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摘要：本文针对目前热力工程中常用的管道补偿器进行了补偿量的计算和补偿器类型的详细介绍，为工程选型提供了有价值的参考。
关键词：热力管道；补偿器；支架布置
一、概述
在油气站场热力管道中，管道补偿器的设计也是重要的一个方面，当供热介质为热水时，管道中的温度可达100℃左右，当供热介质为蒸汽时，管道中的介质温度可达300℃，温差的存在使管道热胀冷缩并产生热应力，为了使管道温差产生的热应力不高于管道许用的应力，在管道的设计中需局部考虑设置些补偿器。而管道补偿器也是管道系统中的薄弱环节。由于温差的影响使热力管道、支架及相关的设施损坏的事故时有发生，要减少这种热应力的影响，合理选择补偿器是很重要的。
二、热力管道补偿量的计算
目前油气输送站场内的室外热力管网通常采用直埋、管沟和低墩敷设3种方式。
热力管道在直埋敷设时，管道的补偿量应考虑管道在运行温度下的伸长量、泊桑效应产生的收缩量、因土壤摩擦力减少的管道收缩量，及内压引起的管长约束量。
当热力管道为低墩敷设或管沟敷设时，因管道的受力形式与直埋敷设不一样，管道补偿量的计算只考虑管道热伸长量，这时补偿量通常按照下式进行计算：
热力管道补偿器选用时，补偿量通常是使用热力系统设计的供、回水温度进行计算的，而热力管网的设计供、回水温度与实际运行时的温度是有一定差异的。在热网补偿器选用时，不仅要考虑系统的设计值，同时也要兼顾系统的运行参数变化。
三、热力管道的补偿方式
热力管道的补偿方式有两种：自然补偿和补偿器补偿。自然补偿是利用管道自身弯曲的弹性，来吸收管道的热应力。而现场条件的约束下不能做自然补偿或自然补偿不能满足管道应力要求时，应在管路上设置补偿器来吸收管道的热变形。
1 自然补偿
自然补偿是充分利用了管道自身的柔性。确定了两固定点位置时，增加管道长度可增加管道的柔性：某一方向上的管道刚度过大时，增大与其垂直方向的管道长度可减小管道的刚性。在油气站场中常用的自然补偿方法有：L型补偿、Z型补偿。当弯头角度大于30°时，可用作自然补偿，管头角度小于30°时，不可用作自然补偿。
2 补偿器补偿
管道补偿器是设置于管道上吸收其热胀冷缩及其他位移的设备。常用的管道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。
其中波纹管补偿器又称波纹管膨胀节，是由一个或几个波纹管及相关构件组成，用来吸收由于热胀冷缩等原因引起的管道和设备尺寸的变化。波纹管补偿器结构紧凑、安装方便、无泄漏、无磨损又从根本上避免滴漏的难题，其在热力工程上占有突出的地位。下文中将详细介绍波纹管补偿器的类型和应用。
四、波纹管补偿器类型及应用
波纹补偿器的类型很多，不同种类的波纹管所能吸收位移的方式、能力差异比较大。只有充分了解各种类型补偿器的结构、工作原理后，才能在工程中正确选型和应用，下面介绍油气站场热力管道常用的波纹补偿器结构特点、工作原理。
1 单式轴向型波纹管补偿器
单式轴向型波纹管补偿器由1个波纹管和2个可与相邻管道、设备相接的端管（或法兰）等组成的装置，主要用于补偿直管段产生的轴向位移，也可以吸收少量的横向位移。
在热力管道设计时，存在轴向与横向组合位移的场合，此时可以考虑使用单式轴向型，所受到的限制是此类型吸收横向位移的能力有限。当工作压力，温度较高，直径较大或无法在结构物上安设主固定支架或导向支架时，单式轴向型波纹管补偿器不可行。
2 复式大、小拉杆型波纹管补偿器
复式自由型波纹补偿器由端管和中间管所连接的2个波纹管及构件组成，主要用于吸收轴向与横向组合位移，但不能承受波纹管压力推力的补偿器，也可用于吸收角位移。
为了承受波纹管轴向上的压力推力，在每一个波纹管处增加一套拉杆装置，就成为了常用的复式小拉杆波纹管补偿器。拉杆装置增设在两个波纹管外侧时，便构成了常用的复式大拉杆波纹补偿器。其以横向位移方式补偿平面或立体弯曲管段的热位移，拉杆装置能承受压力推力及其附加外力的作用，特别适合吸收横向位移，也可用于吸收轴向位移，角位移以及任意由这三种形式合成的位移。通常是将复式大拉杆型波纹管补偿器设置在成90°“Z”形管道的中间臂内。
3 铰链型波纹管补偿器
铰链型补偿器是由一个波纹管及销轴、铰链板和立板等结构件组成，只能吸收一个平面内的角位移且能承受波纹管压力推力的补偿器，通常2个或3个组合在一起使用才能发挥作用。组合后铰链型补偿器用于吸收平面管系中的横向位移。每一个膨胀节都被它的铰链板所制约，只能产生纯角位移，但是被管段分开的每对铰链型膨胀节互相配合可吸收横向位移。膨胀节的铰链板通常用于承受作用于膨胀节上的全部压力推力，另外也可以用来承受管道和设备的重量、风载等。
通常使用双铰链系统或者三铰链系统来吸收单平面“Z”形弯管的热膨胀。由于压力推力是由膨胀节上的铰链板来承受的，只需在管系的两端设置固定支架，膨胀节受铰链制约只能产生纯角位移，不能伸缩，包含有膨胀节的中间管臂的热膨胀必须由与它相垂直的管臂发生弯曲来吸收，两个管臂的弯曲挠度由设计的导向支架和支架来控制。
4 万向型波纹管补偿器
万向型波纹管补偿器是由一个波纹管，万向铰链环及两对与万向铰链环和端管相连的铰链板等组成的挠性装置。通常情况下两个万向铰链型或两个万向铰链型与一个单式铰链型波纹管补偿器一起配套使用。两个以上就构成了复式万向波纹管补偿器。
两个万向铰链型补偿器协同动作吸收上、下两个水平管臂的组合位移，铰链型补偿器则与上部的万向铰链型膨胀节互相配合吸收竖直管臂的位移。用万向铰链型补偿器构成的系统与上节提到的用铰链型补偿器构成的系统是有类似的优点，但万向铰链型膨胀节的应用具有更大的灵活性，它不限于单平面系统。
5 其它类型波纹管补偿器
此外工程应用中还有不同种类型式的压力平衡式波纹管补偿器，如：旁通压力平衡型波纹补偿器、直管压力平衡型波纹补偿器、弯管压力平衡型波纹补偿器。它们的主要优点是在吸收来自外部的轴向位移时，平衡了波纹管的压力推力，不会使系统受到内压推力的作用。
五、小结
本文首先对目前工程项目中热力管道的热胀量进行了计算，针对目前应用较多的几种补偿器类型进行了简单介绍。重点针对在油气站场供热管网中占据重要地位的波纹管补偿器进行了详细的介绍。本文介绍了不同类型的波纹管补偿器的工作原理和结构特点，并且就典型工业应用进行了介绍，为进今后进行热力管道补偿器选型提供了参考依据。
参考文献：
[1] 赵延元等.热力管道设计手册.山西科学教育出版社.
[2] 城市热力管网设计规范.CJJ-2010.
[3] 徐文龙等.波纹管补偿器在蒸汽管道中的应用.能源与动力工程.
[4] 陆化生.波纹管膨胀节在热力管道中的应用.甘肃冶金.
论文作者:范勇1,荣蕾2
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/20
标签：管道论文; 补偿器论文; 铰链论文; 波纹管论文; 位移论文; 热力论文; 万向论文; 《基层建设》2017年2期论文;