电厂蒸汽管道补偿器的选型与安装

2011-01-30孙书斌朱如刚

化工设计通讯 2011年3期

孙书斌,朱如刚

(沧州大化集团工程装备公司,河北沧州 061000)

0 引言

电厂蒸汽的引用是我厂节能的一项重大举措,通过引用发电厂蒸汽,可以大大降低天然气的用量,降低运行成本。我厂电厂蒸汽引用主管采用DN400的20 g钢管,设计温度为380℃,设计压力为4.4 MPa。由于温度高且管道长距离铺设,管道在使用过程中会产生较大的膨胀量。对于中压、高温、大直径的管道而言,其柔性很差,要靠管系的自然补偿量来吸收管道的热膨胀和端点位移几乎是不可能的。若靠改变管道的走向来增加管道的柔性,势必增加管道的长度,增加成本,且不一定能达到预期的效果。管道长了,弯头多了,阻力势必增大。综合考虑各方面的因素,管道铺设应尽量走直道、少拐弯,管道的热膨胀主要靠设置膨胀节和滑动支架来解决,这是一种比较合理、经济的方案。

1 补偿器的选型

通常用的补偿器有波纹管补偿器,Π型补偿器及管道自然补偿等几种热补偿器。但就过热蒸汽管道而言,温度比较高,热位移量比较大,平均每米有5 mm的膨胀量,加之管线铺设很长,单靠管系的柔性很难达到补偿的目的。而对Π型补偿器而言,由于管系为DN400的钢管,管子较粗,强度较大,对于较大的位移量,焊接弯头部位势必产生较大的内应力,这也将给管道的运行埋下不安全因素。要减小内应力,就要多设Π型补偿器或增加补偿器的直边高度,直边高度增大,补偿器的变形角度变小,内应力变小。但是,这样又增加了管道的铺设长度及管道的铺设高度。将给施工增加难度,增加管道的投资,因此应尽量不予采用。而对于通用无约束型波纹膨胀节,是依靠波纹管的轴向伸缩来进行热补偿的,其补偿量比较小,而且会产生很大的轴向推力。《金属波纹管膨胀节通用技术条件》(GB12777-2008)中指出:“如果膨胀节应用不当,它产生的管道反力可能比想要消除的力还要大。无约束型膨胀节产生的轴向推力等于波纹管的面积乘以内压。拉伸或压缩膨胀节需要的力是相当大的,为了使管系产生的反力最小,最好避免通过膨胀节的轴向压缩或拉伸来吸收管系的膨胀”。电厂蒸汽正常工作时压力为3.8 MPa,管道DN400,若选用无约束型通用膨胀节,膨胀节的内压推力近5 t,这样大的推力很容易将支撑管道的固定支架推坏,而且,土建的水泥支架要承受如此大的推力,对于一般主要起竖直支撑作用的支架就需要做得很大;对于长距离输送管道要做很多这样大的支架就显得很不协调,也是难以想象的。

综合以上分析,电厂蒸汽管道的补偿要考虑多方面的影响,尽量经济而又不留安全隐患。在结构上,考虑管系的支撑要求,使管系对支架的推力减至最小。在布置方案上,应充分发挥每个膨胀节的补偿能力,争取用最少的波纹管来满足整个管系的补偿要求。因此,结合电厂蒸汽管道的铺设特点,选用角向型膨胀节较经济、合理。

图1 角向型补偿器

角向型补偿器(如图1所示)是约束型补偿器,由连接管、铰链座、波纹管、铰链销、运输拉杆、耳板等几部分组成。角向型补偿器轴向没有位移量,工作时,波纹管周向一侧伸长,另一侧压缩,绕铰链作周向旋转,铰链完全承受膨胀节的内压推力和管道重量。角向型补偿器实际上只起角向旋转作用,通常由两个或三个一起配套使用,以吸收L型或Z型管系一个或多个方向的横向位移。它的安装与Π型的安装形式相似,角向位移量与立管的长度成反比。相同的补偿量,立管越长,角向补偿器的偏转角就越小。因此,安装时应尽量加大立管两角向膨胀节之间的距离,以便更有效地发挥膨胀节的补偿功能。安装时立管两端各安装一个角向膨胀节组成一对(通常,厂家可按照长度要求直接作成一套)。它以竖直方向上的偏转来补偿管道的热膨胀,而在横管上只安装单个膨胀节,是为了吸收立管上的膨胀量,一般补偿量比较小。对于这种角向型补偿器,由于约束铰链的作用,补偿器不会把轴向推力作用在管道支座上,因此与之相连的支座为次固定支座,通常为滑动支座,其轴向作用力很小。对于电厂蒸汽管道,在无对焊固定口之前甚至用手就可以推动。管系中绝大部分支架为自由滑动支架和横向限位支架。固定支架承受很小的轴向推力,主要起固定管系的作用。

2 补偿器的安装

电厂蒸汽用管道焊接要求射线探伤Ⅱ级合格。角向型补偿器安装时,在地面与管系预先焊制,这样有利于焊接及探伤。为防止膨胀节绕铰链转动,吊装前用DN50钢管将支管上的一对角向补偿器点焊固定,钢管作为临时承力部件。吊装完毕,固定好之后再将补偿器的铰链销所在平面垂直于管系所在平面即铰链销垂直于管膨胀时要转动的平面方向。这点尤为重要,否则,不但起不到热补偿作用,而且会把扭转力矩转嫁到铰链销和支管弯头处,有可能损坏铰链,增大直管弯头的内应力,进而增大管系推力,甚至推倒管道支架,造成重大事故。

为了充分发挥角向补偿器的补偿作用,安装主管补偿器时,采用牵引管线的方法来冷紧角向补偿器,使补偿器产生热补偿时反向预紧。预紧量为横向补偿量的50%。这样,正常工作时不至于使补偿器旋转太大的角度。当有特殊位置需要膨胀后竖管为垂直位置时,就要按横向热补偿量的100%来冷紧。

现场焊接补偿器时,用湿中性石棉保护,以免焊渣飞溅到波纹管。吊装时,固定用的钢管和补偿器上标有安装后拆除涂黄漆用于固定铰链的角铁。电厂蒸汽管线试压为水压,由于直管段较短,水重可以不予考虑,故未作支撑。我厂按试压方案试压时,未发现任何异常现象。

电厂蒸汽在与厂蒸汽甩头阀门对接处,由于管道需要两个互相垂直方向的补偿量,因此,在此位置选择万向角向型波纹补偿器,使两个方向都得到热补偿,最大限度减小管系应力。