然补偿；大于150°时不能用作自然补偿。
　　(3)自然补偿的管道臂长不应超过20~25m，弯曲应力不应超过σ=800kg/c㎡。
　　2、方型伸缩器
　　方型伸缩器是用无缝钢管偎弯而成的(当管径较大时采用焊接弯管制成)，可使用于任何工作压力及任何工作温度的热介质管道上。这种金属波纹补偿器的优点是可以在施工现场就地偎制或焊制，制造方便，作用在固定管架上的轴向推力小，补偿能力大，不需什么维护，运行；其缺点是单向外伸臂较长，占地面积较大，介质流动阻力较大，需要增设管架。方型伸缩器的选用原则是：
　　(1)热力管网伸缩器一般都采用方型伸缩器，当该方型伸缩器不便使用时，才选用其他形式伸缩器。
　　(2)方型伸缩器的自由臂(导向支架至伸缩器外伸臂的距离)，一般为40倍公称直径的长度。
　　(3)方型伸缩器安装时   预拉伸，预拉伸值当介质温度小于400℃时，为计算热伸长量的50%；当介质温度大于400℃时，为计算热伸长量的100%。
　　3、套管伸缩器
　　热力管网在特殊情况下才使用套管伸缩器。其优点是安装简单、占地少、补偿能力较大、流体阻力较小；其缺点是轴向推力大、造价高、易漏水、漏汽，要求经常检修和   换填料。套管伸缩器的选用原则是：
　　(1)套管伸缩器一般用于管径大于100mm，工作压力小于13kg/c㎡(G)(铸铁制)及16kg/c㎡(G)(钢制)，安装位置受到限制的热力管网上。
　　(2)套管伸缩器不宜使用于不通行地沟之中。
　　(3)单向套管伸缩器应安装在固定支架近旁的平直管段上，在其活动侧装设导向架。双向套管伸缩器装设在固定支架中间，套管须固定，伸缩器工作   界限应有明显的标记。
　　4、波形伸缩器
　　在热力管道上不常使用波形伸缩器，因为其强度较小，补偿能力小，轴向推力大。但当管径较大(300mm以上)及压力较低(6kg/c㎡(G)以下)时，也采用非金属补偿器。波形伸缩器的选用原则是：
　　(1)波形伸缩器用钢制或铸铁制，钢板厚度采用3~4mm。
　　(2)波形伸缩器的波纹以3~6个为宜。
　　(3)安装波形伸缩器的时候，应预先冷紧，冷紧值为热伸长量的一半。
　　5、球形伸缩器
　　球形伸缩器是利用球形管接头的随机弯转来解决管道的热胀冷缩问题。对于三向位移的蒸汽和热水管道   适宜。工作介质可以由任意一端出入。   大的优点是占地面积小、节省材料、不存在推力；缺点是存在侧向位移、易漏水、漏汽，要求加强维修。球形伸缩器的选用原则是：
　　(1)球形伸缩器可安装于任何位置，但须便于检修和操作。
　　(2)安装在垂直管道中，   把露出部分向下安装，防止积存污物。
　　(3)球形伸缩器在安装前，须将通道两端封堵，存放在干燥通风的室内。长期保存时，应经常检查，防止锈蚀。安装时须仔细核对器体上的标志，使其符合使用要求。
　　在外管工程设计中，在处理过热蒸汽管和其它热力管系的时候，所采取的热补偿的措施，包括圆角弯方形补偿器的设置及其它方法，都与目前已经成功运行的情况比较一致。例如根据实际情况，在可能的情况下，采用加设弯头，改变管道走向，改变设备布置或利用对管系制约条件的变化来增加管系的挠度。
　　在石油、化工、电力、金属冶炼及某些轻工生产的装置中，管道是重要的工程组成部分之一。而非金属膨胀节管道支吊架(简称管道支架)又是与管道紧密联系在一起的结构形式。例如在具有50000m长管道的化工装置内，有各种管道支架大约5000个，如此之多的管道支架如果设计不当，会使管道在运行中损坏管道组成件，   严重的是使转动设备受损，或在试运行中被迫停车。因此保证设计质量、进行管道布置研究、应力分析及支架设计紧密配合，共同解决设计中的应力和热补偿问题是非常重要的。
　　在算题准备过程中，应力分析及支架设计者应对配管及土建结构的情况详细了解及对整个管道支撑系统进行研究，取得一致意见，确定支架的位置和类型。经过应力分析，如管道不能满足要求，应   先研究支架是否合理，能否通过限制性支架进行调整，管道各部分的应力分布。如不可能，应增加管道的局部柔性。每次修改需要重新计算，直至通过为止。这种配合工作，是从比较重要、管径大、温度高的管道开始，依此逐步进行。在这个阶段中，支架设计仅于位置和类型的确定。对于管道支架的结构选型，大部分工作应在管道布置校审后进行。但是为了配合关键设备的定货及制造，与设备生根有关的支架需要提前决定结构选型及尺寸。
　　以上是从事外管工程设计工作几年的一些体会，由于非金属波纹补偿器外管工作涉及范围广，介质的情况千差万别，所以在这里只是列举了工程设计中的一些例子，来探讨管道的热补偿和管系应力分析，着重介绍了目前通用的典型管道应力分析方法和管道热补偿措施，文中所谈到的工程有的已经投入正常运行，有的正在建设之中。