旋轉補償器在供熱直埋管道中的創新應用

孔德存

(揚州威亨熱電有限公司,江蘇 揚州 225000)

旋轉補償器在供熱直埋管道中的創新應用

孔德存

(揚州威亨熱電有限公司,江蘇 揚州 225000)

在供熱管道上普遍使用軸向波紋補償器來補償管道熱伸長,然而我們在長期工程實踐中發現,采用旋轉補償器同樣能夠達到直埋管的美觀,而對管道的安全可靠性、經濟性都有了大大的提升.

蒸汽直埋管;補償;旋轉補償器;波紋補償器

隨著南方城市創建美化的要求,供熱系統中管道直埋敷設方式越來越廣,然而供熱蒸汽管道區別于其他城市管道(如供水、天然汽管道)的明顯特征是蒸汽管道介質溫度高(一般在200～350℃)、壓力大(一般在0.5～2.5MPa),因此敷設蒸汽管道,解決好管道的補償問題,才能使供熱系統正常安全的運行.

1 供熱蒸汽直埋管道常用補償方式

為了防止供熱管道在溫度升高時,由于熱伸長或溫度應力引起的管道變形或損壞,需要在管道上設置補償器,以吸收管道的熱伸長,從而減小管道的自身應力和在閥體及支架結構上的作用力.

供熱管道可采用補償器的種類很多,目前國內主要有自然補償器、方形補償器、波紋補償器、套筒補償器、球形補償器以及旋轉補償器等.前3種是利用補償器材料的變形來吸收熱伸長,而后3種是利用補償器內外管的相對位移來吸收熱伸長.

(1)自然補償器和方形補償器.它們都是利用管道自身的彎曲管段來補償熱伸長,在直埋管中可以利用自然地形來合理運用,因為其流動阻力大、占地多、外套管制作安裝難度大,因而不能在長距離管道上使用.

(2)波紋管補償器.它是用單層或多層的薄金屬制成,有波紋管狀補償裝備.按補償方式分為軸向、橫向和鉸接式,按承壓方式分為內壓式和外壓式.在直埋管道中,一般采用外壓軸向式波紋管補償器,因為其它方式補償器無法放置到外套管內.

(3)套筒球形補償器.套筒補償因為其盲板推力大,柔性填料密封不可靠,因而很少用于地下直埋,而球形補償作為空間變形,適用于架空,直埋管內無法使用.

(4)旋轉補償器.它是2個以上組對成組,形成相對旋轉吸收管道熱位移,從而減少管道的應力,實現補償的目的.它雖然不能直接安裝到直埋管內,但將它合理運用,就能實現直埋管補償的目的.

2 外壓軸向補償與旋轉補償器在直埋管道上的技術指標比較

國內目前在供熱管道上普遍使用軸向波紋補償器來補償管道熱伸長,然而我們在長期工程實踐中發現,采用旋轉補償器同樣能夠達到直埋管的美觀,而對管道的安全可靠性、經濟性都有了大大的提升.

2.1 軸向推力比較

(1)軸向波紋補償器受熱膨脹時,由于位移產生的近失推力Pt和管道內壓力,會產生波紋環面上的推力Ph和支座摩擦力Pgm=μqL

式中:△X為補償器軸向位移,mm;k為補償器軸向剛度N/mm.

式中:P 為管道內壓力;A 為有效面積.

式中:q為計算長度自重載荷N/m;μ為摩擦系數,取μ=0.3;L為管段長度.

因而軸向波紋補償在運行中,至少要受到這3種力的影響,按DN300的管道,PN1.6MPa,每50m軸向移力為5-8T作用在固定支架和外套管上.在管道水壓試驗時,由于做超壓試驗,因而作用力更大,如果是分段試壓,或者焊接質量不好,經常會造成外套管撕裂的現象.在實踐中需要一定的深度,不然直埋管會失去穩定變形,出現故障.

(2)旋轉補償形式,在直埋管內,作用在固定支架的作用力P只有支座摩擦力和補償器填料摩擦力,一般DN300的管道,300m產生的推力不足1T,非常的小.因而,這種方式可以用于管道淺埋,外套管只是一個保護管.

2.2 補償間距比較

(1)軸向波紋補償器由于波紋補償器波數一般不超過6個波,復式也不超過8～12波,波紋補償器的結構決定了波數不宜過多,過多易造成補償器失穩和損壞.

跟據管道熱伸長計算公式:△L=α.L(t2-t1)

α=管材的線膨脹系數,mm/(m.℃);普通碳素鋼一般為0.012 mm/(m.℃);L=管道的長度,mm;t2=輸送介質溫度,℃;t1=管道安裝時溫度,℃.

每一段波紋補償器的補償的管道長度一般不超50m,由于波紋補償器安裝在直埋管外套內,因而可以長距離埋于地下,母管不需要出地面.按《城鎮供熱管網設計規程》要求,同一坡向的管道,在順坡情況下每隔400～500m,逆坡每隔200～300m,應設啟動疏水和經常疏水裝置,因而每隔一段距離就有管道配件露于地面.

采用旋轉補償,可以根據地形,如圖1所示.主管道埋于地下,而管道的熱伸長,通過立管伸出地面,用旋轉補償器將2根立管通過旋轉角度,補償熱位移量.

圖1

根據旋轉補償的轉背長度,可以得出常用管道的每組補償器最大補償量.在供熱管道上一般在200～500m安裝一組即可,因為埋地管道一般在市區內沿道路、綠化帶敷設,根據自然地形布置,我公司的經驗是每隔300～400m出地面合理布置一組旋補,然后將之用生態框架美化,城建方面認可無異議.

2.3 安全可靠性分析

波紋管補償器因材料和加工的限制,一般伸縮次數在1000次左右.遇到蒸汽參數(溫度和壓力)變化大時,管道間斷性用汽,根據我公司實際情況,一般到10年左右就會出現一些故障.而旋轉補償器是自密封材料,密封性較好,長期運行不需維護.

2.4 經濟型分析

根據補償器制作材料及難易程度,廠方提供單位每套價格參數見表1.

表1 兩種補償器價格對比(元/套)

按DN300管道計算:每公里DN300的波紋管補償器+固定支架+管道配件大約需要320萬元.DN300的旋轉補償器+固定支架+管道配件大約需要300萬元.

2.5 維護維修分析

直埋管內波紋管補償器,由于深埋在地下,一旦出現泄漏非常難查,需要挖開路面分段檢查.需要動用大量人力機械,維護時間也非常長,消除缺陷難以實施.而且泄漏后,由于外套管內流入蒸汽,對管道的保溫和外套管外防腐都會產生影響,因而運行成本和管道耐久性都會減少.旋轉補償式直埋敷設方式,首先直埋管內沒有補償器,芯管對外套的推力也非常小,因而外套管內發生泄漏的情況很小,而補償器安裝在地面之上,即使出現泄漏也很容易發現,很容易處理消除.處理后,對直埋管不會產生任何不良影響.

3 結語

供熱直埋管道采用旋轉補償方式,具有管道推力小、補償距長、地下無補償器隱患、可以淺埋、投資成本小、安裝方便、維修簡單、運行可靠等優點.根據我公司應用情況,是城市內敷設直埋蒸汽管道的首選方案,波紋補償方式在直埋管中,可以作為補充,用于市內無法安裝旋補的地域.

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[2]王飛.直埋供熱管道工程設計[M].中國建筑工業出版社,2014.

[3] 城鎮供熱管網結構設計規范.CJJ 105-2005.

TU995.3

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1671-0711(2017)11(下)-0179-02