热力管线补偿器的计算

热力管道补偿及常见补偿器浅谈丁真裔【摘要】论述了热力管道安装运行过程中发生的管道热胀冷缩的问题,详细介绍了几种常用的补偿器形式,并针对各个补偿器的特点进行了阐述,同时也介绍了几种补偿器在实际安装运行中的注意事项及常见的问题.【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】5页(P28-32)【关键词】热力管道;补偿器;布置形式【作者】丁真裔【作者单位】华东理工大学工程设计研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TQ055.8在热力管道设计时，必须重视管道热胀冷缩的问题。

为了使管道在热态工况下稳定安全地运行，必须减少管道热胀冷缩时所产生的应力。

管道受热时的热伸长量应考虑采用补偿方式来维持管道稳定安全地运行，因此补偿方式的选择显得尤为重要。

常用的补偿方式可分为两大类：一是利用管道本身的弯曲进行自然补偿，二是利用补偿器进行补偿。

1 自然补偿自然补偿即利用管道本身自然弯曲来补偿管道的热伸长量，当弯管转角小于150°时才能作为管道的自然补偿。

动力配管设计中常用的自然补偿分别为L形直角弯、Z形折角弯及空间立体弯三类补偿方式。

自然补偿的管道臂长决定了端点处的位移量，因此自然补偿时靠近弯角处管道支架顶面大小应根据管道的位移量进行计算，以免管道自然膨胀导致管托从支架上掉落。

在考虑蒸汽外管网的管道补偿时，自然补偿是不可忽略的，充分利用管道的自然补偿，可以最大限度地减少管道对补偿器的依赖度，降低工程的总造价。

2 补偿器补偿器按大类可分为方形补偿器（π型补偿）、套筒式补偿器、波纹补偿器及旋转式补偿器。

由于套筒式补偿器容易泄漏、检修频繁、轴向推力大，现在已经较少使用，文中主要介绍几类常用的补偿器。

2.1 方形补偿器方形补偿器是最常用的补偿器，由四个90°弯头组成。

安装方形补偿器时，一般需对管道进行预拉伸，预拉伸量一般为管道膨胀伸长量的50%，具体如图1所示。

图 1 方形补偿器安装示意图方形补偿器的优点为制造、维修方便，轴向推力小，运行可靠且不存在介质泄露的隐患。

采暖立管热补偿计算
热补偿是指补偿供热管道被加热引起的受热伸长量，从而减弱或消除因热胀冷缩力所产生的应力。

主要是利用管道弯曲管段的弹性变形或在管道上设置补偿器。

热力网管道的热补偿设计，应考虑如下各点：
（1）充分利用管道的转角等进行自然补偿。

（2）采用弯管补偿器或轴向波纹管补偿器时，应考虑安装时的冷紧。

（3）采用套筒补偿器时，应计算各种安装温度下的安装长度，保证管道在可能出现的最高和最低温度下，补偿器留有不小于20mm的补偿余量。

（4）采用波纹管轴向补偿器时，管道上安装防止波纹管失稳的导向支座，当采用套筒补偿器、球形补偿器、铰接波纹补偿器，补偿管段过长时，亦应在适当地点设导向支座。

（5）采用球形补偿器、铰接波纹补偿器，且补偿管段较长时，宜采取减小管道摩擦力的措施。

（6）当一条管道直接敷设于另一条管道上时，应考虑两管道在最不利运行状态下热位移不同的影响。

（7）直埋敷设管道，宜采用无补偿敷设方式。

计算方式:
1、高区立管管道顶端采用自然补偿，底端采用L型自然补偿。

中间分两段，两个固定支架间距离为24米，则热补偿量为：
ΔL=0.012∗24∗(50−0)=14.4
选用波纹补偿器，补偿量为14.4m。

2、低区立管管道顶端采用自然补偿，底端采用L型自然补偿。

集中供热直埋管网中热力管道的补偿器驻点漂移问题的分析近年来，北京市市政集中供热直埋管网中的补偿器在运行时出现了几个相似问题：受压吸收热伸长的波纹管补偿器没有压缩，反而被拉伸，严重威胁到了管网的安全运行。

为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力而引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。

补偿器在起到保证管道安全运行作用的同时，也成为了管网中薄弱的环节，如设置不当反而成为安全隐患。

本文针对近期北京市热力管网在运行中出现的一些类似问题进行了有意义的探讨。

---北京市热力工程设计公司宋盛华1.问题的提出出现问题的管道布置如图1（纵断面图，下同）所示：管道在检查室1中有一段垂直立管（采用直埋敷设方式时水平横管一般不设检查室而作为自然补充器使用，故不会产生问题），有时为了增大立管的补偿量，还会在立管上设置横向补偿器，管道通过弯头变向出检查室之后，敷设方式为直埋；距检查室1一定距离的位置在特定的条件下需要设置检查室2，并在其中设置轴向型补偿器。

特定的条件如：当直埋段管道较长且检查室1中补偿器无法满足补偿要求时；设置直埋平行分支位移不满足要求时等。

为了补偿大的热伸长时，要求在检查室2中设置两组轴向型补偿器，就还要求在2中安装固定支架（还有其它一些情况也要求安装固定支架）。

北京市集中供热直埋管网中存在一些类似的布置情况，经过一些年的运行后，前几年就陆续发现检查室2中的轴向型波纹管可能没有受压发挥补偿器的作用，反而受拉，引发安全隐患。

对于直埋敷设的热力管道，局部高程落差很大，需要利用翻身来解决高程问题时，由于没有相应的规范，翻身处一般不采用直埋的敷设方式，而是在该处设置检查室，同时如果立管高度足够，还可以在立管上设置横向补偿器以增大补偿能力。

本文中检查室1就属于此类情况。

2.问题的分析在检查室2中设置波纹管的目的是为了吸收直埋管道由于热伸长或温度应力引起的变形。

热力管线补偿器的计算热力管线补偿器是工业生产中常用的管道连接件，主要用于补偿管道中由于温度变化引起的热胀冷缩应力，以保证管道的正常运行。

本文将从热胀冷缩的基本原理、补偿器的种类和结构特点以及补偿器的计算方法等方面进行详细阐述。

一、热胀冷缩的基本原理热胀冷缩是指物体在温度变化时因热量的增加和减少而导致体积的变化。

对于管道来说，当管道在工作温度下受热胀冷缩引起的应力超过一定限制时，就会产生管道的变形和破裂等严重后果。

因此，为了保证管道的正常运行，必须采取一定的措施，如采用热力管线补偿器来吸收管道的热胀冷缩应力。

二、热力管线补偿器的种类和结构特点热力管线补偿器根据其结构形式可以分为固定式补偿器、游动式补偿器和活动式补偿器三大类，其中又有多种不同的型号。

这些不同类型的补偿器在结构上略有差异，但其共同特点是能够在管道受到热胀冷缩作用时保持一定的相对位移，以吸收管道的应力。

固定式补偿器主要由支座、托座、伸缩节等组成。

它通过固定管道的一端，使另一端能够在一定范围内自由伸缩，以吸收管道的热胀冷缩应力。

游动式补偿器是通过管道各部分的游动连接实现补偿效果的。

它具有较强的自适应能力，能够根据管道的变形情况自动调整自身的形状，以保证管道的正常运行。

活动式补偿器则是通过活动的波纹管、金属软管等实现补偿效果的。

它具有良好的柔性和弹性，能够在管道受到热胀冷缩应力时自由伸缩，有效减少管道的应力。

三、热力管线补偿器的计算方法1.管道的补偿量计算管道的补偿量计算一般根据管道的材质、长度、温度变化和管道支承方式等要素进行综合考虑。

具体计算方法可参考以下公式：△L=α×L×△T其中，△L表示管道的补偿量，α为管道材料的线膨胀系数，L为管道长度，△T为管道工作温度变化量。

2.补偿器的选择计算补偿器的选择计算主要根据管道的补偿量、管道支承方式和环境条件等因素进行综合考虑。

一般需要计算和确定补偿器的安装位置和型号，以保证补偿器的有效工作。

热力管道的补偿类型和方式热力管道的补偿方式有两种：自然补偿和补偿器补偿。

1．自然补偿自然补偿就是利用管道本身自然弯曲所具有的弹性，来吸收管道的热变形。

管道弹性，是指管道在应力作用下产生弹性变形，几何形状发生改变，应力消失后，又能恢复原状的能力。

实践证明，当弯管角度大于30°时，能用作自然补偿，管子弯曲角度小于30°时，不能用作自然补偿。

自然补偿的管道长度一般为15～25m，弯曲应力бbw不应超过80MPa。

管道工程中常用的自然补偿有：L型补偿和Z型补偿。

2．补偿器补偿热力管道自然补偿不能满足，应在管路上加设补偿器来补偿管道的热变形量。

补偿器是设置在管道上吸收管道热胀冷缩和其他位移的元件。

常用的补偿器有方形补偿器、波纹管补偿器、套筒补偿器和球形补偿器。

（1）方形补偿器。

方形补偿器是采用专门加工成U型的连续弯管来吸收管道热变形的元件。

这种补偿器是利用弯管的弹性来吸收管道的热变形，从其工作原理看，方形补偿器补偿属于管道弹性热补偿。

方形补偿器由水平臂、伸缩臂和自由臂构成。

方形补偿器是由4个90°弯头组成，其优点是：制作简单，安装方便，热补偿量大工作安全可靠，一般不需要维修；缺点是：外形尺寸大，安装占用空间大，不太美观。

方形补偿器按其外形可分为Ⅰ型－标准式（c＝2h），Ⅱ型－等边式（c＝h），Ⅲ型—长臂式（c＝0.5h），Ⅳ型－小顶式（c＝0），其中Ⅱ型、Ⅲ型最为常用。

制作方形补偿器必须选用质量好的无缝钢管揻制而成，整个补偿器最好用一根管子揻成，如果制作大规格的补偿器也可用两根弯管或三根弯管焊制，方形补偿器不宜用冲压弯头焊制而成。

焊制方形补偿器的焊接点应放在外伸臂的中点处，因为此处的弯矩最小，严禁在补偿器的水平臂上焊接。

焊制方形补偿器时，当DN ≤200mm时，焊缝与外伸臂垂直，当DN＞200mm时，焊缝与轴线成45°角。

（2）波纹管补偿器。

波纹管补偿器又称波纹管膨胀节，由一个或几个波纹管及结构件组成，用来吸收由于热胀冷缩等原因引起的管道或设备尺寸变化的装置。

关于热力管道设计使用补偿器过程中出现的问题及解决方法的探讨【摘要】本文对热力管道的设计中使用补偿器存在的相关问题和解决方法进行了深入的探讨，结合发生频率较高的固体管道的热胀冷缩问题进行理论说明，并根据某热电厂热网管道中蒸汽管道的局部设计与改造的实例，进行相关的求证工作，以寻找相应的解决问题的办法，提供最佳的补偿器选择方案。

【关键词】热力管道；设计；补偿器固体管道的热胀冷缩问题是热力管道设计中非常常见的问题，也是我们管道设计者应该重视的关键问题，只有将管道由于热胀冷缩带来的应力有效地减轻，才能够最终保证管道在热胀冷缩状态下的安全和稳定运行。

在实际的热力管道设计中，通常会由于相关规范的不够明确而给设计人员的应力计算与布置工作带来一定程度上的困扰，增加了热力管道设计工作的难度。

本文结合某热电厂蒸汽管道的局部改造设计工作，对此进行深入细致的分析，找寻解决实际问题的办法。

一、关于固定管道之间的跨距实际的热力管道设计工作中，我们首先应当明确管道固定支架间距确定的原则，而且要求固定支架间距的确定必须贯穿在对固定管道之间跨距的确定中：1. 对管道的热伸长量的控制，必须保证其低于补偿器所允许的补偿量。

2. 管道自身发生热力膨胀时所产生的推力必须要在固定支架的可承受区间内。

3. 应当尽力避免管道发生纵向的弯曲。

下面以某热电厂热网管道中蒸汽管道的局部设计与改造为例，进行相关的求证工作，以寻找相应的解决问题的办法，提供最佳的补偿器选择方案。

热力管道设计中，采用补偿器进行补偿工作，对管长、管道膨胀量等进行了详细的计算，最终确定了管道补偿量、选择补偿器的类型和计算固定管道之间的间距。

实际中，有时实际值会和计算值有所差异，结果是管道布置的要求获得了满足，同时产生了较小的管道和支架应力。

在使用铰链型补偿器时应当注意，端头管道的位移可以大于常规情况下的支座可移动位移，但是这时候需要我们对管道的支座进行重新设计，避免支座距离不合适造成支架的滑落，破坏了管系，发生意外伤害事故。

热力管道的热膨胀及其补偿摘要：热力管道输送的介质温度很高，投入运行后，将引起管道的热膨胀，使管壁内或某些焊缝上产生巨大的应力，如果此应力超过了管材或焊缝的强度极限，就会使管道造成破坏。

本文就热力管道的热膨胀、热应力、轴向推力的理论分析计算，针对各种补偿器的选用原则和安装要点进行了简述。

关键词：热力管道热膨胀热应力热补偿补偿器预拉伸1 管道的热膨胀及热应力计算1.1 管道的热膨胀计算管段的热膨胀量按下式计算：ΔL=ɑ.L.Δt=2.L.(t2-t1)式中：ΔL——管段的热膨胀量（mm）；ɑ——管材的线膨胀系数，即温度每升高1℃每米管子的膨胀量（mm/m.℃）；L——管段长度（m）；Δt——计算温差，即管道受热时所升高的温度，它等于管道输送介质的最高工作温度t2与管道安装时的环境温度t1之差（℃）。

对于一般碳钢管ɑ=12×10-4mm/m.℃，则ΔL=0.012.L.Δt。

在施工中，为了迅速估算碳钢管道的热膨胀量，可按每米管道在升温100℃时，其膨胀量为1.2mm计算。

1.2 管道的热应力计算管道受热时所产生的应力的大小可按下式计算：σ=E. ε= E. = ■ E. ■ =E.ɑ.Δt式中：σ——管道受热时所产生的应力（kg/cm2）；E——管材的弹性模量（kg/cm2）；ε——管道的相对变形量，它等于管道的热膨胀量ΔL（mm）与管道原长L（m）之比，即ε=■常用钢材的弹性模量E=2×10-6（kg/cm2），一般碳钢管的线膨胀系数ɑ=12×10-6（mm/m.℃），则热应力的计算公式可简化为σ=2×106×12×10-6×Δt=24.Δt（kg/cm2）。

利用此式，可以很容易地计算出钢管道热膨胀受到限制时产生的热应力。

由此可见，管道受热时所产生的应力的大小，与管子直径及管壁厚度无关。

它是由管子材料的弹性模量、线膨胀系数和管道受热时所升高的温度来决定的。

热力管道安装及补偿器的预拉伸【摘要】随着国家不断加大对能源领域的投资力度，全国各地不断上马的大型化工项目越来越多，我单位在国内外承接了煤化工、石油化工等领域的多个大型化工项目，其中有装置工程也有系统管廊工程。

系统管廊工程在整个化工项目中主要负责各装置间物料介质及公用工程介质的传送。

输送蒸汽等高温媒介的管道通常被称作热力管道，热力管道内的媒介温度一般都比较高，最低的操作温度也能达到200℃，开车运行后会引起管道的热膨胀。

管内媒介的温度越高，管道的热膨胀量就越大，热位移就越大。

因此，热力管道的施工要求往往比较严格。

那么施工单位如何才能以超高的水平完成热力管道的施工，一是要理解和掌握热力管道安装中应注意的问题，采取措施解决好施工技术要求；二是要充分考虑热力管道的热膨胀因素，依据设计文件和施工规范对热力管道上的补偿装置进行安装和预拉伸。

【关键词】热力管道安装补偿器预拉伸1 热力管道安装应注意哪些问题（1）热力管道在预制时，要充分考虑预制管段的预留位置和预制管段的吊装措施，热力管道上的放净、放空开孔均应在地面预制时完成。

管线在吊装之前应完成管托的安装，预留焊口位置不得刷油。

由于热力管道对管内清洁度要求较高，所以上管前作业组需利用吊车将管段倾斜45～60度左右用木方轻轻敲打一端管口，使管内杂物尘土等倒出，对特殊管道的重要部位用抹布进行清理，且对接焊缝底层采用氩弧焊打底。

（2）热力管道的支架必须严格按照设计规定的位置进行安装，两个膨胀节之间必须设置一个固定支架，固定支架应焊接牢固。

导向支架或滑动支架的滑动面应洁净平整，不得有歪斜和卡涩现象，滑动底板和钢结构之间要焊死，防止底板发生位移；导向支架或滑动支架的安装位置应从支撑面中心向位移反方向偏移，偏移量应为位移值的1/2。

（3）蒸汽热力管道安装时的坡度值应符合设计要求，当设计未规定时，取0.002～0.003之间，坡度应流向管道的疏水点。

（4）蒸汽系统管道应在低点加置放净阀或疏水阀，吹扫时应对所有的疏水器性能进行检验，疏水器的疏水性能应良好。