旋转补偿器在供热直埋管道中的创新应用

孔德存

(扬州威亨热电有限公司,江苏 扬州 225000)

旋转补偿器在供热直埋管道中的创新应用

孔德存

(扬州威亨热电有限公司,江苏 扬州 225000)

在供热管道上普遍使用轴向波纹补偿器来补偿管道热伸长,然而我们在长期工程实践中发现,采用旋转补偿器同样能够达到直埋管的美观,而对管道的安全可靠性、经济性都有了大大的提升.

蒸汽直埋管;补偿;旋转补偿器;波纹补偿器

随着南方城市创建美化的要求,供热系统中管道直埋敷设方式越来越广,然而供热蒸汽管道区别于其他城市管道(如供水、天然汽管道)的明显特征是蒸汽管道介质温度高(一般在200～350℃)、压力大(一般在0.5～2.5MPa),因此敷设蒸汽管道,解决好管道的补偿问题,才能使供热系统正常安全的运行.

1 供热蒸汽直埋管道常用补偿方式

为了防止供热管道在温度升高时,由于热伸长或温度应力引起的管道变形或损坏,需要在管道上设置补偿器,以吸收管道的热伸长,从而减小管道的自身应力和在阀体及支架结构上的作用力.

供热管道可采用补偿器的种类很多,目前国内主要有自然补偿器、方形补偿器、波纹补偿器、套筒补偿器、球形补偿器以及旋转补偿器等.前3种是利用补偿器材料的变形来吸收热伸长,而后3种是利用补偿器内外管的相对位移来吸收热伸长.

(1)自然补偿器和方形补偿器.它们都是利用管道自身的弯曲管段来补偿热伸长,在直埋管中可以利用自然地形来合理运用,因为其流动阻力大、占地多、外套管制作安装难度大,因而不能在长距离管道上使用.

(2)波纹管补偿器.它是用单层或多层的薄金属制成,有波纹管状补偿装备.按补偿方式分为轴向、横向和铰接式,按承压方式分为内压式和外压式.在直埋管道中,一般采用外压轴向式波纹管补偿器,因为其它方式补偿器无法放置到外套管内.

(3)套筒球形补偿器.套筒补偿因为其盲板推力大,柔性填料密封不可靠,因而很少用于地下直埋,而球形补偿作为空间变形,适用于架空,直埋管内无法使用.

(4)旋转补偿器.它是2个以上组对成组,形成相对旋转吸收管道热位移,从而减少管道的应力,实现补偿的目的.它虽然不能直接安装到直埋管内,但将它合理运用,就能实现直埋管补偿的目的.

2 外压轴向补偿与旋转补偿器在直埋管道上的技术指标比较

国内目前在供热管道上普遍使用轴向波纹补偿器来补偿管道热伸长,然而我们在长期工程实践中发现,采用旋转补偿器同样能够达到直埋管的美观,而对管道的安全可靠性、经济性都有了大大的提升.

2.1 轴向推力比较

(1)轴向波纹补偿器受热膨胀时,由于位移产生的近失推力Pt和管道内压力,会产生波纹环面上的推力Ph和支座摩擦力Pgm=μqL

式中:△X为补偿器轴向位移,mm;k为补偿器轴向刚度N/mm.

式中:P 为管道内压力;A 为有效面积.

式中:q为计算长度自重载荷N/m;μ为摩擦系数,取μ=0.3;L为管段长度.

因而轴向波纹补偿在运行中,至少要受到这3种力的影响,按DN300的管道,PN1.6MPa,每50m轴向移力为5-8T作用在固定支架和外套管上.在管道水压试验时,由于做超压试验,因而作用力更大,如果是分段试压,或者焊接质量不好,经常会造成外套管撕裂的现象.在实践中需要一定的深度,不然直埋管会失去稳定变形,出现故障.

(2)旋转补偿形式,在直埋管内,作用在固定支架的作用力P只有支座摩擦力和补偿器填料摩擦力,一般DN300的管道,300m产生的推力不足1T,非常的小.因而,这种方式可以用于管道浅埋,外套管只是一个保护管.

2.2 补偿间距比较

(1)轴向波纹补偿器由于波纹补偿器波数一般不超过6个波,复式也不超过8～12波,波纹补偿器的结构决定了波数不宜过多,过多易造成补偿器失稳和损坏.

跟据管道热伸长计算公式:△L=α.L(t2-t1)

α=管材的线膨胀系数,mm/(m.℃);普通碳素钢一般为0.012 mm/(m.℃);L=管道的长度,mm;t2=输送介质温度,℃;t1=管道安装时温度,℃.

每一段波纹补偿器的补偿的管道长度一般不超50m,由于波纹补偿器安装在直埋管外套内,因而可以长距离埋于地下,母管不需要出地面.按《城镇供热管网设计规程》要求,同一坡向的管道,在顺坡情况下每隔400～500m,逆坡每隔200～300m,应设启动疏水和经常疏水装置,因而每隔一段距离就有管道配件露于地面.

采用旋转补偿,可以根据地形,如图1所示.主管道埋于地下,而管道的热伸长,通过立管伸出地面,用旋转补偿器将2根立管通过旋转角度,补偿热位移量.

图1

根据旋转补偿的转背长度,可以得出常用管道的每组补偿器最大补偿量.在供热管道上一般在200～500m安装一组即可,因为埋地管道一般在市区内沿道路、绿化带敷设,根据自然地形布置,我公司的经验是每隔300～400m出地面合理布置一组旋补,然后将之用生态框架美化,城建方面认可无异议.

2.3 安全可靠性分析

波纹管补偿器因材料和加工的限制,一般伸缩次数在1000次左右.遇到蒸汽参数(温度和压力)变化大时,管道间断性用汽,根据我公司实际情况,一般到10年左右就会出现一些故障.而旋转补偿器是自密封材料,密封性较好,长期运行不需维护.

2.4 经济型分析

根据补偿器制作材料及难易程度,厂方提供单位每套价格参数见表1.

表1 两种补偿器价格对比(元/套)

按DN300管道计算:每公里DN300的波纹管补偿器+固定支架+管道配件大约需要320万元.DN300的旋转补偿器+固定支架+管道配件大约需要300万元.

2.5 维护维修分析

直埋管内波纹管补偿器,由于深埋在地下,一旦出现泄漏非常难查,需要挖开路面分段检查.需要动用大量人力机械,维护时间也非常长,消除缺陷难以实施.而且泄漏后,由于外套管内流入蒸汽,对管道的保温和外套管外防腐都会产生影响,因而运行成本和管道耐久性都会减少.旋转补偿式直埋敷设方式,首先直埋管内没有补偿器,芯管对外套的推力也非常小,因而外套管内发生泄漏的情况很小,而补偿器安装在地面之上,即使出现泄漏也很容易发现,很容易处理消除.处理后,对直埋管不会产生任何不良影响.

3 结语

供热直埋管道采用旋转补偿方式,具有管道推力小、补偿距长、地下无补偿器隐患、可以浅埋、投资成本小、安装方便、维修简单、运行可靠等优点.根据我公司应用情况,是城市内敷设直埋蒸汽管道的首选方案,波纹补偿方式在直埋管中,可以作为补充,用于市内无法安装旋补的地域.

[1]王旭光.大型工业供热蒸汽管网运行状态分析及操作优化[D].浙江大学,2015.

[2]王飞.直埋供热管道工程设计[M].中国建筑工业出版社,2014.

[3] 城镇供热管网结构设计规范.CJJ 105-2005.

TU995.3

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1671-0711(2017)11(下)-0179-02