浅谈波纹管补偿器在热力管网中的应用及常见问题的分析

唐皓

【摘要】 相较于传统补偿器，波纹管补偿器拥有诸多优点，所以在热力管网中得到了应用。基于这种情况，本文在介绍波纹管补偿器特点和分类的基础上，结合工程实例对波纹管补偿器在热力管网中的应用选型和安装问题展开了分析，并对其常见问题及解决措施进行了探讨，从而为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：波纹管补偿器；热力管网；应用；常见问题

Abstract：Compare to the Traditional Joints， Corrugated Expansion Joints has a competitive edge of product features which lead to its widely-used application in the heat supply piping network. Based on this situation， this thesis will give a brief introduction of Corrugated Expansion Joints features and categories， combined with the detailed analysis of the project case related to its application selection and installation problems in the heat supply piping network. And this thesis will also approach a subject from its frequency asked questions and solutions in order to provide a reference to those who concerned.

Key words： bellows compensator； heat supply piping network； application； common problems

引言：在热力管网中，波纹管补偿器为重要的部件，应用范围较广。但就目前来看，热网事故的发生时常是由该装置引起的，从而引起了人们对该装置应用问题的关注。因此，还应加强对波纹管补偿器在热力管网中的应用及常见问题的分析，继而更好的推动热网工程的发展。

一、波纹管补偿器的特点及分类

1.1波纹管补偿器特点

波纹管补偿器又被称之为波纹膨胀节，金属波纹管为补偿器的核心器件，可以通过自身结构合理变形和伸缩实现对热位移的吸收，继而实现对各种机械位移的补偿。在进行波纹管补偿器选购时，还要确定其设计压力、设计温度、补偿量和刚度等参数，并结合使用场所和方式完成结构设计选型，从而使装置保持稳定运行和经济合理。就目前来看，波纹管补偿器通常用于进行容器或管线等元器件的角向、轴向和横向位移的补偿。比如在蒸汽管线、输油管线和供热管线等各类管线中，该种补偿器都能得到应用。现阶段，常用的波纹管补偿器材质为奥氏体不锈钢，工作压力在0.25-2.5MPa范围内，公称直径在DN100-DN1400范围内，壁厚在0.5-7mm之间。

1.2波纹管补偿器分类

从分类上来看，按照不同的条件，波纹管补偿器划分结果并不相同。按照流通介质，可以得到热水型、蒸汽型两类。按照位移形式，可以得到角向型、轴向型和横向型三类。按照介质与管型腔的接触位置，可以划分为外压型和内压型两种。按照安装方式，可以划分为直埋型和架空型。而由于各种分类之间无相互限制，所以能够产生多种形式的组合。在热网中，由于轴向型波纹管补偿器拥有体积小、成本低、阻力小和结构简单等优点，所以经常得到使用。而外压型补偿器拥有稳定性好和抗冲击能力强等特点，因此通常能够在重要场合得到应用。由此可见，在实际施工中，还要结合工程现实需求进行不同类型的波纹管补偿器选择。

二、波纹管补偿器在热力管网中的应用

2.1选型分析

在热力管网中应用波纹管补偿器时，还要结合压力、热膨胀量等因素进行补偿器选型。以某供热电厂为例，其一级网对双管闭式供热系统进行了利用，供水温度最高能够达到150℃，回水温度为80℃。按照管网设计，循环水流量约9263t/h，供热管道管径为1220*14，直管道长1080m。为确保热力管道能够稳定运行，需要每隔一段距离完成补偿器的安装。而管道的工作压力达1.7MPa，按照每50m进行一个补偿器安装的设计，还要利用公式X=al（t2-t1）*1000进行管道热伸长量计算[1]。式中，X为管道热膨胀量，单位为m，a为管道热伸长量和线膨胀系数，单位为m/（m·℃），l为补偿器间距离，单位为m，t1和t2分别为供热介质温度和管道安装温度，单位均为℃。将各参数代入公式，可以得到管道热膨胀量为114m。由于工程为改造工程，需要加强土建基础尺寸控制，所以还要完成刚度、外形尺寸均较小的补偿器选择，并确保补偿器内压推力能够保持平衡。综合考虑这些需求，最终选择了直管压力平衡型补偿器（结构图如下图1所示），补偿器技术参数如下表1所示。

2.2施工安装

在波纹管补偿器安装的过程中，通常需要利用固定支架侧的方式进行安装。而在内压作用下，想要对波纹管的补偿作用进行保持，还要避免波纹管被拉直，所以还要将管道盲端力施加在补偿器上。在安装后，管道系统支墩只需要进行补偿器变形刚度带来的弹性反力和管道摩擦力。为确保补偿器能够保持稳定，还要对土建支墩的水平推力进行计算，以确保其满足受力要求。首先，還要完成补偿器的轴向弹性力计算，即Fx=Kx·（f·X）=3000*（0.5*114）=171000（N）。在此基础上，还要进行摩擦力计算，即Ff=μN=0.2*1547*9.8*8=4257（N）。由于补偿器不受内压推力影响，所以可以将轴向弹性力与摩擦力相加，得到补偿器对支墩的水平力为175257N。而由于该工程设计的土建支墩可承受25KN水平推力，因此能够满足补偿器安装要求。如果需要完成直埋型波纹管补偿器的安装，通常需要使用传统聚氨酯泡沫保温板，并使用无补偿冷安装技术，以做好装置的防水和绝热处理。在实际工程施工的过程中，为确保管网安全，还要使用外防护管，并确保管道安装严密、连续，以免波纹管被地下水侵蚀。endprint

三、波纹管补偿器在热力管网中应用的常见问题及解决措施

在热力管网中应用波纹管补偿器，会时常遇到装置出现腐蚀、变形失效、水击、疲劳损坏等问题。针对这些問题，还要及时采取解决措施，才能确保装置的稳定运行。

3.1腐蚀问题及解决措施

在热力管网运行的过程中，补偿器容易发生腐蚀问题。而管道一旦发生严重锈蚀，不仅会出现孔洞，还会形成撕裂装开口，进而导致管网的运行受到安全威胁。分析装置腐蚀现象的出现原因发现，如果管道在冲洗过程有大量腐蚀性液体残留，就会使管道受到腐蚀。而在未及时供暖的寒冷天气中，这些液体会结冰膨胀，从而导致补偿器涨裂。此外，在装置所处环境较为恶劣的情况下，装置会受到周围污水或地下水的腐蚀。与此同时，受管道内压和热位移的影响，其将出现应力腐蚀，继而出现锈蚀、开裂等问题。为避免这些问题的发生，还应在装置安装时掌握介质流动方向，并在试压和冲洗的过程中加强装置维护，同时严格按照有关标准进行装置操作，以免装置被腐蚀[2]。如果需要在管沟等恶劣环境中进行装置安装，还要加强装置防水保温，以免装置受到侵蚀。

3.2变形失效问题及解决措施

在热网管道中，波纹补偿器得到了广泛使用。但在管道运行的过程中，却容易出现装置变形失效的情况，从而威胁到管网的安全运行。该类问题的产生，与两方面因素有关。一方面，目前波纹补偿器生产厂家较多，生产出的产品在结构形式、质量水平等方面存在较大差异。为降低成本，一些厂家生产出的补偿器材质不符合要求，管道层数也严重缩水，管件焊接等方面也无法达到有关标准。这类装置一旦投入使用，在后期极容易发生变形失效的问题。另一方面，在装置安装过程中，在进行固定支架和补偿器数量确定时，未能考虑到不同补偿器和管道安装方式引起的变形量、变形方向等差异，以至于未能实现合理计算，也将导致装置后期发生变形失效问题。针对补偿器本身质量问题，还要通过加强产品质量检验预防变形失效问题的发生。为此，建设单位应重视产品质量管理，坚决采用具有生产资质的厂家生产的产品。针对设计布置不合理的问题，还要严格按照供热管道安装技术规范进行计算，以确保补偿器得到合理安装。

3.3水击问题及解决措施

在热力管网中，也会出现水击问题。所谓的水击，其实就是在阀门急停或开启的条件下，压力管道因内部介质压力剧烈变化而出现压强急速变化的情况。而一旦出现水击，将导致波纹管补偿器受到较大损伤。因为水击的产生将带来较多无法释放的能力，最终这些能量只能作用在补偿器和阀门等结构上。而作为柔性体，装置波纹无法进行水击的抵抗，所以会出现破裂、撕裂等问题。相较于其他管件，波纹管的厚度较薄，单层厚度在0.4-1.0mm范围内，难以承受过大冲击力。针对这一问题，还要结合热负荷进行波纹管管径的合理设计，并进行疏水点的设置，从而达到及时疏水的目的。在开启管道阀门时，还应按照有关标准进行操作，分阶段缓慢开启阀门，以免引起管道内部压力的急剧变化。而从水击破坏的部位上来看，弯头等位置更容易发生水击[3]。所以，还要确保补偿器远离弯头等位置，并尽量在上翻位置的另一侧进行支座固定，以减少管道积水。此外，在条件合适的情况下，可以进行外压轴向型波纹管补偿器的选用，并对装置导流套形式进行改进，进而有效进行水击作用的防范。

结论：通过分析可以发现，波纹管补偿器拥有补偿能力佳、运行稳定、成本低等多种优势，并且种类结构多样，所以能够在热力管网中得到应用。但在实际应用的过程中，还要做好装置的选型和安装，才能确保装置运行的可靠性。为此，还要结合装置常见问题采取相应的措施加强装置应用，进而使装置的应用效果得到保证。

参 考 文 献

[1]张海宁，张潮海，马玉生等.…供热管道直埋式波纹管补偿器的研发与应用[J].…煤气与热力，2012，01：24-27.…

[2]康永虎.…热网中波纹管补偿器破坏及失效原因分析[J].…黑龙江科技信息，2012，19：3+138.…endprint