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    熱力管道補償器在架空蒸汽管道上的應用

    2021-05-26 14:52:07

    熱力管道補償器的幾種形式有金屬波紋補償器、方形補償器、球形補償器、無推力旋轉補償器。本文結合具體工程,淺談熱力管道補償器在架空蒸汽管道上的應用。
    一、工程概況
    某熱電廠,室外架空蒸汽管線,管徑DN300,設計參數為2.5MPa,230℃,屬壓力管道GC2類;蒸汽管線總長度約為1500m。

    二、熱力管道補償器在架空蒸汽管道上的應用、選型及特點:

    ①方形補償器

    方形補償器是熱力管道補償器設計中的一種形式。

    其優點:對熱伸長量補償能力大,作用在固定支座上軸向應力小,維護費用少;

    其缺點:尺寸大,占地面積大,對介質流動助力大,補償器變形時,兩端的法蘭及管道受到彎曲,易產生疲勞破壞且會產生軸向位移。

    選用原則:方形補償器按其外形可分為Ⅰ型-標準式(c=2h),Ⅱ型-等邊式(c=h),Ⅲ型—長臂式(c=0.5h),Ⅳ型-小頂式(c=0)。制作方形補償器選用無縫鋼管揻制而成,補償器用一根管子揻成,如果制作大規格的補償器也可用兩根彎管或三根彎管焊制,方形補償器不宜用沖壓彎頭焊制而成。焊制方形補償器的焊接點應放在外伸臂的中點處,因為此處的彎矩小,嚴禁在補償器的水平臂上焊接。焊制方形補償器時,當DN≤200mm時,焊縫與外伸臂垂直,當DN>200mm時,焊縫與軸線成45°角 。 

    本工程管道總長1500m,每60米設1個方形補償器,共需設置25個方形補償器,方形補償器的外伸臂長達10m,每個補償器按4個彎頭計算,共計增加100個彎頭,500m管道。

    套筒補償器

    套筒補償器的活動套管可沿管道產生軸向位移。

    其優點:結構緊湊,占地面積小,補償能力大,一般補償量可達250~400mm;對介質產生的阻力比方形補償器小。

    其缺點:補償器在軸向產生的推力大,填料需經常檢修,易發生泄漏,對管道支座的設計和安裝要求高,若管道在運行過程中產生銹蝕和結垢,都有可能產生補償器失效。

    選用原則:套筒補償器一般用于管徑大于100mm,工作壓力小于1.6Mpa,安裝位置受到限制的熱力管上;套筒補償器不宜使用于不通行地溝之中;單向套筒補償器應安裝在固定支架近旁的平直管段上,在其活動側設導向支架,雙向套筒補償器設在固定支架中間,套管須固定,補償器工作界限應有明顯的標記。

    本工程管道工作壓力2.5Mpa>1.6Mpa,不適合本工程。

    金屬波紋補償器

    金屬波紋補償器(又稱金屬波紋膨脹節),由一個或幾個波紋管及結構件組成,用來吸收由于熱脹冷縮等原因引起的管道或設備尺寸變化的裝置。

    其優點:金屬波紋補償器具有結構緊湊、承壓能力高、配管簡單、支架費用低、維修方便。

    其缺點:金屬波紋補償器補償能力較?。ㄒ话阋粋€僅為10~20mm),為了提高補償能力可將數個串聯在一起,但這樣易產生側向彎曲應力而使兩端過載。串聯個數一般為4~6個,不能超過8個。

    選用原則:選用金屬波紋補償器時應考慮預拉伸量50%,安裝和訂貨時應提出要求;在直管段上兩固定支架之間只能安裝一套金屬波紋補償器;軸向型波紋補償器一端應布置在靠近固定支架處,另一端應安設直線導向管架。

    本工程管道工作壓力2.5Mpa,管道總長1500m,波紋補償器75m一個,共需20個。由于一般情況下波紋補償器的工作壓力≤1.6Mpa,2.5Mpa時需訂貨。

    ④球形補償器

    球形補償器的結構主要由球體與密封裝置等元件組成,安裝在熱力管道上受熱后以球體回轉中心自由轉動,吸收管道熱位移,從而減少管道之應力。

    其優點:補償能力大,占據空間小,流動阻力小,安裝方便,投資省等。

    其缺點:存在側向位移,易泄漏,要求加強維修。

    選用原則:1)球形補償器在球道上一般距離400~500m安裝一組,安裝形式有水平、垂直、傾斜等。2)采用該型補償器后,固定支架間距增大,為避免管段撓曲,應適當增設導向支架,同時,為減少管段運行的摩擦阻力,在導向支架上應安放滾動支座。3)垂直安裝時,球體外露部分向下安裝,以防污物堵塞而造成球體磨損。

    本工程管道工作壓力2.5Mpa,管道總長1500m,球形補償器共需要5個;適用于本工程的球形補償器的加工工藝非常復雜,國內生產廠家較少,供貨周期較長,價格較高,嚴重制約了工程進度。 

    ⑤無推力旋轉式補償器

    無推力旋轉補償器是熱力管道補償器中的一種新型補償器,其構造主要有整體密閉座、密閉封蓋、大小頭、減磨定心軸承、密封材料、旋轉筒體等構件組成,安裝在熱力管道上需兩個以上組對成組,形成相對旋轉吸收管道熱位移,從而減少管道之應力。

    其優點:補償量大,可根據自然地形及管道強度不知,大一組補償器可補償500m管段;不產生由介質壓力產生的盲板力,固定支座可做的很小,適用于大口徑管道;運行可不需維護;

    選型:1)選用低壓管道補償器:壓力0~1.6Mpa,溫度-60~330℃;2)選用中壓管道補償器:壓力1.6~2.5Mpa,溫度-60~440℃;3)選用高壓管道補償器:壓力2.5~5.0Mpa,溫度-60~485℃;

    動作原理、布置方式:

    旋轉補償器通過成雙旋轉筒和L力臂形成力偶,使大小相等、方向相反的一對力,由力臂回繞著z軸中心旋轉,以吸收力偶兩邊熱管邊產生的熱脹量。

    當補償器安裝于2個固定支架中間時,熱管運行時的兩端有相同的熱脹量和相同的熱脹推力,將力偶回繞著O中心旋轉了θ 角,以吸收兩端方向相對、大小相同的熱脹量△?!?L·sin(θ/2) ,2個固定支架之間的總的補償量為2△。

    當補償器不被安裝在2個固定支架中心,而偏向熱管較短的一端,在運行時的力偶臂L的中心O偏向較短的一端回繞來吸收兩端方向相對、大小不等的膨脹量△1,△2。

    長臂熱管道的熱脹量△l=2L1sin(&theta;/2),短臂熱管道的熱脹量△2=2(L-L1)sin(&theta;/2),則2個固定支架之間的總的補償量為△1+△2。

    此類補償器的布置和球形補償器類似,當吸收熱膨脹量時,在力偶臂旋轉至θ/2 時出現熱管道發生擺動Y值。

    該補償器適應性較廣,對平行路徑、轉角路徑和直線路徑及地埋過渡至架空均可布置。

    本工程管道工作壓力2.5Mpa,管道總長1500m,旋轉補償器共需要8組,彎頭總數46個; 由于旋轉補償器已經在化工管道中應用,與球形補償器相比:供貨周期短。

    綜上所述:熱力管道補償器在架空蒸汽管道上的應用有三種類型:方形補償器、波紋補償器、旋轉補償器。

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