新型補(bǔ)償器在長輸熱網(wǎng)中的應(yīng)用研究

原 鵬 于 強(qiáng)

（1.營口沿海供熱有限公司，遼寧 營口 115000；2.遼寧省營口市熱電公司，遼寧 營口 115000）

1 概述

近年來，新型補(bǔ)償器已成為國內(nèi)蒸汽管道敷設(shè)采用的主要的補(bǔ)償器元件之一，尤其在長輸熱網(wǎng)中，新型補(bǔ)償器體現(xiàn)了很大的作用。它不僅具有補(bǔ)償量大、運(yùn)行可靠，安全經(jīng)濟(jì)的作用，對于減少壓力損失也起到了很大的作用。在遼寧營口產(chǎn)業(yè)基地至可口可樂熱網(wǎng)工程項(xiàng)目中，旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器和波紋管補(bǔ)償器是主要的補(bǔ)償方式。

2 最常見的補(bǔ)償方式及特點(diǎn)

目前常用的補(bǔ)償方式有：自然補(bǔ)償（含π型補(bǔ)償）、波紋管補(bǔ)償器補(bǔ)償、套筒補(bǔ)償器、球形補(bǔ)償器、方形補(bǔ)償器及無推力旋轉(zhuǎn)筒補(bǔ)償器補(bǔ)償?shù)?，?yīng)根據(jù)不同的敷設(shè)方式采用不同的補(bǔ)償型式。管道盡可能利用跨越和走向轉(zhuǎn)折及調(diào)整管道高差產(chǎn)生自然的π型、L型和Z型補(bǔ)償。為減少壓損，沒有自然補(bǔ)償?shù)钠街惫芏螒?yīng)采用合適的補(bǔ)償器，不特意設(shè)置π型補(bǔ)償。

波紋管補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器主要有吸收軸向位移的內(nèi)壓軸向型、外壓軸向型；吸收橫向（側(cè)向）位移的大拉桿橫向型和復(fù)式拉桿型；吸收角位移的萬向型和鉸鏈型。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊占地少，無泄漏，補(bǔ)償量較大；缺點(diǎn)是內(nèi)推力大，對安裝質(zhì)量要求嚴(yán)格。

套筒補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器具有補(bǔ)償量較大，占地小，流阻小等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是只能用于無橫向位移的條件下，易泄漏，維護(hù)工作量大，推力大，對制造和安裝有嚴(yán)格的要求。因此，目前采用此類型較少。

球形補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器主要利用角位移，一般由兩個組成一組，吸收量一般為0～15°，最大可達(dá)23°，補(bǔ)償量大，但易泄漏，可靠性較差，大口徑球形補(bǔ)償器使用實(shí)踐較少。

方形補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器不需要購買，用四個彎頭及直管段焊接而成，優(yōu)點(diǎn)是加工簡單、安裝方便，補(bǔ)償量根據(jù)臂長和寬確定，是最常見的補(bǔ)償器。缺點(diǎn)是水平方形補(bǔ)償器占地大，流動阻力也大。

無推力旋轉(zhuǎn)筒補(bǔ)償器，結(jié)構(gòu)選型：本管網(wǎng)工程選型為目前最先進(jìn)可靠的耐高壓自密封旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器，使用參數(shù)范圍：壓力為1.0～4.0MPa，溫度為-60℃～420℃，超過此范圍需另行設(shè)計(jì)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為雙重密封，一為：環(huán)面密封，密封面厚度不小于4cm；二為：端面密封，端面密封面不小于2.5cm，端面密封材料為耐磨高強(qiáng)度不銹鋼復(fù)合密封件，抗壓強(qiáng)度≥50MPa。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)主要有整體密封座（密封座必須為二級鍛鋼整體打造，嚴(yán)禁拼接，避免應(yīng)力集中）、密封壓蓋、密封壓蓋裝有減摩定心軸承、異徑管、環(huán)面密封材、，耐磨高強(qiáng)度不銹鋼復(fù)合端面密封材料、旋轉(zhuǎn)筒體、緊固件等部件組成。

在遼寧營口產(chǎn)業(yè)基地至可口可樂熱網(wǎng)工程中，蒸汽管道熱補(bǔ)償架空部分采用自然補(bǔ)償和無推力旋轉(zhuǎn)筒補(bǔ)償器，直埋敷設(shè)管線部分采用外壓軸向型波紋管補(bǔ)償器補(bǔ)償。這兩種補(bǔ)償器作為新型的補(bǔ)償器在長輸熱網(wǎng)工程中的應(yīng)用，在遼寧地區(qū)是首個項(xiàng)目，該項(xiàng)目單線長度達(dá)12公里以上，溫降和壓降均比常規(guī)熱網(wǎng)低，成為東北地區(qū)的集中供熱長距離的示范項(xiàng)目。下面主要介紹下旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器在熱網(wǎng)項(xiàng)目中的應(yīng)用。

3 無推力旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器在熱網(wǎng)項(xiàng)目中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

3.1 產(chǎn)品安全性能高：因?yàn)楫a(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，使用材料厚度≥熱網(wǎng)管道母材厚度，運(yùn)行中可經(jīng)受水擊的破壞力；產(chǎn)品耐溫耐壓，能滿足工程要求，能承受管線的溫度、壓力突然變化所產(chǎn)生的破壞力，安全性能高。

3.2 設(shè)計(jì)方便：在設(shè)計(jì)熱網(wǎng)時，波紋管補(bǔ)償器補(bǔ)償?shù)臈l件較為苛刻，必須遵循五大黃金原則，套筒補(bǔ)償器要“嚴(yán)格找中”的原則，并要考慮波紋管補(bǔ)償器、套筒補(bǔ)償器的應(yīng)力、盲板力、摩擦力、內(nèi)壓推力等。由于旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的型式多樣，可以根據(jù)管道的走向不同，合理選擇合適的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型式，即可解決管道的補(bǔ)償問題。

3.3 產(chǎn)品的壽命長：產(chǎn)品的壽命可達(dá)20年以上，超過熱網(wǎng)管道的使用壽命。

3.4 補(bǔ)償量大：補(bǔ)償量可達(dá)1800mm，每組補(bǔ)償器可以補(bǔ)償200～500米，可以長距離輸送蒸汽管線補(bǔ)償使用。

3.5 管道運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性高：使用旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器補(bǔ)償，由于補(bǔ)償器補(bǔ)償距離增長，可以比自然補(bǔ)償和套筒補(bǔ)償減少彎頭，從而可以減少壓降，使熱網(wǎng)的管損減少，作為長距離輸送熱網(wǎng)的主要補(bǔ)償方式之一。

3.6 安裝方法和形式多樣化：可以根據(jù)管線的走向，結(jié)合現(xiàn)場的地形，合理選擇旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器補(bǔ)償?shù)男褪剑鉀Q蒸汽管道的補(bǔ)償問題，工程安裝方便，無需冷拉、預(yù)緊等施工工藝，只需對焊即可。

3.7 管道運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性高：可以減少壓降，因?yàn)榭梢栽跓峋W(wǎng)設(shè)計(jì)中，減少自然補(bǔ)償，減少彎頭，減少壓力損失，大大降低熱網(wǎng)的運(yùn)行成本，使熱網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益顯著提高，提高電廠的供熱半徑，提高電廠的供熱經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3.8 投資?。阂蛐D(zhuǎn)補(bǔ)償器的補(bǔ)償距離長，采用的補(bǔ)償器數(shù)量減少，且對土建的固定墩推力小，固定墩的設(shè)置數(shù)量比較少，固定墩的規(guī)模比較小，大大節(jié)省了土建的投資，與其它的補(bǔ)償器相比，工程總投資要節(jié)約20～40%，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)?shù)目捎^。

4 旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器在工程中的應(yīng)用

在遼寧營口產(chǎn)業(yè)基地至可口可樂熱網(wǎng)工程中，前面架空管線主要是DN400的蒸汽管線，全長5100m，后面DN350的蒸汽管線為地埋管線，全長約2000m，架空管線主要采用的是旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器補(bǔ)償和自然補(bǔ)償相結(jié)合，后面地埋主要采用的是波紋管補(bǔ)償器補(bǔ)償和自然補(bǔ)償相結(jié)合的方式。以補(bǔ)償距離300米為例如采用傳統(tǒng)的方形補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償，大約70到80米就需要設(shè)置一組方形補(bǔ)償器，則300米距離需要4個方形補(bǔ)償器才可以補(bǔ)償，按照每個方形補(bǔ)償器折算成當(dāng)量長度為55米，則4個方形補(bǔ)償器的當(dāng)量長度為55×4=220米，總的當(dāng)量長度距離為520米，則每公里管道的壓降大大增加，約為0.12～0.15MP，而對于方形補(bǔ)償器來說每個固定墩所承受的推力大約為7～8t，管墩的基礎(chǔ)的成本大大增加，加上方形補(bǔ)償器價格較高，每公里工程總造價需要180～200萬；如采用套筒補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償，大約需要50～60米一個，則需要6個才可以補(bǔ)償，按照每個套筒補(bǔ)償器折算成當(dāng)量長度為12.6米，則6個套筒補(bǔ)償器的當(dāng)量長度為12.6×6=75.6米，管墩的基礎(chǔ)的成本大大增加，總的當(dāng)量長度距離為375.6米，則每公里管道的壓降約為0.06～0.10MPa，每個固定墩所承受的推力大約為50～60t，每公里工程總造價需要200～240萬；采用旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償量可以最大可以達(dá)到1000mm，則300米只需要一組旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器，按照每個旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器折算成當(dāng)量長度為6.3米，則2個旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的當(dāng)量長度為6.3×2=12.6米，一個熱壓彎頭大約為10.5，則4個熱壓彎頭為10.5×4=42米，總的當(dāng)量長度距離為300+12.6+42=354.6米，則每公里管道的壓降約為0.02～0.05MPa，每個固定墩所能承受的推力大約1.3～1.6t，每公里工程總造價需要160萬；通過以上比較分析可以看出旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器不但補(bǔ)償距離長，且造價低，投資省，壓降小，安全可靠；為長距離管網(wǎng)輸送的第一選擇。

[1]動力管道設(shè)計(jì)手冊.機(jī)械工業(yè)出版社[Z].

[2]工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].GB 50316-2000（2008年版）

[3]集中供熱設(shè)計(jì)手冊[M].中國電力出版社.

[4]旋轉(zhuǎn)式補(bǔ)償器廠家樣本[Z].