关于管道方形补偿器的计算与安装

高勋　崔荣帅　王智勇　顾芳丽

【摘要】为了热力管道的安全运行，在相应的位置需设置补償器。本篇从三个方面，阐述了了方形补偿器的相关知识，包含方形补偿器的介绍，计算和安装。

【关键词】方形补偿器；计算；安装

热力管道常因管道内介质的温度与安装时环境温度的差异而产生伸缩。而且因为热力管道本身工作温度的高低，也会促使管道的伸缩变形。为了促使温度变形的释放和温度应力的消除，保证热力管道的可靠运行，必须根据热力管道的热伸长量及应力的计算合理地布置补偿装置或补偿器。热力管道常用的补偿方式有两种：自然补偿装置和补偿器。管道系统中弯曲部件的转角不大于150度时均可做为自然补偿装置，其特点是简单可靠。下面就方形补偿器的计算和应用分别予以介绍。

1、方形补偿器的介绍

方形补偿器通常用无缝钢管煨制或机制弯头组合而成，尺寸较小的可用一根管子煨制，大尺寸的可用二根或三根管子煨制。由于补偿器工作时，其顶部受力最大，因而顶部应用一根管子煨制，不允许焊口存在。方形补偿器具有以下优点：制造简单方便，常用无缝管煨制或机制弯头组合；可以自由安装，既可以在水平方向进行安装，又可以在垂直方向进行安装；有较小的轴向推力；较大的补偿能力，运行可靠，基本上不需要进行维修，使用时间长，使用期限等于管道使用年限；不需要设置管道维修平台；适用范围广，可以适用任何工作压力及任何热媒介质的供热管道。

方形补偿器的弯曲半径R=1.5DN，补偿器两端直管自由长度（导向支架至补偿器外伸臂的距离）为40DN。方形补偿器根据边长和臂长的比值不同而分为四种类型，如图1所示。根据提供的管径，和计算的热伸长量，可对各类型方形补偿器的尺寸和补偿能力查表直接选型，在此我们确定选用2型补偿器的形式。

2、方形补偿器的计算

方形补偿器是应用非常普遍的热力管道补偿器。计算时，通常需要确定：方形补偿器所补偿的伸长量，选择方形补偿器的形式和几何尺寸。利用弹性中心法对方形补偿器的计算及步骤简单介绍如下。

2.1管道伸缩量的计算

有一热油管道，设计压力为1.6MPa，，管道运行温度为200℃，安装时环境温度为10℃，管径为DN400mm，材质为碳钢，两固定支架之间的长度为56m，如果确定为2型方形补偿器，确定方形补偿器的尺寸及应力。

根据以上公式，计算得到的方形补偿器数据如图2所示

3、简述方形补偿器的安装

方形补偿器在安装前，应检查补偿器是否符合设计要求，补偿器的三个臂是否在一个水平上，安装时用水平尺检查，调整支架，使方型补偿器位置标高正确，坡度符合规定。完成两固定支架之间的管道安装并牢固的固定以后，在系统未投入运行的情况下进行补偿器的安装。一般来说，在两固定支座的中间位置安装方形补偿器。设置固定支座的目的：用于支撑管道的重量；消除管道的热膨胀造成膨胀节变形产生的对管线的轴向反作用力。因此必须把固定支座和热力管道及支撑的固定管架牢固焊接在一起，用以限制轴向的位移。如果固定支座没有焊接牢固，输送热介质时热涨产生的轴向反作用力就可能造成固定支座松动，引起补偿器及管道受损。

在安装方形补偿器时，应在管道上预留补偿器的安装位置，为了热应力的减小和补偿器的补偿能力的充分利用，在补偿器安装前应进行方形补偿器的预拉伸工作，预拉伸允许偏差小于10mm。预拉伸前应进行固定支座是否已和管架和管道牢固固定的检查，预拉伸的焊口位置与补偿器弯管起焊点距离大于2m，一般取2m-2.5m处。安装时必须确保整个补偿器的各部分在同一平面内。方形补偿器的平面扭曲偏差不应小于3mm/m，且不得大于10mm。垂直长臂的长度偏差应小于正负10mm，但两条臂的长度必须一致，水平臂长度偏差应小于正负20mm。

参考文献

[1]《石油地面工程设计手册》（第二册）[M].

[2]常守新，王志栋.方形补偿器类型及应力分析验算[M].

[3]《动力管道手册》[M].

[4]赵松滨，王怀庆，钱民，张振峰.浅谈管道补偿器的安装.

[5]宋元华.蒸汽管道热应力分析及补偿装置的安装.