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管道补偿器使用说明


浅谈管道补偿器使用说明 浅谈管道补偿器使用说明 管道补偿器
能源动力厂 马健
由于工作介质及环境温度的变化导致管道长度发生变化, 并产生 拉 (压) 应力。 当超过管道本身的抗拉强度时, 会使管道变形或破坏。 为此,在管道局部架空地段应设置补偿器,即膨胀器。使由温度变化 而引起管道长度的伸缩加以调节得到补偿。 一、膨胀器形式: (一)自然补偿式,采用 (二)填

料式温度补偿器 (三)波纹管补偿器 1. 按是否能吸收管道内介质压力所产生的压力推力(盲板力) , 可分为无约束型波纹管膨胀节和有约束型膨胀节。 2. 按波纹管的波形结构参数,可分为 U 形、 (目前国内厂家多数采用 U 形) 。 3. 按波纹管的位移型式,可分为轴向型、横向型、角向型及压 力平衡型波纹管膨胀节 (大多数厂家都是按这种分类标示在说明书 上的) 。 二、由于温度变化引起钢管的伸缩量计算: △L=C△tL △L—伸缩量(毫米) C—线膨胀系数(钢:0.12x10-4℃-1) L—管道长度(毫米) △t—温差(℃)
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形、S 形、V 形

△t = t2- t1

t1—变化前温

t2—变化后温度

由上式可以得出:每米钢管温差 1℃时,伸缩量为 0.012 毫米, 即若升高 100℃,则伸长 1.2 毫米。 三、由于温度变化引起钢管的伸缩应力计算: P=E△t C P—应力(帕) E—弹性模数(钢:2.06 x1011 帕) △t—温度(℃) C—线膨胀系数(℃-1) P=E△t C=2.06 x1011 帕 x0.12x10-4℃=2.47Mpa=24.7 kg·f/cm 2 由上式可得出:每 1℃温差应力值为 2.47 兆帕,即 24.7 kg.f/cm 2。 例:Dg10000 毫米管道,厚 6 毫米 则:承受力 F=P (D 外 2-D 内 2) =24.7× (101.22-1002) =4681 kg·f 即:当温差 1℃时承受 4681 kg·f 的拉(压)应力。 四、膨胀节预变位安装的计算: 为了减少补偿器在运行时对固定支架的轴向推力,在补偿器安 装前应进行必要的预拉,预拉量△x 按下式计算: △x=x[1/2-(ta-td)/(tg-td)] 式中 x-- 补偿器的补偿量,mm ta-- 管道安装温度,℃ td-- 管道最低温度,℃ tg-- 管道运行时的最高温度,℃
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对于高温管道(tg>ta),预拉量为正,应将补偿器预拉伸;对于低温 管道(tg<ta),预拉量为负,应将补偿器预压缩。热力管道属于前者。 当 ta=td 时,△x=1/2x。所以一般资料介绍,预拉量可以取补偿量的 一半,但是这一结论的前提是管道安装温度与最低温度近似相等。当 ta>td 时,△x<1/2x;当 ta<td 时,△x>1/2x。 在分析管道轴向力的同时,还应注意到管道的横向推力,由于在 安装管道时, 管线的布置不可能绝对平直, 因此受热后不仅轴回移动, 还会造成径向位移。 如果导向支架不能承受所加的横向载荷或导向滑 板侧回形状不规则、表面粗糙等,其摩擦阻力随横向推力的增大而增 大,所以在对平衡式波纹管补偿器进行设计时,对导向问题也进行了 专门的设计,以保证其横向摩擦力最小,能最大限度地保证管道的安 全运行。 当管道输送常温介质时: 安装前应在施工现场将波纹补偿器预先压缩或拉伸到“零点温 度” 施工地区年平均温度) ( 时的长度再进行安装, 此方法称“预拉伸”。 预拉伸的长度可通过下式求得: △L=△tL C △L—拉伸或压缩的长度(毫米) △t—温度(℃) L—补偿管道的长度(毫米) C—管壁线膨胀系数(℃-1) △t = t2- t1(℃) 式中:t1—零点温度,即施工地区的年平均温度
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t2—安装时现场温度 ﹡当 t2> t1 时,△t 为正数,需要将波纹补偿器进行压缩。 ﹡当 t2﹤ t1 时,△t 为负数,将波纹补偿器拉伸。 例:设计极端最高温度 42.5℃,极端最低温度-19.7℃ 全年平均温度:t 平= =11.4℃

例如 1:夏天,安装温度为 30℃时,t2 管道长度为 50 米时,L 管 壁线膨胀系数: (℃-1) △L=△tL C=(30-11.4)x50 x103 x0.12 x 10-4℃-1 =18.6x50x0.12x10-1=11.16(毫米) 为正数,需将波纹型补偿器压缩 11.16 毫米。 例如 2:冬天,安装温度为 0℃时, △L=△tL C =(t2- t1)x50 x 103 x0.12x10-4 =(0-11.4)x50 x 103 x0.12x10-4=-6.84 毫米 为负数,需将波纹型补偿器伸长6.84毫米。



限位螺栓装置的设置
根据我们实际施工经验所得,设置于大管径、高内压的管段上的

金属波纹管膨胀节, 在正常的使用过程中会对膨胀节两端的固定支架 产生相当巨大的水平推力, 如不设法抵消上述水平推力就必将造成管 线甚至建筑结构的破坏。因此,必须为膨胀节设置四组有足够抗拉强 度的限位螺栓装置,以保证管道系统的正常运行及建筑物的结构安 全。 膨胀节两端的固定支架所受到水平推力公式:
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F = Fe + FB 式中 Fe= S×P, FB= E×n

其中 F 一金属波纹管膨胀节对两端固定支架的水平推力; Fe 一管道内压力产生的轴向推力; A 一波纹管的有效压面积;P 一膨胀节的工作压力; FB 一波纹管刚度所产生的弹性力; E 一每一个波纹的轴向刚度;n 一每一个波纹的平均伸缩量 可以看出,金属波纹管膨胀节对两端固定支架的水平推力,是由 管道的内压力而产生的推力加上波纹管刚度所产生的弹性力组成。 由 于膨胀节两端均已设置了管道的固定支架, 限制了波纹的轴向方向产 生的伸缩量,因此一般情况下,因波纹的刚度而产生的弹性力是均匀 的微小的(可以忽略),所以膨胀节对两端固定支架的水平推力将主要 以管道内水压产生的水平力为主。 例:有一工程的冷冻水总管为 DN450 的螺纹钢管,为了抵消冷冻水 管内温差而产生的变形,就在管道上设置了金属波纹管膨胀节。 对该金属波纹管膨胀节两端支架水平推力的计算过程如下:根据 该膨胀节的轴向刚度 E 为 459N/mm, 而每个波纹的轴向额定位移 n 为 25mm,冷冻水管的试验压力 P 为 1.6MPa,而其有效压面积 S 为 2075 cm2,即可以得出该波纹管膨胀节的对两端固定支架的作用力 为: F =FP +FB = S×P +E×n=1.6×106 ×2075×10-4 +459×25: 332000+11475=343475(N)=34347.5 公斤=34.34 吨
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我们根据螺栓的屈服强度为 215. 6KN/mm2(即 22 kg/cm2),选取 了 4 支 M24 螺栓作为限位螺栓,直接焊接在膨胀节两端的法兰上(如 图所示)。M2 4 限位螺栓 图 1 膨胀节安装示意图

则四套限位螺栓的抗拉应力为: F 螺栓=215. 6×1/4×24 ×3. 14×4 =389940. 4(N)>343475(N) 可见 F 螺栓>F,即该螺栓组抗拉强度足以抵 消膨胀节对两端固 定支架的水平作用力,从而保护了管道、建筑物结构安全。 另外,如图 1 所示我们通过在螺杆两端设置限 位螺母,这样可以 保证了金属波纹膨胀节在其额定 的拉伸、 压缩范围内进行轴向补偿, 从而达到延长 膨胀节使用寿命的效果。 综上所述,金属波纹管膨胀节安装质量关系到整个管道系统,甚 至楼宇结构的强度、安全问题,它既是一个脆弱的环节,也是一个重 要的环节。 在实际的施工过程中, 我们按照以上的正确方法进行安装,
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并且通过有关的力学计算,按照实际需要而设置限位螺栓装置,这样 确实可以保证金属波纹管膨胀节使用的长期稳定性、安全性。具体的 定位螺栓及限位螺栓预留间隙尺寸由设计或供货厂家提供。

六、一般安装要求:
1、补偿器在安装前应先检查其型号,规格及管道配量情况,必 须符合设计要求。包括产品外观检查,特别是波纹管表面有无运输及 吊运中造成的机械损伤。 2、当设计不要求进行预变位安装时,则在整个安装期间不要松 动这些定位螺母或拆除专用的运输螺杆或“过桥”, 当膨胀节和各类管 架都装设完毕且检查合格之后,压力试验前,必须立即将大拉杆上内 侧定位螺母拧至大拉杆内侧螺纹根部背紧, 立即拆除专用的运输螺杆 或“过桥”。注意不要松动大拉杆外侧螺母。 3、安装方向:装有导流筒的膨胀节上附设有介质流向标志牌, 与介质流向一致,防止倒坡向,导致膨胀节处积水及腐蚀物质,产生 冰冻及侵蚀坏不锈钢波纹管,防止氯离子腐蚀。 4、安装误差:对连接膨胀节两端的管道的端面或法兰端面尺寸 偏差和位置偏差如下: (1)面间长度偏差:<±3mm; (2)面间同轴度偏差:≤1% DN 且≤Φ5mm(DN 为管道工称 直径) ; (3)各面对其管道轴线垂直度偏差:≤1% DN 且≤3mm 同时,安装时不要使膨胀节随承受扭矩。严禁用补偿器的变形方
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法来调整管道的安装误差。 5、用来保护和预变形的辅助构件,应该在管道安装完并试压完 毕后方可拆除。通用内压型的拉杆螺母放松到一定程度(满足其最大 补偿量)或去掉拉杆。直埋式补偿器需要将拉身和拉杆一并去掉,大 拉杆补偿器上的小拉杆要去掉。 通过波纹管的柔性来吸收管线的轴向 位移。补偿器的所用活动元件,不得被外部构件卡死或限制其活动范 围,应保证活动部位的正常运行。 6、系统压力试验: 试验压力不得超过规定值(常温水压试验不得超过设计压力的 1.5 倍,气压试验不得超过设计压力的 1.1 倍) 。对不锈钢波纹管,水 压试验用水应不含氯离子。 系统压力试验必须在所用管架和膨胀节都 装设好之后进行。 7、膨胀节与管道的装配: 如果施工图不要求对膨胀节进行预变位安装时, 则在整个安装期 间不要拆除专用的运输螺杆或“过桥” 。膨胀节和各类管架都装设完 毕且检查合格之后,压力试验之前应立即拆除专用的运输螺杆或“过 桥” 。 如果施工图要求膨胀节进行预变位安装时, 则应在膨胀节以出厂 状态安装好之后和预变位作业开始之前拆除专用的运输螺杆或“过 桥” 在不要求预变位安装时推荐采用: (1)预留间距装配法(2)顺序装配法 (略)
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七 波纹补偿器安装和使用具体要求: 1、补偿器在安装前应先检查其型号、规格及管道配置情况,必 须符合设计要求。 2、对带内套筒的补偿器应注意使内套筒的方向与介质流动方向 一致,铰链型补偿器的铰链转动平面应与位移转动平面一致。 3、需要进行“冷紧”的补偿器,预变形所用的辅助构件应在管路 安装完毕后方可拆除。 4、严禁用波纹补偿器变形的方法来调整管道的安装超差,以免 影响补偿器的正常功能、降低使用寿命及增加管系、设备、支承构件 的载荷。 5、安装过程中,不允许焊渣飞溅到波壳表面,不允许波壳受到 其它机械损伤。 6、管系安装完毕后,应尽快拆除波纹补偿器上用作安装运输的 黄色辅助定位构件及紧固件,并按设计要求将限位装置调到规定位 置,使管系在环境条件下又充分的补偿能力。 7、补偿器所有活动元件不得被外部构件卡死或限制其活动范 围,应保证各活动部位的正常动作。 8、水压试验时,应对装有补偿器管路端部的次固定管架进行加 固,使管路不发生移动或转动。 对用于气体介质的补偿器及其连接 管路,要注意充水时是否需要增设临时支架。水压试验用水清洗液的 氯离子含量不超过 25PPM。 9、水压试验结束后,应尽快排尽波壳中的积水,并迅速将波壳
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内表面吹干。 10、与补偿器波纹管接触的保温材料应不含氯离子。

有不妥之处,敬请给予批评指正。

感谢阅读! !仅供参考。 马建 2010.3.1

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