淺談波紋管補(bǔ)償器在熱力管網(wǎng)中的應(yīng)用及常見問題的分析

唐皓

【摘要】 相較于傳統(tǒng)補(bǔ)償器，波紋管補(bǔ)償器擁有諸多優(yōu)點，所以在熱力管網(wǎng)中得到了應(yīng)用。基于這種情況，本文在介紹波紋管補(bǔ)償器特點和分類的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實例對波紋管補(bǔ)償器在熱力管網(wǎng)中的應(yīng)用選型和安裝問題展開了分析，并對其常見問題及解決措施進(jìn)行了探討，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：波紋管補(bǔ)償器；熱力管網(wǎng)；應(yīng)用；常見問題

Abstract：Compare to the Traditional Joints， Corrugated Expansion Joints has a competitive edge of product features which lead to its widely-used application in the heat supply piping network. Based on this situation， this thesis will give a brief introduction of Corrugated Expansion Joints features and categories， combined with the detailed analysis of the project case related to its application selection and installation problems in the heat supply piping network. And this thesis will also approach a subject from its frequency asked questions and solutions in order to provide a reference to those who concerned.

Key words： bellows compensator； heat supply piping network； application； common problems

引言：在熱力管網(wǎng)中，波紋管補(bǔ)償器為重要的部件，應(yīng)用范圍較廣。但就目前來看，熱網(wǎng)事故的發(fā)生時常是由該裝置引起的，從而引起了人們對該裝置應(yīng)用問題的關(guān)注。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對波紋管補(bǔ)償器在熱力管網(wǎng)中的應(yīng)用及常見問題的分析，繼而更好的推動熱網(wǎng)工程的發(fā)展。

一、波紋管補(bǔ)償器的特點及分類

1.1波紋管補(bǔ)償器特點

波紋管補(bǔ)償器又被稱之為波紋膨脹節(jié)，金屬波紋管為補(bǔ)償器的核心器件，可以通過自身結(jié)構(gòu)合理變形和伸縮實現(xiàn)對熱位移的吸收，繼而實現(xiàn)對各種機(jī)械位移的補(bǔ)償。在進(jìn)行波紋管補(bǔ)償器選購時，還要確定其設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、補(bǔ)償量和剛度等參數(shù)，并結(jié)合使用場所和方式完成結(jié)構(gòu)設(shè)計選型，從而使裝置保持穩(wěn)定運行和經(jīng)濟(jì)合理。就目前來看，波紋管補(bǔ)償器通常用于進(jìn)行容器或管線等元器件的角向、軸向和橫向位移的補(bǔ)償。比如在蒸汽管線、輸油管線和供熱管線等各類管線中，該種補(bǔ)償器都能得到應(yīng)用。現(xiàn)階段，常用的波紋管補(bǔ)償器材質(zhì)為奧氏體不銹鋼，工作壓力在0.25-2.5MPa范圍內(nèi)，公稱直徑在DN100-DN1400范圍內(nèi)，壁厚在0.5-7mm之間。

1.2波紋管補(bǔ)償器分類

從分類上來看，按照不同的條件，波紋管補(bǔ)償器劃分結(jié)果并不相同。按照流通介質(zhì)，可以得到熱水型、蒸汽型兩類。按照位移形式，可以得到角向型、軸向型和橫向型三類。按照介質(zhì)與管型腔的接觸位置，可以劃分為外壓型和內(nèi)壓型兩種。按照安裝方式，可以劃分為直埋型和架空型。而由于各種分類之間無相互限制，所以能夠產(chǎn)生多種形式的組合。在熱網(wǎng)中，由于軸向型波紋管補(bǔ)償器擁有體積小、成本低、阻力小和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，所以經(jīng)常得到使用。而外壓型補(bǔ)償器擁有穩(wěn)定性好和抗沖擊能力強(qiáng)等特點，因此通常能夠在重要場合得到應(yīng)用。由此可見，在實際施工中，還要結(jié)合工程現(xiàn)實需求進(jìn)行不同類型的波紋管補(bǔ)償器選擇。

二、波紋管補(bǔ)償器在熱力管網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1選型分析

在熱力管網(wǎng)中應(yīng)用波紋管補(bǔ)償器時，還要結(jié)合壓力、熱膨脹量等因素進(jìn)行補(bǔ)償器選型。以某供熱電廠為例，其一級網(wǎng)對雙管閉式供熱系統(tǒng)進(jìn)行了利用，供水溫度最高能夠達(dá)到150℃，回水溫度為80℃。按照管網(wǎng)設(shè)計，循環(huán)水流量約9263t/h，供熱管道管徑為1220*14，直管道長1080m。為確保熱力管道能夠穩(wěn)定運行，需要每隔一段距離完成補(bǔ)償器的安裝。而管道的工作壓力達(dá)1.7MPa，按照每50m進(jìn)行一個補(bǔ)償器安裝的設(shè)計，還要利用公式X=al（t2-t1）*1000進(jìn)行管道熱伸長量計算[1]。式中，X為管道熱膨脹量，單位為m，a為管道熱伸長量和線膨脹系數(shù)，單位為m/（m·℃），l為補(bǔ)償器間距離，單位為m，t1和t2分別為供熱介質(zhì)溫度和管道安裝溫度，單位均為℃。將各參數(shù)代入公式，可以得到管道熱膨脹量為114m。由于工程為改造工程，需要加強(qiáng)土建基礎(chǔ)尺寸控制，所以還要完成剛度、外形尺寸均較小的補(bǔ)償器選擇，并確保補(bǔ)償器內(nèi)壓推力能夠保持平衡。綜合考慮這些需求，最終選擇了直管壓力平衡型補(bǔ)償器（結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示），補(bǔ)償器技術(shù)參數(shù)如下表1所示。

2.2施工安裝

在波紋管補(bǔ)償器安裝的過程中，通常需要利用固定支架側(cè)的方式進(jìn)行安裝。而在內(nèi)壓作用下，想要對波紋管的補(bǔ)償作用進(jìn)行保持，還要避免波紋管被拉直，所以還要將管道盲端力施加在補(bǔ)償器上。在安裝后，管道系統(tǒng)支墩只需要進(jìn)行補(bǔ)償器變形剛度帶來的彈性反力和管道摩擦力。為確保補(bǔ)償器能夠保持穩(wěn)定，還要對土建支墩的水平推力進(jìn)行計算，以確保其滿足受力要求。首先，還要完成補(bǔ)償器的軸向彈性力計算，即Fx=Kx·（f·X）=3000*（0.5*114）=171000（N）。在此基礎(chǔ)上，還要進(jìn)行摩擦力計算，即Ff=μN(yùn)=0.2*1547*9.8*8=4257（N）。由于補(bǔ)償器不受內(nèi)壓推力影響，所以可以將軸向彈性力與摩擦力相加，得到補(bǔ)償器對支墩的水平力為175257N。而由于該工程設(shè)計的土建支墩可承受25KN水平推力，因此能夠滿足補(bǔ)償器安裝要求。如果需要完成直埋型波紋管補(bǔ)償器的安裝，通常需要使用傳統(tǒng)聚氨酯泡沫保溫板，并使用無補(bǔ)償冷安裝技術(shù)，以做好裝置的防水和絕熱處理。在實際工程施工的過程中，為確保管網(wǎng)安全，還要使用外防護(hù)管，并確保管道安裝嚴(yán)密、連續(xù)，以免波紋管被地下水侵蝕。endprint

三、波紋管補(bǔ)償器在熱力管網(wǎng)中應(yīng)用的常見問題及解決措施

在熱力管網(wǎng)中應(yīng)用波紋管補(bǔ)償器，會時常遇到裝置出現(xiàn)腐蝕、變形失效、水擊、疲勞損壞等問題。針對這些問題，還要及時采取解決措施，才能確保裝置的穩(wěn)定運行。

3.1腐蝕問題及解決措施

在熱力管網(wǎng)運行的過程中，補(bǔ)償器容易發(fā)生腐蝕問題。而管道一旦發(fā)生嚴(yán)重銹蝕，不僅會出現(xiàn)孔洞，還會形成撕裂裝開口，進(jìn)而導(dǎo)致管網(wǎng)的運行受到安全威脅。分析裝置腐蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)原因發(fā)現(xiàn)，如果管道在沖洗過程有大量腐蝕性液體殘留，就會使管道受到腐蝕。而在未及時供暖的寒冷天氣中，這些液體會結(jié)冰膨脹，從而導(dǎo)致補(bǔ)償器漲裂。此外，在裝置所處環(huán)境較為惡劣的情況下，裝置會受到周圍污水或地下水的腐蝕。與此同時，受管道內(nèi)壓和熱位移的影響，其將出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕，繼而出現(xiàn)銹蝕、開裂等問題。為避免這些問題的發(fā)生，還應(yīng)在裝置安裝時掌握介質(zhì)流動方向，并在試壓和沖洗的過程中加強(qiáng)裝置維護(hù)，同時嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行裝置操作，以免裝置被腐蝕[2]。如果需要在管溝等惡劣環(huán)境中進(jìn)行裝置安裝，還要加強(qiáng)裝置防水保溫，以免裝置受到侵蝕。

3.2變形失效問題及解決措施

在熱網(wǎng)管道中，波紋補(bǔ)償器得到了廣泛使用。但在管道運行的過程中，卻容易出現(xiàn)裝置變形失效的情況，從而威脅到管網(wǎng)的安全運行。該類問題的產(chǎn)生，與兩方面因素有關(guān)。一方面，目前波紋補(bǔ)償器生產(chǎn)廠家較多，生產(chǎn)出的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)形式、質(zhì)量水平等方面存在較大差異。為降低成本，一些廠家生產(chǎn)出的補(bǔ)償器材質(zhì)不符合要求，管道層數(shù)也嚴(yán)重縮水，管件焊接等方面也無法達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這類裝置一旦投入使用，在后期極容易發(fā)生變形失效的問題。另一方面，在裝置安裝過程中，在進(jìn)行固定支架和補(bǔ)償器數(shù)量確定時，未能考慮到不同補(bǔ)償器和管道安裝方式引起的變形量、變形方向等差異，以至于未能實現(xiàn)合理計算，也將導(dǎo)致裝置后期發(fā)生變形失效問題。針對補(bǔ)償器本身質(zhì)量問題，還要通過加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗預(yù)防變形失效問題的發(fā)生。為此，建設(shè)單位應(yīng)重視產(chǎn)品質(zhì)量管理，堅決采用具有生產(chǎn)資質(zhì)的廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品。針對設(shè)計布置不合理的問題，還要嚴(yán)格按照供熱管道安裝技術(shù)規(guī)范進(jìn)行計算，以確保補(bǔ)償器得到合理安裝。

3.3水擊問題及解決措施

在熱力管網(wǎng)中，也會出現(xiàn)水擊問題。所謂的水擊，其實就是在閥門急停或開啟的條件下，壓力管道因內(nèi)部介質(zhì)壓力劇烈變化而出現(xiàn)壓強(qiáng)急速變化的情況。而一旦出現(xiàn)水擊，將導(dǎo)致波紋管補(bǔ)償器受到較大損傷。因為水擊的產(chǎn)生將帶來較多無法釋放的能力，最終這些能量只能作用在補(bǔ)償器和閥門等結(jié)構(gòu)上。而作為柔性體，裝置波紋無法進(jìn)行水擊的抵抗，所以會出現(xiàn)破裂、撕裂等問題。相較于其他管件，波紋管的厚度較薄，單層厚度在0.4-1.0mm范圍內(nèi)，難以承受過大沖擊力。針對這一問題，還要結(jié)合熱負(fù)荷進(jìn)行波紋管管徑的合理設(shè)計，并進(jìn)行疏水點的設(shè)置，從而達(dá)到及時疏水的目的。在開啟管道閥門時，還應(yīng)按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，分階段緩慢開啟閥門，以免引起管道內(nèi)部壓力的急劇變化。而從水擊破壞的部位上來看，彎頭等位置更容易發(fā)生水擊[3]。所以，還要確保補(bǔ)償器遠(yuǎn)離彎頭等位置，并盡量在上翻位置的另一側(cè)進(jìn)行支座固定，以減少管道積水。此外，在條件合適的情況下，可以進(jìn)行外壓軸向型波紋管補(bǔ)償器的選用，并對裝置導(dǎo)流套形式進(jìn)行改進(jìn)，進(jìn)而有效進(jìn)行水擊作用的防范。

結(jié)論：通過分析可以發(fā)現(xiàn)，波紋管補(bǔ)償器擁有補(bǔ)償能力佳、運行穩(wěn)定、成本低等多種優(yōu)勢，并且種類結(jié)構(gòu)多樣，所以能夠在熱力管網(wǎng)中得到應(yīng)用。但在實際應(yīng)用的過程中，還要做好裝置的選型和安裝，才能確保裝置運行的可靠性。為此，還要結(jié)合裝置常見問題采取相應(yīng)的措施加強(qiáng)裝置應(yīng)用，進(jìn)而使裝置的應(yīng)用效果得到保證。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張海寧，張潮海，馬玉生等.…供熱管道直埋式波紋管補(bǔ)償器的研發(fā)與應(yīng)用[J].…煤氣與熱力，2012，01：24-27.…

[2]康永虎.…熱網(wǎng)中波紋管補(bǔ)償器破壞及失效原因分析[J].…黑龍江科技信息，2012，19：3+138.…endprint