热力管道柔性设计在工程中的应用

张峰燕　李鹏

摘要：热力管道的热胀冷缩是工程中常见的规律现象，但是从根本上减少热胀冷缩产生的应力才是设计中的关键。工程中的热力管道都是结合管道的布置特点通过自身弯曲的方式进行补偿，若此方法不能消除管道的应力，则需要在管道上增加补偿器的方式进行解决。本文对消除热力管道应力的常用方法及补偿器的特性进行阐述，通过对热力管道进行柔性分析保证热力管道安全平稳的进行。

关键词：热力管道;柔性分析;自然补偿;热补偿

热力管道是生活和生产普遍存在，但是热力管线存在输送距离较长、输送介质温度比较高的现象，在管道输送的过程中会出现管道应力过大造成管道断裂介质泄漏的情况，对操作人员或周边的居民造成人身伤害，也会在一定程度上造成国家财产的损失。因此热力管道设计必须重视热胀冷缩的问题，为了保证管道在热状态下稳定和安全运行，减少管道热胀冷缩时产生的应力，需要在管道在受热时对热伸长量应考虑补偿措施。

1 管道伸长量的计算

热力管道的伸长量等于其安装温度与介质设计温度之差乘管道长度乘管道材质的线膨胀系数。公式如下：

△L=Lα（t2-t1）

2 管道热补偿的原则

首先根据管道布置要求考虑自然补偿;其次安装管道时预先施加于管道的弹性变形，以产生预期的初始位移和应力;在上述两个条件未能满足管道热伸长补偿要求时，必须采用补偿器;在选择补偿器时，应根据管道布置及空间要求进行补偿器的选择;补偿器的安装位置应保证管道布置美观、协调。

3 管道热补偿的方法

3.1自然补偿

自然补偿是热力管道利用管道本身的自然弯曲所具有的弹性，来吸收管道的热变形量。管道弹性，是指管道在应力作用下所产生弹性形变，几何形状发生改变，应力消失后，又能恢复原状的能力。实践证明，当弯管角度大于30°时，能用作自然补偿，管子弯曲角度小于30°时，不能用作自然补偿。自然补偿的管道长度一般为15～25m，弯曲应力бbw不应超过80MPa。热力管道工程中常用的自然补偿有：L型补偿、Z型补偿和空间立体弯三类自然补偿。

3.2热补偿

如果热力管道自然补偿不能满足，应在管路上增加设补偿器来补偿管道的热变形量。补偿器是设置在管道上吸收管道热胀冷缩和其他位移的元件。常用的补偿器有方形补偿器、波纹管补偿器、套筒补偿器和球形补偿器。

在实际的热力管道施工中，由于方形补偿器安装、拆卸方便，其安全系数也较为可靠，使用周期较长，后期维护次数也不用很高。所以在实际使用中，频次较高，除非遇特殊情况，现场施工人员才改用其它补偿器。该类型补偿器采用特殊工艺制成，其原理制成U型弯管后，通过吸收管道内部热量，进行变形从而补偿管道应力。主要的补偿方式也是弯管变形来实现。在组成上，方形补偿器主要有水平、伸缩以及自由臂三部分组成，构造简单。但遗憾的是，方形补偿器外形缺乏美观性，占地空间较大。

其次，波纹管补偿器，其构造与方形补偿器类似，亦是十分简单，其后期维护保养费用也不高，使用频次上也仅次于方形补偿器。构造上有一个或多个波纹管以及其它配件组成。波纹管补偿器主要工作原理，通过自身变形来弥补管道设备的尺寸变化。在实际施工过程中，应给予此类补偿器不低于50%的变形补偿量。此外，在安装注意上，两个固定支架间只能安装一套补偿器。安装位置和固定架支点也有较高要求，需在工程图纸中明确指出。

第三种，套管式补偿器，主要管套、插管和密封填充料组成，也正是因为如此，也称为填料式补偿器。安装环境也多为室外，弥补方式与以上两种补偿器不同，主要为插管与管套的相对运动来弥补变量。管套式补偿器，根据外表材料的不同，也分为铁制管道和钢制管道式补偿器。较方形补偿器，本段落类型空间占用较少，补偿能力更大，安装上也十分方便。但其缺点也更为明显，该补偿器在进行轴向运动时，多存在泄漏风险，一旦泄漏就必须更换管套和内部填充物质。此外，外部管套也极容易出现卡套风险。故后期维护次数较前两种补偿器较多。

第四种，球形补偿器。其结构主要由球体与密封装置等元件组成，安装在人力管道上受热后利用补偿器的活动球形部分角向转弯来补偿管道的热变形，从而减少管道应力，它允许管子在一定范围内相对转动，因而两直管可以不保持在一条直线上。球形补偿器的优点是：补偿能力大，占据空间小，流体阻力小，安装方便，投资少。

4 结束语

热力管道通过自然补偿和热补偿的方式在很大程度上解决了管道热应力的问题，保证了热力管道稳定安全的运行。在补偿器形式的选择方面需要因地制宜结合管路的特点以及补偿器的不同优缺点进行合理的选用，能更好的保障热力管道的柔性。

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