球形補償器在蒸汽管道改造中的應用

王慈林

（蘭州寰球工程公司，甘肅 蘭州 730060）

球形補償器在蒸汽管道改造中的應用

王慈林

（蘭州寰球工程公司，甘肅 蘭州 730060）

介紹了球形補償器的工作原理、特點，以及在蒸汽管道改造中的應用情況，利用了球形補償器的優點很好地完成了蒸汽管道的改造任務。

球形補償器；蒸汽管道；應用

1　概述

蘭州石化公司連續重整裝置在用的兩根蒸汽管道外管廊部分敷設于2006年，在高管架上相鄰敷設，熱補償采用的是鉸鏈型波紋管補償器，由于之前的設計不合理以及其他一些因素，造成管道有的部分嚴重變形，管托脫空之處較多，使管架的受力不均，部分管架橫梁被蒸汽管道拉彎，管道的保溫也有破壞。波紋管補償器由于變形量太大，曾經有泄漏事故發生，造成極大的安全隱患。因此，對這兩根蒸汽管道進行改造很有必要。由于是對現有管道進行改造，現場的安裝空間是一定的，如果采用π型補償，安裝空間不夠，另外π型補償器對管架固定點的推力經過計算也很大，遠遠超過了現有固定點能承受的推力。如果換新的鉸鏈型波紋管補償器問題也同樣存在，且波紋管補償器不能承受較高的壓力，容易損壞。而球形補償器具有補償量大、節省安裝空間、熱損失小、對固定點的推力小等特點，近年來在工程中應用的也較多。因此，本次改造擬采用球形補償器進行熱補償。

2　球形補償器的結構原理及特點

2.1球形補償器的結構

球形補償器主要由殼體、球體、密封圈、壓緊法蘭四部分組成（如圖1所示），球形補償器的球體可以任意旋轉，很容易應付管道的任意扭轉，通過角度變形來適應與它相連的管道熱膨脹產生的膨脹量，從而達到補償的目的。球形補償器與管道的連接形式有焊接和法蘭連接，一般國內采用法蘭連接，國外采用焊接方式。

圖1　球形補償器結構示意圖

2.2球形補償器的工作原理

根據球形補償器的結構特點，必須兩個或三個成組使用，它是以球體和殼體的中心線為軸，在圓錐范圍內球體可做任意轉動θ角，θ稱為折屈角。一般來說，國內生產的球補的θ角的范圍是：15°～30°。球補的工作原理如圖2所示。

圖2　球形補償器工作原理圖

圖中進行了冷態配置，即在安裝時預先向熱位移相反的方向偏轉了θ/2角，球心距L可以很容易地用三角學的正弦函數求出。

對于補償器來說，對固定架的推力是一個很重要的指標。而球形補償器的變形為非剛性變形，因此管系變形后不會產生持續的應力，從而使管道對固定架的推力也不是持續的。彎曲角運動所需的作用力很小，因此球形補償器對固定架的反作用力也很小，數值上也比同樣工況下的π型補償器的推力小的多。球形補償器的推力只與它的扭矩“T”有關，如圖3所示。

圖3　球形補償器支架受力示意圖

根據力學分析：

式中：F——支架推力，M

T——球補扭矩，N.M

L——球心距，M

2.3球形補償器的特點

球形補償器具有補償能力大，占地空間小，流體阻力小，變形應力小，不受方位限制，安裝方便，使命壽命長等優點。對于三向位移的蒸汽和熱水管道最適宜。工作介質可以由任意一端出入，沒有方向限制。但缺點是存在側向位移、易漏水、漏汽，要求加強維修。目前ATS公司生產的球補帶有柱塞填料缸，可以帶壓填充密封填料。另外若兩個固定點間的距離較大，管道的位移量也較大，要根據位移量選擇加長型的特制管托，防止管托從管架梁上滑落。

3　球形補償器在蒸汽管道中的安裝及應用

2013年，采用了ATS公司生產的PAK型整體式“P2”系列球形補償器，對蘭州石化公司的兩根蒸汽外管進行了改造。蒸汽管道的具體參數見表1。

表1　蒸汽管道參數表

經過Caepipe應力軟件計算分析后，選擇的球形補償器的型號分別為16"P2-SPC-400H-70-20-B，12"P2-SPC-400H-70-20-B，θ=15°。16"的扭矩約為2200kg.m，對固定架的推力約為1t，12"的扭矩約為8600kg.m，對固定架的推力約為1.1t，可見應用球形補償器對固定架的推力很小。這兩根蒸汽管道由于相鄰布置，走向一致，共安裝了16只，共4組球形補償器。在靠近球形補償器的直管段上的管托根據位移量的大小選用了加長型的管托，經過兩年的運行，這16只補償器無一發生泄漏，很好地解決了管道的熱脹問題。管道敷設示意圖如圖4所示。

圖4　管道敷設示意圖

5　結束語

由于本項目是在原有老管架的基礎之上改造，因此原有管架不能承受太大的推力，這是本項目的難點。由于ATS公司球補重量輕扭矩小，所以對管道固定支架的推力小。因此通過應用球形補償器很好的解決了改造中存在的問題。由于該項目中球形補償器為進口產品，雖然投資比π型補償器高，但能解決蒸汽管道敷設的難點，因此值得在一些適宜的情況下使用，彌補了其它補償器的不足。

［1］孫國成.球形補償器在稠油熱采注蒸汽管道上的應用［J］.管道技術與設備，1995（6）：19-21.

［2］ 張俊紅，韓飛.球形補償器在過熱蒸汽管道上的應用分析［J］.煤氣與熱力.1998，18，（1）：61-64.

TQ056