热力管道方形热补偿器的制作安装技术

热力管道方形热补偿器的制作安装技术黄位昌，马锦静（广西建工集团第一安装有限公司，广西南宁530001）[摘要]文章系统分析了热力管道热膨胀情况和介绍常用方形补偿器的制作与安装技术。[关键词]热膨胀；方形补偿器；制作安装[中图分类号]TK11+4[文献标识码]A［文章编号］1008-1151(2005)10-0094-03[收稿日期]2005-06-17[作者简介]黄位昌（1972—），男，广西平南人，广西建工集团第一安装有限公司工程师，研究方向：工程施工技术管理。1热力管道膨胀长度及膨胀力分析1.1膨胀长度热力管道安装完毕、投入运行后，常因温度变化较大而产生伸缩。温度变化有两方面的因素，一方面是由于环境温度的变化，冬季和夏季的温差可达到30℃以上；另一方面是由于管道本身的工作介质温度较高，热膨胀量较大。钢管道受热后的膨胀量，按下式计算：△L=a△tL式中：△L———管道膨胀长度（毫米）a———管材的线膨胀系数（毫米/米·度）△t———管道工作温度与安装时温度之差（℃）L———管道长度（米）钢管道在安装中应用最广，一般可用以下公式计算：△L=0.012△tL毫米1.2膨胀应力分析如果在受热膨胀的管道两端加以限制，不让管道膨胀，这时在管道内部将产生很大的热膨胀应力，根据虎克定律，热膨胀应力可按以下公式进行计算：σ=εEkg/cm2式中：σ———热膨胀应力；ε———相对压缩量，ε=△L/L；E———钢材的弹性模数，随材质品种和工作温度的不同而变化，常用钢材的弹性模数为2×106。上式表明，热膨胀应力的大小与相对压缩量和弹性模数成正比，而与管道的长度无关。上式用△L/L代替ε，用a△tL代替△L，则变为：σ=Ea△tkg/cm2这表明热膨胀应力与管道的材质、工作温度和温差有关。在这三个因素中，温度差是最主要的因素。对于常用的钢管，其线膨胀系数通常取12×10-6，弹性模数常取2×106，热胀应力公式可简化为：σ=24△tkg/cm2利用上述公式，可以很容易地计算出钢管道热膨胀受到限制时产生的热胀应力。例如有一根Φ325×8的无缝管，投入运行后的温度为150℃，而安装时的温度为25℃，则：热膨胀应力σ=24△t=24×（150-25）=3000kg/cm2截面积A=π[（D/2）2-（d/2）2]=3.142×[（32.5/2）2-（30.9/2）2]=79.7cm2故管道产生的轴向推力为F=Aσ=3000×79.7=239100公斤。由此可见，管道受热膨胀时，能产生极大的轴向推力。因此，热力管道受热后产生的膨胀必须得到补偿，否则将对管架和构筑物造成破坏，危及管道系统的安全运行。2固定支架的间距管道的热补偿，就是合理地确定固定支架的位置，使管道在一定范围内进行有控制的伸缩，以便通过补偿器和管道本身的弯曲部分进行长度补偿。固定支架的间距必须满足以下条件：2.1管道伸长量不能超过补偿器的补偿能力，因膨胀而产生的轴向推力不能超过固定支架所能承受的限度。2.2不得使管子产生纵向弯曲架空敷设和地沟敷设的热力管道，固定支架的最大间距见下表：3常用热力管道热补偿的形式3.1布置热力管道的固定支架和补偿器时，应首先考虑利用管道的弯曲部分进行自然补偿。自然补偿大致可分为三种：3.1.1L形补偿：当管道有90转弯时，称为L形补偿，如下图：3.1.2Z形补偿：如图所示:3.1.3T形补偿：当干管与支管作丁字形连接时，形成了T形补偿。如图：3.2当自然补偿无法满足要求时，热力管道一般采用方形补偿器。方形补偿器一般由管子煨制而成，或由冲压弯头组对而成。方形补偿器的优点是；制作简单、工作可靠，不需要进行专门的维修。其缺点是：占地面积大、水流阻力大。管道采取地沟敷设时，应把地沟局部加宽；架空敷设时，应设置专用的管架。方形补偿器主要有以下四种形式:3.2.1Ⅰ型：B=2A；3.2.2Ⅱ型：B=A；3.2.3Ⅲ型：B=A/2；3.2.4Ⅳ型：B=0。4方形补偿器的选择选择方形补偿器前，首先要计算管道的热膨胀长度（即补偿量），根据热膨胀长度和管径，确定补偿器的形式，一般选用Ⅱ型、Ⅲ型。方形补偿器的补偿性能如附表。5方形补偿器的制作方形补偿器必须用优质流体用无缝管制作。整个补偿器可以用一根管子弯制而成，制作尺寸大的补偿器也可以用两根或三根管子焊接而成。制作方形补偿器的技术条件和具体规定如下：5.1公称直径不大于150mm的方形补偿器，用冷弯法弯制；公称直径大于150毫米的则用热弯法弯制，也可以采用折皱弯头。5.2弯头的弯曲半径应等于管子公称直径的4倍。5.3方形补偿器的4个弯头的角度必须保持90°，并要求处于同一个平面内。平面扭曲偏差不应大于3mm/m，且不得大于10mm。垂直长臂的长度偏差应小于±10mm，但两条臂的长度必须一致，水平臂长度偏差应小于±20mm。5.4方形补偿器的每个焊缝应位于管道直管段，距弯头由开始点的距离应等于管子外径，但公称直径小于150mm的管子其焊缝距离不小于100mm，公称直径大于150mm的管子则不小于200mm。6方形补偿器的安装6.1制作好的补偿器经过检验合格后才能允许安装；6.2方形补偿器通常成水平安装，只有在空间上较狭窄不能水平安装时，才容许垂直安装。6.2.1水平安装时，平行臂应与管线坡度及坡向相同，垂直臂应水平。6.2.2方形补偿器可以垂直安装。当向上设置时应在最高点安装排气装置，两侧分别安装疏水装置；当向下设置时应在最低点安装疏水装置。无论采用何种方式安装，均应保持整个补偿器的各个部分处于同一平面内。6.3补偿器的预拉伸或预压缩值必须符合设计的规定，允许偏差为±10mm。补偿器的预拉伸可按下述方式进行：假设管段的热膨胀长度为100毫米，则应预留安装补偿器的空位应为补偿器总长度加上热膨胀长度的一半（50毫米）。然后把补偿器的两臂强制向外拉伸50毫米，即恰好与预留空位的尺寸相等，此时即可焊接管口。也可以将未撑开的补偿器的一端先与管道焊接固定，此时另一侧则有50毫米间隙，然后再强制拉伸并与管道焊接固定。6.4方形补偿器的安装距离必须在三个活动支架以上，当其安装在有坡度的管线上时，补偿器的两侧垂直臂应以水平仪测量其安装水平度；补偿器的中间水平臂及与管道段连接的端点允许有坡度。6.5在设置固定支架时，还必须考虑到支管的安装位移，一般不得使支管的位移超过50毫米。6.6安装补偿器应当在两个固定支架之间的管道安装完毕后进行。6.7当多条管道上的方形补偿器配置在同一平面内（一个套在另一个的里面）时，这些补偿器先不作预拉伸，而是最后再将补偿器同管道一起进行拉伸。这样，可用通常的方法装配管道，即先用螺栓把法兰连接或将焊口作点焊定位。但留一个接口不连且保留适当的空隙，此空隙值就等于补偿器的规定拉伸值。拉伸补偿器的接口位置通常在施工图中给出。如果施工图未给出此值，为了避免补偿器倾斜，则不应利用临近补偿器的第一个接口作拉伸，而应以与他临近的第二个接口留出调整间隙。6.8补偿器的拉伸值和压缩值须做好记录，其中包括补偿器在拉伸前及拉伸后、压缩前及压缩后的长度值。7小结热力管道是较常见的一类管道安装，在投入运行时工作介质的温度一般都较高，对整个系统将会产生很大的热膨胀和轴向推力。为了确保整个系统的安全，应保证系统有足够的伸缩余量。在施工中一般应充分利用管道的自然膨胀进行补偿，当自然补偿不能满足要求时，可优先考虑采用方形补偿器进行补偿。方形补偿器安装时应严格按规范或设计文件的要求进行，按要求设置固定支架和对方形补偿器进行预拉伸，保证补偿器的补偿能力能补偿热力管道投入运行后所产生的热膨胀，从而保证热力管道的运行质量和安全。【参考文献】[1]顾顺符，潘秉勤．管道安装工程手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1987．[2]张志贤．管道施工[M]．山东：山东科学技术出版社，1987．[3]工业金属管道工程施工及验收规范．GB50235—97[S]．北京：中国计划出版社，1998．附表：