熱力管道柔性設計在工程中的應用

張峰燕　李鵬

摘要：熱力管道的熱脹冷縮是工程中常見的規律現象，但是從根本上減少熱脹冷縮產生的應力才是設計中的關鍵。工程中的熱力管道都是結合管道的布置特點通過自身彎曲的方式進行補償，若此方法不能消除管道的應力，則需要在管道上增加補償器的方式進行解決。本文對消除熱力管道應力的常用方法及補償器的特性進行闡述，通過對熱力管道進行柔性分析保證熱力管道安全平穩的進行。

關鍵詞：熱力管道;柔性分析;自然補償;熱補償

熱力管道是生活和生產普遍存在，但是熱力管線存在輸送距離較長、輸送介質溫度比較高的現象，在管道輸送的過程中會出現管道應力過大造成管道斷裂介質泄漏的情況，對操作人員或周邊的居民造成人身傷害，也會在一定程度上造成國家財產的損失。因此熱力管道設計必須重視熱脹冷縮的問題，為了保證管道在熱狀態下穩定和安全運行，減少管道熱脹冷縮時產生的應力，需要在管道在受熱時對熱伸長量應考慮補償措施。

1 管道伸長量的計算

熱力管道的伸長量等于其安裝溫度與介質設計溫度之差乘管道長度乘管道材質的線膨脹系數。公式如下：

△L=Lα（t2-t1）

2 管道熱補償的原則

首先根據管道布置要求考慮自然補償;其次安裝管道時預先施加于管道的彈性變形，以產生預期的初始位移和應力;在上述兩個條件未能滿足管道熱伸長補償要求時，必須采用補償器;在選擇補償器時，應根據管道布置及空間要求進行補償器的選擇;補償器的安裝位置應保證管道布置美觀、協調。

3 管道熱補償的方法

3.1自然補償

自然補償是熱力管道利用管道本身的自然彎曲所具有的彈性，來吸收管道的熱變形量。管道彈性，是指管道在應力作用下所產生彈性形變，幾何形狀發生改變，應力消失后，又能恢復原狀的能力。實踐證明，當彎管角度大于30°時，能用作自然補償，管子彎曲角度小于30°時，不能用作自然補償。自然補償的管道長度一般為15～25m，彎曲應力бbw不應超過80MPa。熱力管道工程中常用的自然補償有：L型補償、Z型補償和空間立體彎三類自然補償。

3.2熱補償

如果熱力管道自然補償不能滿足，應在管路上增加設補償器來補償管道的熱變形量。補償器是設置在管道上吸收管道熱脹冷縮和其他位移的元件。常用的補償器有方形補償器、波紋管補償器、套筒補償器和球形補償器。

在實際的熱力管道施工中，由于方形補償器安裝、拆卸方便，其安全系數也較為可靠，使用周期較長，后期維護次數也不用很高。所以在實際使用中，頻次較高，除非遇特殊情況，現場施工人員才改用其它補償器。該類型補償器采用特殊工藝制成，其原理制成U型彎管后，通過吸收管道內部熱量，進行變形從而補償管道應力。主要的補償方式也是彎管變形來實現。在組成上，方形補償器主要有水平、伸縮以及自由臂三部分組成，構造簡單。但遺憾的是，方形補償器外形缺乏美觀性，占地空間較大。

其次，波紋管補償器，其構造與方形補償器類似，亦是十分簡單，其后期維護保養費用也不高，使用頻次上也僅次于方形補償器。構造上有一個或多個波紋管以及其它配件組成。波紋管補償器主要工作原理，通過自身變形來彌補管道設備的尺寸變化。在實際施工過程中，應給予此類補償器不低于50%的變形補償量。此外，在安裝注意上，兩個固定支架間只能安裝一套補償器。安裝位置和固定架支點也有較高要求，需在工程圖紙中明確指出。

第三種，套管式補償器，主要管套、插管和密封填充料組成，也正是因為如此，也稱為填料式補償器。安裝環境也多為室外，彌補方式與以上兩種補償器不同，主要為插管與管套的相對運動來彌補變量。管套式補償器，根據外表材料的不同，也分為鐵制管道和鋼制管道式補償器。較方形補償器，本段落類型空間占用較少，補償能力更大，安裝上也十分方便。但其缺點也更為明顯，該補償器在進行軸向運動時，多存在泄漏風險，一旦泄漏就必須更換管套和內部填充物質。此外，外部管套也極容易出現卡套風險。故后期維護次數較前兩種補償器較多。

第四種，球形補償器。其結構主要由球體與密封裝置等元件組成，安裝在人力管道上受熱后利用補償器的活動球形部分角向轉彎來補償管道的熱變形，從而減少管道應力，它允許管子在一定范圍內相對轉動，因而兩直管可以不保持在一條直線上。球形補償器的優點是：補償能力大，占據空間小，流體阻力小，安裝方便，投資少。

4 結束語

熱力管道通過自然補償和熱補償的方式在很大程度上解決了管道熱應力的問題，保證了熱力管道穩定安全的運行。在補償器形式的選擇方面需要因地制宜結合管路的特點以及補償器的不同優缺點進行合理的選用，能更好的保障熱力管道的柔性。

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