孔德存

(揚州威亨熱電有限公司,江蘇 揚州 225000)

旋轉(zhuǎn)補償器在供熱直埋管道中的創(chuàng)新應用

孔德存

(揚州威亨熱電有限公司,江蘇 揚州 225000)

在供熱管道上普遍使用軸向波紋補償器來補償管道熱伸長,然而我們在長期工程實踐中發(fā)現(xiàn),采用旋轉(zhuǎn)補償器同樣能夠達到直埋管的美觀,而對管道的安全可靠性、經(jīng)濟性都有了大大的提升.

蒸汽直埋管;補償;旋轉(zhuǎn)補償器;波紋補償器

隨著南方城市創(chuàng)建美化的要求,供熱系統(tǒng)中管道直埋敷設(shè)方式越來越廣,然而供熱蒸汽管道區(qū)別于其他城市管道(如供水、天然汽管道)的明顯特征是蒸汽管道介質(zhì)溫度高(一般在200～350℃)、壓力大(一般在0.5～2.5MPa),因此敷設(shè)蒸汽管道,解決好管道的補償問題,才能使供熱系統(tǒng)正常安全的運行.

1 供熱蒸汽直埋管道常用補償方式

為了防止供熱管道在溫度升高時,由于熱伸長或溫度應力引起的管道變形或損壞,需要在管道上設(shè)置補償器,以吸收管道的熱伸長,從而減小管道的自身應力和在閥體及支架結(jié)構(gòu)上的作用力.

供熱管道可采用補償器的種類很多,目前國內(nèi)主要有自然補償器、方形補償器、波紋補償器、套筒補償器、球形補償器以及旋轉(zhuǎn)補償器等.前3種是利用補償器材料的變形來吸收熱伸長,而后3種是利用補償器內(nèi)外管的相對位移來吸收熱伸長.

(1)自然補償器和方形補償器.它們都是利用管道自身的彎曲管段來補償熱伸長,在直埋管中可以利用自然地形來合理運用,因為其流動阻力大、占地多、外套管制作安裝難度大,因而不能在長距離管道上使用.

(2)波紋管補償器.它是用單層或多層的薄金屬制成,有波紋管狀補償裝備.按補償方式分為軸向、橫向和鉸接式,按承壓方式分為內(nèi)壓式和外壓式.在直埋管道中,一般采用外壓軸向式波紋管補償器,因為其它方式補償器無法放置到外套管內(nèi).

(3)套筒球形補償器.套筒補償因為其盲板推力大,柔性填料密封不可靠,因而很少用于地下直埋,而球形補償作為空間變形,適用于架空,直埋管內(nèi)無法使用.

(4)旋轉(zhuǎn)補償器.它是2個以上組對成組,形成相對旋轉(zhuǎn)吸收管道熱位移,從而減少管道的應力,實現(xiàn)補償?shù)哪康?它雖然不能直接安裝到直埋管內(nèi),但將它合理運用,就能實現(xiàn)直埋管補償?shù)哪康?

2 外壓軸向補償與旋轉(zhuǎn)補償器在直埋管道上的技術(shù)指標比較

國內(nèi)目前在供熱管道上普遍使用軸向波紋補償器來補償管道熱伸長,然而我們在長期工程實踐中發(fā)現(xiàn),采用旋轉(zhuǎn)補償器同樣能夠達到直埋管的美觀,而對管道的安全可靠性、經(jīng)濟性都有了大大的提升.

2.1 軸向推力比較

(1)軸向波紋補償器受熱膨脹時,由于位移產(chǎn)生的近失推力Pt和管道內(nèi)壓力,會產(chǎn)生波紋環(huán)面上的推力Ph和支座摩擦力Pgm=μqL

式中:△X為補償器軸向位移,mm;k為補償器軸向剛度N/mm.

式中:P 為管道內(nèi)壓力;A 為有效面積.

式中:q為計算長度自重載荷N/m;μ為摩擦系數(shù),取μ=0.3;L為管段長度.

因而軸向波紋補償在運行中,至少要受到這3種力的影響,按DN300的管道,PN1.6MPa,每50m軸向移力為5-8T作用在固定支架和外套管上.在管道水壓試驗時,由于做超壓試驗,因而作用力更大,如果是分段試壓,或者焊接質(zhì)量不好,經(jīng)常會造成外套管撕裂的現(xiàn)象.在實踐中需要一定的深度,不然直埋管會失去穩(wěn)定變形,出現(xiàn)故障.

(2)旋轉(zhuǎn)補償形式,在直埋管內(nèi),作用在固定支架的作用力P只有支座摩擦力和補償器填料摩擦力,一般DN300的管道,300m產(chǎn)生的推力不足1T,非常的小.因而,這種方式可以用于管道淺埋,外套管只是一個保護管.

2.2 補償間距比較

(1)軸向波紋補償器由于波紋補償器波數(shù)一般不超過6個波,復式也不超過8～12波,波紋補償器的結(jié)構(gòu)決定了波數(shù)不宜過多,過多易造成補償器失穩(wěn)和損壞.

跟據(jù)管道熱伸長計算公式:△L=α.L(t2-t1)

α=管材的線膨脹系數(shù),mm/(m.℃);普通碳素鋼一般為0.012 mm/(m.℃);L=管道的長度,mm;t2=輸送介質(zhì)溫度,℃;t1=管道安裝時溫度,℃.

每一段波紋補償器的補償?shù)墓艿篱L度一般不超50m,由于波紋補償器安裝在直埋管外套內(nèi),因而可以長距離埋于地下,母管不需要出地面.按《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)程》要求,同一坡向的管道,在順坡情況下每隔400～500m,逆坡每隔200～300m,應設(shè)啟動疏水和經(jīng)常疏水裝置,因而每隔一段距離就有管道配件露于地面.

采用旋轉(zhuǎn)補償,可以根據(jù)地形,如圖1所示.主管道埋于地下,而管道的熱伸長,通過立管伸出地面,用旋轉(zhuǎn)補償器將2根立管通過旋轉(zhuǎn)角度,補償熱位移量.

圖1

根據(jù)旋轉(zhuǎn)補償?shù)霓D(zhuǎn)背長度,可以得出常用管道的每組補償器最大補償量.在供熱管道上一般在200～500m安裝一組即可,因為埋地管道一般在市區(qū)內(nèi)沿道路、綠化帶敷設(shè),根據(jù)自然地形布置,我公司的經(jīng)驗是每隔300～400m出地面合理布置一組旋補,然后將之用生態(tài)框架美化,城建方面認可無異議.

2.3 安全可靠性分析

波紋管補償器因材料和加工的限制,一般伸縮次數(shù)在1000次左右.遇到蒸汽參數(shù)(溫度和壓力)變化大時,管道間斷性用汽,根據(jù)我公司實際情況,一般到10年左右就會出現(xiàn)一些故障.而旋轉(zhuǎn)補償器是自密封材料,密封性較好,長期運行不需維護.

2.4 經(jīng)濟型分析

根據(jù)補償器制作材料及難易程度,廠方提供單位每套價格參數(shù)見表1.

表1 兩種補償器價格對比(元/套)

按DN300管道計算:每公里DN300的波紋管補償器+固定支架+管道配件大約需要320萬元.DN300的旋轉(zhuǎn)補償器+固定支架+管道配件大約需要300萬元.

2.5 維護維修分析

直埋管內(nèi)波紋管補償器,由于深埋在地下,一旦出現(xiàn)泄漏非常難查,需要挖開路面分段檢查.需要動用大量人力機械,維護時間也非常長,消除缺陷難以實施.而且泄漏后,由于外套管內(nèi)流入蒸汽,對管道的保溫和外套管外防腐都會產(chǎn)生影響,因而運行成本和管道耐久性都會減少.旋轉(zhuǎn)補償式直埋敷設(shè)方式,首先直埋管內(nèi)沒有補償器,芯管對外套的推力也非常小,因而外套管內(nèi)發(fā)生泄漏的情況很小,而補償器安裝在地面之上,即使出現(xiàn)泄漏也很容易發(fā)現(xiàn),很容易處理消除.處理后,對直埋管不會產(chǎn)生任何不良影響.

3 結(jié)語

供熱直埋管道采用旋轉(zhuǎn)補償方式,具有管道推力小、補償距長、地下無補償器隱患、可以淺埋、投資成本小、安裝方便、維修簡單、運行可靠等優(yōu)點.根據(jù)我公司應用情況,是城市內(nèi)敷設(shè)直埋蒸汽管道的首選方案,波紋補償方式在直埋管中,可以作為補充,用于市內(nèi)無法安裝旋補的地域.

[1]王旭光.大型工業(yè)供熱蒸汽管網(wǎng)運行狀態(tài)分析及操作優(yōu)化[D].浙江大學,2015.

[2]王飛.直埋供熱管道工程設(shè)計[M].中國建筑工業(yè)出版社,2014.

[3] 城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.CJJ 105-2005.

TU995.3

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