供热管网波纹补偿器的合理布置

供热管网波纹补偿器的合理布置

杜越男

杜越男（内蒙古自治区通辽热电有限责任公司）

摘要：波纹伸缩器在我国不同领域广泛应用，供热管道直埋由于其技术的先进性和施工成本低等优点而被广泛采用，直埋管道的补偿方法及其补偿器也随之被开发。用于直埋管道补偿的波纹膨胀节，以其易安装、体积小、占地面积小、补偿量大等特点而较之传统的“Ⅱ”型补偿器等显示出明显的优势，所以波纹补偿器作为关键组件在热力管网中的应用也越来越广泛，但如果波纹补偿器布置过多或应用布置不当，不仅会使整个工程的造价大大增加，而且还会引起整个管系的破坏，甚至酿成恶性事故。本文正是从波纹补偿器在热力管网中的设计布置存在的一些问题进行探讨与分析，结合相关的国家规程规范，提出解决这些问题的方案。

关键词：补偿器应用问题合理布置节约造价

1概述

随着国民经济的迅速发展，以及内蒙古自治区通辽市房地产业的迅速突增，供热管网敷设范围也随之扩大，供热管网一般是在常温下敷设的。为了扩大供热面积，提高管网运行效率，现在管网一般都采用间接供热，由于间接供热输送的热介质的一级网温度在110-120℃之间变化，一级网回水温度在50-60℃之间变化，且通辽市施工大部分都在10月之后进行，使管路产生热胀冷缩，由此在管路内部产生较大的热应力，并有可能导致管路破裂。因此，在管路设计时必须考虑热膨胀，进行合理地补偿，不仅要保证管网运行的安全，而且还要降低工程造价。

2波纹补偿器的特点

2.1波纹补偿器优点：我们大家都知道，城市供热管网不同于小区供热或厂内热网，它的影响面大，要求热网运行可靠。由于城市热网的走向和敷设方式受城市规划和地理位置的限制，因此要求波纹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从80年末期开始使用，90年代得以大力推广，在热网中的应用越来越广泛。

2.2波纹补偿器缺点：耗费钢材，占地面积大，而且例如轴向型波纹补偿器对固定支架产生压力推力，造成固定支架推力大；另外波纹补偿器管壁较薄不能承受扭力、振动，安全性差；安装波纹补偿器后使设备投资高、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。特别是在大口径的供热主干线上，波纹补偿器是目前唯一的补偿设备，一旦发生问题后果十分严重，必须引起高度重视。

所以要认真分析波纹管补偿器在设计、生产、施工和运行管理各方面存在的问题，并在此基础上提出解决问题的方法。

3热网管线中波纹管补偿器的选型及应用

3.1波纹管的腐蚀开裂的原因：波纹管的腐蚀开裂应是外层逐层向内各层波纹管发展的，只是各层波纹管腐蚀破坏在时间上的先后关系，才出现各层腐蚀开裂程度上的明显差异。腐蚀来自波纹管外，在进入波纹管层间后，连续并加快了腐蚀的产生。

3.2波纹管开裂原因之一应力的存在：应力的存在是导致应力腐蚀开裂的必要条件之一，应力的来源主要有：波纹管加工成型过程中产生的形变应力和残余应力；在服役期间的工作应力；装配不当导致的装配应力过大；腐蚀产物引起的楔入应力。

3.3补偿器补偿量的选择：由于城市供热管网线路走向及敷设方式应征得当地城市规划部门的同意，其原则是不影响城市观瞻，尽量做到美观大方。一般来说，城市架空管网沿次马路规划红线或沿单位围墙敷设，地沟或直埋管道则沿人行道规划线位敷设，且管线长度较长，不允许补偿器数量过多。经设计核实计算，要准确计算出该管段的伸长量，计算补偿量要小于设计补偿量，不要使设计补偿器已临近产品补偿量极限。

3.4经过计算允许可以增加补偿器的补偿量来降低工程造价：采用低碳钢材质的直埋热水管道，直管段不设补偿器或尽量少设置补偿器强度也能够满足要求。经过实际测算，减少设置补偿器不仅能减少事故点，而且也大大降低了工程造价。如从2006年度开始通辽市集中供热管网主分支工程的补偿器补偿量由200毫米调整至300毫米，补偿性能和补偿器小室尺寸大小不变的前提下，由于检查室和固定支架数量减少，使管网结构简单，土建施工工程量少，施工的难度低，施工周期大大缩短，工程造价大大降低。补偿器数量减少，以后维护工作量也降低了。

3.5热网补偿器的布置：按照通常做法，轴向型波纹补偿器均布置在紧靠固定支架旁，然后紧接两个导向支架，距离分别4Dg、14Dg，主要目的以防止其轴向失稳，热水直埋管主要靠与保温材料形成整体由土壤、沙层控制。我认为，这种布置方式出发点是好的，但在实际运用中受地形限制，架空管系支架过多，则布置困难；直埋管系地下障碍物过多，可能有过多翻弯产生，要求补偿器只能布置在直管段，这种在固定支架侧设补偿器的形式，可能会因管线位移造成波纹补偿器每个波节吸收位移的工作能力传递不均，发挥的补偿能力不充分。我认为解决补偿器轴向失稳问题除与其布置、设置位置有关外，更主要的是取决于补偿器自身的性能与质量，只布置在固定支架侧的补偿器性能与质量要求应更高一些，管线分段距离一般应小一些，进行选型时一定要选自导向性好，抗失稳能力强的补偿器，设计布置按照基本原则，根据工程的实际情况，灵活对待处理，实践情况证明，无论是架空还是直埋地沟，只要做好导向结构控制，波纹补偿器可以设置在两固定支架的任一位置。

3.6现场变更对热网补偿器的布置的影响：热力管网有时虽然原始设计很好，但由于进行施工后经常遇到障碍，现场实际情况与设计往往出入很大，不得不做大量的实际设计变更，对自然补偿管道只要处理适当不会产生很大影响，但对轴向补偿器管路影响非常大，不少施工单位对此没有充分认识，某些固定支架在管道改变走向后，原来不承受压力推力改为承受压力推力或者产生较大弯距，支架受力结构形式发生重大变化，处置不当很容易推坏固定支架，导致事故发生。在管线变更较大情况下，应特别注意管道的受力形式是否符合补偿器布置基本原则，通过合理分段，保证管线呈直线，控制拐点产生，减少作用于固定支架与导向支架的弯矩及侧向推力，进而保证管系安全合理。这对于设计人员最为重要，除了不断积累经验外，一定要形成明确设计思路，才能提高设计补偿器管系的水平。

3.7波纹补偿器选型的一般程序：

3.7.1变复杂管系为简单管段变复杂管系为典型管段。无论多么复杂的管系均可以通过固定座将它们分解为形状简单、独立的典型管段如直管段、“L”型弯管段、”Z”型弯管段等。

3.7.2选择合适的波纹膨胀节类型。

3.7.3计算典型管段工作膨胀量，确定波纹补偿器的数量。

3.7.4在装有无约束型波纹补偿器的管段上，设置主固定支座。而装有约束型波纹补偿器的管段上，设置次固定支座。

3.7.5根据波纹补偿器的变形轨迹及稳定性要求设置相应的支吊架。

4结束语

波纹补偿器作为热网管道的关键组件，在热网的使用量也越来越大，但是波纹补偿器在我国应用时间仍较短，尚未有正式国家产品标准，另外厂家繁多，专利产品亦多，结构形式均有所不同，加之设计单位对补偿器的认识较浅应用经验不足，只是经过简单计算和套用样本，因此出现问题是在所难免的。建议广大设计人员应加强调查研究，互相交流学习，总结经验，吸取教训，加强协作，在进行管网设计、补偿器选型计算和布置、组织施工等方面，掌握原则，正确运用，做到管网安全、经济、合理，杜绝安全事故产生。

参考文献：

[1]《城市热力网设计规范》CJJ34—2002.

[2]《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/81—98.

[3]《金属波纹管膨胀节通用技术条件》（GB/T12777.1999）.

[4]李善化主编《实用集中供热设计手册》中国电力出版.