電廠蒸汽管道補(bǔ)償器的選型與安裝

孫書斌,朱如剛

(滄州大化集團(tuán)工程裝備公司,河北滄州 061000)

0 引 言

電廠蒸汽的引用是我廠節(jié)能的一項(xiàng)重大舉措,通過(guò)引用發(fā)電廠蒸汽,可以大大降低天然氣的用量,降低運(yùn)行成本。我廠電廠蒸汽引用主管采用DN400的20 g鋼管,設(shè)計(jì)溫度為380℃,設(shè)計(jì)壓力為4.4 MPa。由于溫度高且管道長(zhǎng)距離鋪設(shè),管道在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的膨脹量。對(duì)于中壓、高溫、大直徑的管道而言,其柔性很差,要靠管系的自然補(bǔ)償量來(lái)吸收管道的熱膨脹和端點(diǎn)位移幾乎是不可能的。若靠改變管道的走向來(lái)增加管道的柔性,勢(shì)必增加管道的長(zhǎng)度,增加成本,且不一定能達(dá)到預(yù)期的效果。管道長(zhǎng)了,彎頭多了,阻力勢(shì)必增大。綜合考慮各方面的因素,管道鋪設(shè)應(yīng)盡量走直道、少拐彎,管道的熱膨脹主要靠設(shè)置膨脹節(jié)和滑動(dòng)支架來(lái)解決,這是一種比較合理、經(jīng)濟(jì)的方案。

1 補(bǔ)償器的選型

通常用的補(bǔ)償器有波紋管補(bǔ)償器,Π型補(bǔ)償器及管道自然補(bǔ)償?shù)葞追N熱補(bǔ)償器。但就過(guò)熱蒸汽管道而言,溫度比較高,熱位移量比較大,平均每米有5 mm的膨脹量,加之管線鋪設(shè)很長(zhǎng),單靠管系的柔性很難達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹６鴮?duì)Π型補(bǔ)償器而言,由于管系為DN400的鋼管,管子較粗,強(qiáng)度較大,對(duì)于較大的位移量,焊接彎頭部位勢(shì)必產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力,這也將給管道的運(yùn)行埋下不安全因素。要減小內(nèi)應(yīng)力,就要多設(shè)Π型補(bǔ)償器或增加補(bǔ)償器的直邊高度,直邊高度增大,補(bǔ)償器的變形角度變小,內(nèi)應(yīng)力變小。但是,這樣又增加了管道的鋪設(shè)長(zhǎng)度及管道的鋪設(shè)高度。將給施工增加難度,增加管道的投資,因此應(yīng)盡量不予采用。而對(duì)于通用無(wú)約束型波紋膨脹節(jié),是依靠波紋管的軸向伸縮來(lái)進(jìn)行熱補(bǔ)償?shù)?其補(bǔ)償量比較小,而且會(huì)產(chǎn)生很大的軸向推力。《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》(GB12777-2008)中指出:“如果膨脹節(jié)應(yīng)用不當(dāng),它產(chǎn)生的管道反力可能比想要消除的力還要大。無(wú)約束型膨脹節(jié)產(chǎn)生的軸向推力等于波紋管的面積乘以內(nèi)壓。拉伸或壓縮膨脹節(jié)需要的力是相當(dāng)大的,為了使管系產(chǎn)生的反力最小,最好避免通過(guò)膨脹節(jié)的軸向壓縮或拉伸來(lái)吸收管系的膨脹”。電廠蒸汽正常工作時(shí)壓力為3.8 MPa,管道DN400,若選用無(wú)約束型通用膨脹節(jié),膨脹節(jié)的內(nèi)壓推力近5 t,這樣大的推力很容易將支撐管道的固定支架推壞,而且,土建的水泥支架要承受如此大的推力,對(duì)于一般主要起豎直支撐作用的支架就需要做得很大;對(duì)于長(zhǎng)距離輸送管道要做很多這樣大的支架就顯得很不協(xié)調(diào),也是難以想象的。

綜合以上分析,電廠蒸汽管道的補(bǔ)償要考慮多方面的影響,盡量經(jīng)濟(jì)而又不留安全隱患。在結(jié)構(gòu)上,考慮管系的支撐要求,使管系對(duì)支架的推力減至最小。在布置方案上,應(yīng)充分發(fā)揮每個(gè)膨脹節(jié)的補(bǔ)償能力,爭(zhēng)取用最少的波紋管來(lái)滿足整個(gè)管系的補(bǔ)償要求。因此,結(jié)合電廠蒸汽管道的鋪設(shè)特點(diǎn),選用角向型膨脹節(jié)較經(jīng)濟(jì)、合理。

圖1 角向型補(bǔ)償器

角向型補(bǔ)償器(如圖1所示)是約束型補(bǔ)償器,由連接管、鉸鏈座、波紋管、鉸鏈銷、運(yùn)輸拉桿、耳板等幾部分組成。角向型補(bǔ)償器軸向沒有位移量,工作時(shí),波紋管周向一側(cè)伸長(zhǎng),另一側(cè)壓縮,繞鉸鏈作周向旋轉(zhuǎn),鉸鏈完全承受膨脹節(jié)的內(nèi)壓推力和管道重量。角向型補(bǔ)償器實(shí)際上只起角向旋轉(zhuǎn)作用,通常由兩個(gè)或三個(gè)一起配套使用,以吸收L型或Z型管系一個(gè)或多個(gè)方向的橫向位移。它的安裝與Π型的安裝形式相似,角向位移量與立管的長(zhǎng)度成反比。相同的補(bǔ)償量,立管越長(zhǎng),角向補(bǔ)償器的偏轉(zhuǎn)角就越小。因此,安裝時(shí)應(yīng)盡量加大立管兩角向膨脹節(jié)之間的距離,以便更有效地發(fā)揮膨脹節(jié)的補(bǔ)償功能。安裝時(shí)立管兩端各安裝一個(gè)角向膨脹節(jié)組成一對(duì)(通常,廠家可按照長(zhǎng)度要求直接作成一套)。它以豎直方向上的偏轉(zhuǎn)來(lái)補(bǔ)償管道的熱膨脹,而在橫管上只安裝單個(gè)膨脹節(jié),是為了吸收立管上的膨脹量,一般補(bǔ)償量比較小。對(duì)于這種角向型補(bǔ)償器,由于約束鉸鏈的作用,補(bǔ)償器不會(huì)把軸向推力作用在管道支座上,因此與之相連的支座為次固定支座,通常為滑動(dòng)支座,其軸向作用力很小。對(duì)于電廠蒸汽管道,在無(wú)對(duì)焊固定口之前甚至用手就可以推動(dòng)。管系中絕大部分支架為自由滑動(dòng)支架和橫向限位支架。固定支架承受很小的軸向推力,主要起固定管系的作用。

2 補(bǔ)償器的安裝

電廠蒸汽用管道焊接要求射線探傷Ⅱ級(jí)合格。角向型補(bǔ)償器安裝時(shí),在地面與管系預(yù)先焊制,這樣有利于焊接及探傷。為防止膨脹節(jié)繞鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng),吊裝前用DN50鋼管將支管上的一對(duì)角向補(bǔ)償器點(diǎn)焊固定,鋼管作為臨時(shí)承力部件。吊裝完畢,固定好之后再將補(bǔ)償器的鉸鏈銷所在平面垂直于管系所在平面即鉸鏈銷垂直于管膨脹時(shí)要轉(zhuǎn)動(dòng)的平面方向。這點(diǎn)尤為重要,否則,不但起不到熱補(bǔ)償作用,而且會(huì)把扭轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)嫁到鉸鏈銷和支管彎頭處,有可能損壞鉸鏈,增大直管彎頭的內(nèi)應(yīng)力,進(jìn)而增大管系推力,甚至推倒管道支架,造成重大事故。

為了充分發(fā)揮角向補(bǔ)償器的補(bǔ)償作用,安裝主管補(bǔ)償器時(shí),采用牽引管線的方法來(lái)冷緊角向補(bǔ)償器,使補(bǔ)償器產(chǎn)生熱補(bǔ)償時(shí)反向預(yù)緊。預(yù)緊量為橫向補(bǔ)償量的50%。這樣,正常工作時(shí)不至于使補(bǔ)償器旋轉(zhuǎn)太大的角度。當(dāng)有特殊位置需要膨脹后豎管為垂直位置時(shí),就要按橫向熱補(bǔ)償量的100%來(lái)冷緊。

現(xiàn)場(chǎng)焊接補(bǔ)償器時(shí),用濕中性石棉保護(hù),以免焊渣飛濺到波紋管。吊裝時(shí),固定用的鋼管和補(bǔ)償器上標(biāo)有安裝后拆除涂黃漆用于固定鉸鏈的角鐵。電廠蒸汽管線試壓為水壓,由于直管段較短,水重可以不予考慮,故未作支撐。我廠按試壓方案試壓時(shí),未發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象。

電廠蒸汽在與廠蒸汽甩頭閥門對(duì)接處,由于管道需要兩個(gè)互相垂直方向的補(bǔ)償量,因此,在此位置選擇萬(wàn)向角向型波紋補(bǔ)償器,使兩個(gè)方向都得到熱補(bǔ)償,最大限度減小管系應(yīng)力。

3 結(jié) 語(yǔ)

角向型補(bǔ)償器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,安裝方便,用于有較大膨脹量的管系。安裝角向型補(bǔ)償器的管系,作用于固定支架的軸向推力很小,再配以滑動(dòng)支架,管系的伸縮、運(yùn)動(dòng)靈活,內(nèi)壓力也很小。現(xiàn)在,電廠蒸汽已通至我廠并開始為我所用。實(shí)踐表明,角向型補(bǔ)償器的運(yùn)行效果很好。