新型補償器在長輸熱網中的應用研究

原 鵬 于 強

（1.營口沿海供熱有限公司，遼寧 營口 115000；2.遼寧省營口市熱電公司，遼寧 營口 115000）

1 概述

近年來，新型補償器已成為國內蒸汽管道敷設采用的主要的補償器元件之一，尤其在長輸熱網中，新型補償器體現了很大的作用。它不僅具有補償量大、運行可靠，安全經濟的作用，對于減少壓力損失也起到了很大的作用。在遼寧營口產業基地至可口可樂熱網工程項目中，旋轉補償器和波紋管補償器是主要的補償方式。

2 最常見的補償方式及特點

目前常用的補償方式有：自然補償（含π型補償）、波紋管補償器補償、套筒補償器、球形補償器、方形補償器及無推力旋轉筒補償器補償等，應根據不同的敷設方式采用不同的補償型式。管道盡可能利用跨越和走向轉折及調整管道高差產生自然的π型、L型和Z型補償。為減少壓損，沒有自然補償的平直管段應采用合適的補償器，不特意設置π型補償。

波紋管補償器，該補償器主要有吸收軸向位移的內壓軸向型、外壓軸向型；吸收橫向（側向）位移的大拉桿橫向型和復式拉桿型；吸收角位移的萬向型和鉸鏈型。優點是結構緊湊占地少，無泄漏，補償量較大；缺點是內推力大，對安裝質量要求嚴格。

套筒補償器，該補償器具有補償量較大，占地小，流阻小等優點；缺點是只能用于無橫向位移的條件下，易泄漏，維護工作量大，推力大，對制造和安裝有嚴格的要求。因此，目前采用此類型較少。

球形補償器，該補償器主要利用角位移，一般由兩個組成一組，吸收量一般為0～15°，最大可達23°，補償量大，但易泄漏，可靠性較差，大口徑球形補償器使用實踐較少。

方形補償器，該補償器不需要購買，用四個彎頭及直管段焊接而成，優點是加工簡單、安裝方便，補償量根據臂長和寬確定，是最常見的補償器。缺點是水平方形補償器占地大，流動阻力也大。

無推力旋轉筒補償器，結構選型：本管網工程選型為目前最先進可靠的耐高壓自密封旋轉補償器，使用參數范圍：壓力為1.0～4.0MPa，溫度為-60℃～420℃，超過此范圍需另行設計。產品結構為雙重密封，一為：環面密封，密封面厚度不小于4cm；二為：端面密封，端面密封面不小于2.5cm，端面密封材料為耐磨高強度不銹鋼復合密封件，抗壓強度≥50MPa。產品結構：結構主要有整體密封座（密封座必須為二級鍛鋼整體打造，嚴禁拼接，避免應力集中）、密封壓蓋、密封壓蓋裝有減摩定心軸承、異徑管、環面密封材、，耐磨高強度不銹鋼復合端面密封材料、旋轉筒體、緊固件等部件組成。

在遼寧營口產業基地至可口可樂熱網工程中，蒸汽管道熱補償架空部分采用自然補償和無推力旋轉筒補償器，直埋敷設管線部分采用外壓軸向型波紋管補償器補償。這兩種補償器作為新型的補償器在長輸熱網工程中的應用，在遼寧地區是首個項目，該項目單線長度達12公里以上，溫降和壓降均比常規熱網低，成為東北地區的集中供熱長距離的示范項目。下面主要介紹下旋轉補償器在熱網項目中的應用。

3 無推力旋轉補償器在熱網項目中應用的優點

3.1 產品安全性能高：因為產品結構合理，使用材料厚度≥熱網管道母材厚度，運行中可經受水擊的破壞力；產品耐溫耐壓，能滿足工程要求，能承受管線的溫度、壓力突然變化所產生的破壞力，安全性能高。

3.2 設計方便：在設計熱網時，波紋管補償器補償的條件較為苛刻，必須遵循五大黃金原則，套筒補償器要“嚴格找中”的原則，并要考慮波紋管補償器、套筒補償器的應力、盲板力、摩擦力、內壓推力等。由于旋轉補償器的型式多樣，可以根據管道的走向不同，合理選擇合適的旋轉補償器型式，即可解決管道的補償問題。

3.3 產品的壽命長：產品的壽命可達20年以上，超過熱網管道的使用壽命。

3.4 補償量大：補償量可達1800mm，每組補償器可以補償200～500米，可以長距離輸送蒸汽管線補償使用。

3.5 管道運行經濟性高：使用旋轉補償器補償，由于補償器補償距離增長，可以比自然補償和套筒補償減少彎頭，從而可以減少壓降，使熱網的管損減少，作為長距離輸送熱網的主要補償方式之一。

3.6 安裝方法和形式多樣化：可以根據管線的走向，結合現場的地形，合理選擇旋轉補償器補償的型式，解決蒸汽管道的補償問題，工程安裝方便，無需冷拉、預緊等施工工藝，只需對焊即可。

3.7 管道運行經濟性高：可以減少壓降，因為可以在熱網設計中，減少自然補償，減少彎頭，減少壓力損失，大大降低熱網的運行成本，使熱網運行的經濟效益顯著提高，提高電廠的供熱半徑，提高電廠的供熱經濟效益和社會效益。

3.8 投資?。阂蛐D補償器的補償距離長，采用的補償器數量減少，且對土建的固定墩推力小，固定墩的設置數量比較少，固定墩的規模比較小，大大節省了土建的投資，與其它的補償器相比，工程總投資要節約20～40%，經濟效益相當的可觀。

4 旋轉補償器在工程中的應用

在遼寧營口產業基地至可口可樂熱網工程中，前面架空管線主要是DN400的蒸汽管線，全長5100m，后面DN350的蒸汽管線為地埋管線，全長約2000m，架空管線主要采用的是旋轉補償器補償和自然補償相結合，后面地埋主要采用的是波紋管補償器補償和自然補償相結合的方式。以補償距離300米為例如采用傳統的方形補償器進行補償，大約70到80米就需要設置一組方形補償器，則300米距離需要4個方形補償器才可以補償，按照每個方形補償器折算成當量長度為55米，則4個方形補償器的當量長度為55×4=220米，總的當量長度距離為520米，則每公里管道的壓降大大增加，約為0.12～0.15MP，而對于方形補償器來說每個固定墩所承受的推力大約為7～8t，管墩的基礎的成本大大增加，加上方形補償器價格較高，每公里工程總造價需要180～200萬；如采用套筒補償器進行補償，大約需要50～60米一個，則需要6個才可以補償，按照每個套筒補償器折算成當量長度為12.6米，則6個套筒補償器的當量長度為12.6×6=75.6米，管墩的基礎的成本大大增加，總的當量長度距離為375.6米，則每公里管道的壓降約為0.06～0.10MPa，每個固定墩所承受的推力大約為50～60t，每公里工程總造價需要200～240萬；采用旋轉補償器進行補償，補償量可以最大可以達到1000mm，則300米只需要一組旋轉補償器，按照每個旋轉補償器折算成當量長度為6.3米，則2個旋轉補償器的當量長度為6.3×2=12.6米，一個熱壓彎頭大約為10.5，則4個熱壓彎頭為10.5×4=42米，總的當量長度距離為300+12.6+42=354.6米，則每公里管道的壓降約為0.02～0.05MPa，每個固定墩所能承受的推力大約1.3～1.6t，每公里工程總造價需要160萬；通過以上比較分析可以看出旋轉補償器不但補償距離長，且造價低，投資省，壓降小，安全可靠；為長距離管網輸送的第一選擇。

[1]動力管道設計手冊.機械工業出版社[Z].

[2]工業金屬管道設計規范[S].GB 50316-2000（2008年版）

[3]集中供熱設計手冊[M].中國電力出版社.

[4]旋轉式補償器廠家樣本[Z].