套筒补偿器在热力管网中设计布置与施工

　　近年来，随着我国城市集中供热的不断发展，套筒补偿器作为关键组件在热力管网中的应用也越来越广泛，但如果套筒补偿器在管网中应用布置不当，会引起整个管系的破坏，甚至酿成恶性事故。本文正是力从于套筒补偿器在热力管网中的设计布置问题并结合多年的实践经验总结出的几点体会，供相关人员参考。

　　套筒补偿器以其结构紧凑、补偿量大、流动阻力小、零泄漏、不用维修等诸多优点在热网中的应用也越来越广泛。但它也有不易解决的缺点：例如轴向型套筒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；另外套筒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等一系列缺点。鉴于套筒补偿器存在的这些缺点，又由于许多设计、施工人员对套筒补偿器的认识还不够全面，因此导致施工与运行期间容易发生事故。分析事故原因，有的事故属于套筒补偿器自身的制造质量或选材不当的问题，有的属于施工问题，更有相当大的一部分属于设计布置问题。在设计方面发生问题，多数属于不明白套筒补偿器管道设计特点造成计算失误和补偿管系选定不合理。

　　波纹管是构成套筒补偿器最主要元件。波纹管主要性能包括：补偿量、弹性刚度，耐压强度、稳定性、疲劳强度等，一般设计热力管网要求波纹管是在满足强度、稳定性、和疲劳寿命前提下，补偿量越大越好刚度值越小越好。波纹管通过附加的拉杆、铰链等附件与波纹管元件相互组合即可以组成各种功能的补偿器，通过不同的套筒补偿器组合方式又可以构成各种形式的补偿管系以完成热力管网补偿需要。套筒补偿器组合分为轴向补偿器、角向补偿器，复式拉杆补偿器管系，采用角向与复式拉杆补偿器更接近自然补偿管系受力形式，不用考虑内压推力，采用轴向补偿器因承受较大内压力，补偿量大。同心精度要求高，发生问题也较多。下面重点对采用轴向补偿器管系谈一些体会和改进意见。

　　补偿器支架受力基本原则：轴向波纹管补偿器受力支架分为主固定支架、次固定支架、导向支架。

固定支架推力计算：

主固定支架水平推力由三种力的合力组成：

　　（1）由于工作压力引起的内压推力F＝P*A：

　　其中P为工作压力，A为波纹管有效截面积。内压推力由波纹管有效截面积及工作压力所决定，内压推力与工作压力、有效截面积成正比，一般来说，波纹管补偿器的内压推力都较大。

　　（2）波纹管刚度产生的弹性力PA＝K*f*L

　　其中为K波纹管刚度，L为管道实际伸长量，f为系数，预拉伸时为0.5，否则为1。

　　（3）固定支架间滑动摩擦反力qμl

　　其中q为管道重量，μ为摩擦系数，l为管道自由端至固定端的距离。

　　主固定支架水平推力=内压推力+摩擦反力+弹性力

　　如果不同心还将计入因偏心造成对固定支架的弯距和侧向推力。主固定支架水平推力巨大，大管径可达上百吨，土建布置困难，需进行全面结构核算，属于重载支架。

　　次固定支架，受力与主固定支架相同，但内压推力平衡抵销，总推力较小，与主固定支架不是一个数量级，属于中间减载支架。

　　计算固定点推力时，应分别计算固定点每侧的受力，然后再合成。固定点两侧的方向相同时，采用两个力的矢量和作为固定点推力。两个力方向相反时，用绝对值大的力减去绝对值小的力的0.7倍，作为固定点的推力。

　　导向支架是控制沿管道或补偿器运动方向运动,确保管段膨胀作用于补偿器上并保证管道不发生失稳。

　　一般补偿器厂家样本不仅对产品规格\结构\参数情况做详细说明而且有应用实例推力计算\通用安装要求,较为祥尽.可以做为设计依据。

固定支架微小位移中对套筒补偿器的影响：

　　不少管系甚至直埋管系均布置成固定支架（固定支墩）有微小热位移的可动设计，在自然补偿管系中，整个管系都参与补偿变形，管道变形较为均匀，这种布置方式使管系整体性好，可靠性高，并且可以减少应力集中。在套筒补偿器管系中情况则大为不同，如果处理不当对套筒补偿器的安全影响很大。一种微小热位移的可动设计形式是管道与支架连接处不是焊死而是紧靠限位挡板在根部焊接固定。相国标图集 403.022-02挡板式固定支架对于自然补偿管系（角向、复式拉杆补偿情况类似）是否焊接现在争论较大，另外蒸汽直埋管道现多采用钢套钢内固定方式，这种结构方式是为减少热桥的传热，固定环在内外环板之间增加橡胶板等隔热材料，内外环板通常不焊接，可以自由活动，当固定支架受较大力或水击振动会产生一定量位移，有时还发生纵向微量位移，对补偿器产生扭矩作用，这种位移对套筒补偿器有一定影响。