電廠蒸汽管道補償器的選型與安裝

孫書斌,朱如剛

(滄州大化集團工程裝備公司,河北滄州 061000)

0 引 言

電廠蒸汽的引用是我廠節能的一項重大舉措,通過引用發電廠蒸汽,可以大大降低天然氣的用量,降低運行成本。我廠電廠蒸汽引用主管采用DN400的20 g鋼管,設計溫度為380℃,設計壓力為4.4 MPa。由于溫度高且管道長距離鋪設,管道在使用過程中會產生較大的膨脹量。對于中壓、高溫、大直徑的管道而言,其柔性很差,要靠管系的自然補償量來吸收管道的熱膨脹和端點位移幾乎是不可能的。若靠改變管道的走向來增加管道的柔性,勢必增加管道的長度,增加成本,且不一定能達到預期的效果。管道長了,彎頭多了,阻力勢必增大。綜合考慮各方面的因素,管道鋪設應盡量走直道、少拐彎,管道的熱膨脹主要靠設置膨脹節和滑動支架來解決,這是一種比較合理、經濟的方案。

1 補償器的選型

通常用的補償器有波紋管補償器,Π型補償器及管道自然補償等幾種熱補償器。但就過熱蒸汽管道而言,溫度比較高,熱位移量比較大,平均每米有5 mm的膨脹量,加之管線鋪設很長,單靠管系的柔性很難達到補償的目的。而對Π型補償器而言,由于管系為DN400的鋼管,管子較粗,強度較大,對于較大的位移量,焊接彎頭部位勢必產生較大的內應力,這也將給管道的運行埋下不安全因素。要減小內應力,就要多設Π型補償器或增加補償器的直邊高度,直邊高度增大,補償器的變形角度變小,內應力變小。但是,這樣又增加了管道的鋪設長度及管道的鋪設高度。將給施工增加難度,增加管道的投資,因此應盡量不予采用。而對于通用無約束型波紋膨脹節,是依靠波紋管的軸向伸縮來進行熱補償的,其補償量比較小,而且會產生很大的軸向推力。《金屬波紋管膨脹節通用技術條件》(GB12777-2008)中指出:“如果膨脹節應用不當,它產生的管道反力可能比想要消除的力還要大。無約束型膨脹節產生的軸向推力等于波紋管的面積乘以內壓。拉伸或壓縮膨脹節需要的力是相當大的,為了使管系產生的反力最小,最好避免通過膨脹節的軸向壓縮或拉伸來吸收管系的膨脹”。電廠蒸汽正常工作時壓力為3.8 MPa,管道DN400,若選用無約束型通用膨脹節,膨脹節的內壓推力近5 t,這樣大的推力很容易將支撐管道的固定支架推壞,而且,土建的水泥支架要承受如此大的推力,對于一般主要起豎直支撐作用的支架就需要做得很大;對于長距離輸送管道要做很多這樣大的支架就顯得很不協調,也是難以想象的。

綜合以上分析,電廠蒸汽管道的補償要考慮多方面的影響,盡量經濟而又不留安全隱患。在結構上,考慮管系的支撐要求,使管系對支架的推力減至最小。在布置方案上,應充分發揮每個膨脹節的補償能力,爭取用最少的波紋管來滿足整個管系的補償要求。因此,結合電廠蒸汽管道的鋪設特點,選用角向型膨脹節較經濟、合理。

圖1 角向型補償器

角向型補償器(如圖1所示)是約束型補償器,由連接管、鉸鏈座、波紋管、鉸鏈銷、運輸拉桿、耳板等幾部分組成。角向型補償器軸向沒有位移量,工作時,波紋管周向一側伸長,另一側壓縮,繞鉸鏈作周向旋轉,鉸鏈完全承受膨脹節的內壓推力和管道重量。角向型補償器實際上只起角向旋轉作用,通常由兩個或三個一起配套使用,以吸收L型或Z型管系一個或多個方向的橫向位移。它的安裝與Π型的安裝形式相似,角向位移量與立管的長度成反比。相同的補償量,立管越長,角向補償器的偏轉角就越小。因此,安裝時應盡量加大立管兩角向膨脹節之間的距離,以便更有效地發揮膨脹節的補償功能。安裝時立管兩端各安裝一個角向膨脹節組成一對(通常,廠家可按照長度要求直接作成一套)。它以豎直方向上的偏轉來補償管道的熱膨脹,而在橫管上只安裝單個膨脹節,是為了吸收立管上的膨脹量,一般補償量比較小。對于這種角向型補償器,由于約束鉸鏈的作用,補償器不會把軸向推力作用在管道支座上,因此與之相連的支座為次固定支座,通常為滑動支座,其軸向作用力很小。對于電廠蒸汽管道,在無對焊固定口之前甚至用手就可以推動。管系中絕大部分支架為自由滑動支架和橫向限位支架。固定支架承受很小的軸向推力,主要起固定管系的作用。

2 補償器的安裝

電廠蒸汽用管道焊接要求射線探傷Ⅱ級合格。角向型補償器安裝時,在地面與管系預先焊制,這樣有利于焊接及探傷。為防止膨脹節繞鉸鏈轉動,吊裝前用DN50鋼管將支管上的一對角向補償器點焊固定,鋼管作為臨時承力部件。吊裝完畢,固定好之后再將補償器的鉸鏈銷所在平面垂直于管系所在平面即鉸鏈銷垂直于管膨脹時要轉動的平面方向。這點尤為重要,否則,不但起不到熱補償作用,而且會把扭轉力矩轉嫁到鉸鏈銷和支管彎頭處,有可能損壞鉸鏈,增大直管彎頭的內應力,進而增大管系推力,甚至推倒管道支架,造成重大事故。

為了充分發揮角向補償器的補償作用,安裝主管補償器時,采用牽引管線的方法來冷緊角向補償器,使補償器產生熱補償時反向預緊。預緊量為橫向補償量的50%。這樣,正常工作時不至于使補償器旋轉太大的角度。當有特殊位置需要膨脹后豎管為垂直位置時,就要按橫向熱補償量的100%來冷緊。

現場焊接補償器時,用濕中性石棉保護,以免焊渣飛濺到波紋管。吊裝時,固定用的鋼管和補償器上標有安裝后拆除涂黃漆用于固定鉸鏈的角鐵。電廠蒸汽管線試壓為水壓,由于直管段較短,水重可以不予考慮,故未作支撐。我廠按試壓方案試壓時,未發現任何異常現象。

電廠蒸汽在與廠蒸汽甩頭閥門對接處,由于管道需要兩個互相垂直方向的補償量,因此,在此位置選擇萬向角向型波紋補償器,使兩個方向都得到熱補償,最大限度減小管系應力。

3 結 語

角向型補償器的優點是結構緊湊,安裝方便,用于有較大膨脹量的管系。安裝角向型補償器的管系,作用于固定支架的軸向推力很小,再配以滑動支架,管系的伸縮、運動靈活,內壓力也很小。現在,電廠蒸汽已通至我廠并開始為我所用。實踐表明,角向型補償器的運行效果很好。