王慈林

（蘭州寰球工程公司，甘肅 蘭州 730060）

球形補償器在蒸汽管道改造中的應用

王慈林

（蘭州寰球工程公司，甘肅 蘭州 730060）

介紹了球形補償器的工作原理、特點，以及在蒸汽管道改造中的應用情況，利用了球形補償器的優(yōu)點很好地完成了蒸汽管道的改造任務。

球形補償器；蒸汽管道；應用

1　概述

蘭州石化公司連續(xù)重整裝置在用的兩根蒸汽管道外管廊部分敷設于2006年，在高管架上相鄰敷設，熱補償采用的是鉸鏈型波紋管補償器，由于之前的設計不合理以及其他一些因素，造成管道有的部分嚴重變形，管托脫空之處較多，使管架的受力不均，部分管架橫梁被蒸汽管道拉彎，管道的保溫也有破壞。波紋管補償器由于變形量太大，曾經(jīng)有泄漏事故發(fā)生，造成極大的安全隱患。因此，對這兩根蒸汽管道進行改造很有必要。由于是對現(xiàn)有管道進行改造，現(xiàn)場的安裝空間是一定的，如果采用π型補償，安裝空間不夠，另外π型補償器對管架固定點的推力經(jīng)過計算也很大，遠遠超過了現(xiàn)有固定點能承受的推力。如果換新的鉸鏈型波紋管補償器問題也同樣存在，且波紋管補償器不能承受較高的壓力，容易損壞。而球形補償器具有補償量大、節(jié)省安裝空間、熱損失小、對固定點的推力小等特點，近年來在工程中應用的也較多。因此，本次改造擬采用球形補償器進行熱補償。

2　球形補償器的結構原理及特點

2.1球形補償器的結構

球形補償器主要由殼體、球體、密封圈、壓緊法蘭四部分組成（如圖1所示），球形補償器的球體可以任意旋轉(zhuǎn)，很容易應付管道的任意扭轉(zhuǎn)，通過角度變形來適應與它相連的管道熱膨脹產(chǎn)生的膨脹量，從而達到補償?shù)哪康摹Ｇ蛐窝a償器與管道的連接形式有焊接和法蘭連接，一般國內(nèi)采用法蘭連接，國外采用焊接方式。

圖1　球形補償器結構示意圖

2.2球形補償器的工作原理

根據(jù)球形補償器的結構特點，必須兩個或三個成組使用，它是以球體和殼體的中心線為軸，在圓錐范圍內(nèi)球體可做任意轉(zhuǎn)動θ角，θ稱為折屈角。一般來說，國內(nèi)生產(chǎn)的球補的θ角的范圍是：15°～30°。球補的工作原理如圖2所示。

圖2　球形補償器工作原理圖

圖中進行了冷態(tài)配置，即在安裝時預先向熱位移相反的方向偏轉(zhuǎn)了θ/2角，球心距L可以很容易地用三角學的正弦函數(shù)求出。

對于補償器來說，對固定架的推力是一個很重要的指標。而球形補償器的變形為非剛性變形，因此管系變形后不會產(chǎn)生持續(xù)的應力，從而使管道對固定架的推力也不是持續(xù)的。彎曲角運動所需的作用力很小，因此球形補償器對固定架的反作用力也很小，數(shù)值上也比同樣工況下的π型補償器的推力小的多。球形補償器的推力只與它的扭矩“T”有關，如圖3所示。

圖3　球形補償器支架受力示意圖

根據(jù)力學分析：

式中：F——支架推力，M

T——球補扭矩，N.M

L——球心距，M

2.3球形補償器的特點

球形補償器具有補償能力大，占地空間小，流體阻力小，變形應力小，不受方位限制，安裝方便，使命壽命長等優(yōu)點。對于三向位移的蒸汽和熱水管道最適宜。工作介質(zhì)可以由任意一端出入，沒有方向限制。但缺點是存在側(cè)向位移、易漏水、漏汽，要求加強維修。目前ATS公司生產(chǎn)的球補帶有柱塞填料缸，可以帶壓填充密封填料。另外若兩個固定點間的距離較大，管道的位移量也較大，要根據(jù)位移量選擇加長型的特制管托，防止管托從管架梁上滑落。

3　球形補償器在蒸汽管道中的安裝及應用

2013年，采用了ATS公司生產(chǎn)的PAK型整體式“P2”系列球形補償器，對蘭州石化公司的兩根蒸汽外管進行了改造。蒸汽管道的具體參數(shù)見表1。

表1　蒸汽管道參數(shù)表

經(jīng)過Caepipe應力軟件計算分析后，選擇的球形補償器的型號分別為16"P2-SPC-400H-70-20-B，12"P2-SPC-400H-70-20-B，θ=15°。16"的扭矩約為2200kg.m，對固定架的推力約為1t，12"的扭矩約為8600kg.m，對固定架的推力約為1.1t，可見應用球形補償器對固定架的推力很小。這兩根蒸汽管道由于相鄰布置，走向一致，共安裝了16只，共4組球形補償器。在靠近球形補償器的直管段上的管托根據(jù)位移量的大小選用了加長型的管托，經(jīng)過兩年的運行，這16只補償器無一發(fā)生泄漏，很好地解決了管道的熱脹問題。管道敷設示意圖如圖4所示。

圖4　管道敷設示意圖

5　結束語

由于本項目是在原有老管架的基礎之上改造，因此原有管架不能承受太大的推力，這是本項目的難點。由于ATS公司球補重量輕扭矩小，所以對管道固定支架的推力小。因此通過應用球形補償器很好的解決了改造中存在的問題。由于該項目中球形補償器為進口產(chǎn)品，雖然投資比π型補償器高，但能解決蒸汽管道敷設的難點，因此值得在一些適宜的情況下使用，彌補了其它補償器的不足。

［1］孫國成.球形補償器在稠油熱采注蒸汽管道上的應用［J］.管道技術與設備，1995（6）：19-21.

［2］ 張俊紅，韓飛.球形補償器在過熱蒸汽管道上的應用分析［J］.煤氣與熱力.1998，18，（1）：61-64.

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