供熱管道波紋補償器監測和運行壽命研究

摘 要：通過采集金屬波紋補償器在供熱運行中補償量的數據，進行分析，為供熱管網的全壽命運行提供數據依據。利用這些數據建立波紋補償器數據抄錄預警機制，分析波紋補償器運行疲勞度及剩余壽命的計算。確保能源中心供熱管網的安全運行。

關鍵詞：補償量 溫度 支架 壽命

中圖分類號：TU995 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0116-01

上海虹橋機場西區能源中心至T2航站樓各熱交換機房供熱管網長約6000 m，供熱管網中的波紋補償器有95個，使用的類型有：外壓軸向型波紋補償器，半平衡旁通軸向型波紋補償器[1]。由于管網只有一根，沒有備份，所以對波紋補償器的檢測，掌握其在供熱管網中各種狀態，研究其運行壽命，對于保證正常安全供熱運行是十分重要的。

共同溝管網系統就好比是一根大動脈，連通能源中心和航站樓的各熱交換機房。這根大動脈，不像能源中心內的冷凍機、鍋爐壞了一臺，還有備份。共同溝管網系統有故障，只能停止運行，立即搶修，只有在搶修完成后，整個管網才能恢復運行。

這就要求我們更好的管理共同溝，我們根據供熱運行的實際情況，對供熱管網重要的設備波紋補償器位進行移量監測，采集位移數據并進行綜合分析，研究不同溫度下，波紋補償器的補償范圍、最大補償量，分析波紋補償器的疲勞度及其剩余壽命，保證正常的運行。

1 波紋補償器最大補償量的確定

能源中心的補償器的安裝方式基本上是一個固定支架，一個波紋補償，一個導向支架的形式，如圖1所示。

為了觀測補償器的數據方便，我們把靠近補償器的第一個移動支架的位移量近似等于波紋補償器的伸縮量。我們在2012年供熱季為每個補償器第一個移動支架作了標尺，方便數據抄錄。

在2011年至2012年供熱季中，每天巡檢觀測記錄這些數據，并做記錄。

我們用華東設計院給的參照標準[2]，比較整個供熱季波紋補償器的補償數據，共同溝內所有波紋補償器的補償量都在最大補償量的范圍之內（參照標準：華東設計院提供的熱水供水管上波紋補償器的最大伸縮量為74.1 mm；熱水回水管上波紋補償器的最大伸縮量為53.3 mm）。但有9個波紋補償器的補償量達到或超過最大補償量的1/2（見表1）。

我們把這些數據匯報給波紋補償器的廠家。廠家根據此數據按照廠家標準規范[3]重新計算補償量，計算結果為能源中心供熱管網上波紋補償器整個供熱季的補償數據在允許的補償范圍內。以管徑為DN300為例，廠家取了一個補償量最大的值60 mm進行計算，得出單波總當量軸向位移量為12.55 mm，能源中心所使用的波紋補償器都有8個波，故計算下來，都在允許補償范圍內。

通過2011年至2012年供熱季補償器補償量數據積累、分析，把熱水供水管波紋補償器的最大伸縮量74.1 mm；熱水回水管波紋補償器的最大伸縮量53.3 mm定為補償器的最大補償量。

2 波紋補償器數據抄錄預警機制的建立

確定補償器的補償量之后，我們把此標準加入每日巡檢表格中，建立每天巡檢數據預警機制，方便巡檢人員在現場數據的抄錄。同時，我們把2011年至2012年供熱季補償器補償量數據作為預警線，接近或超過就要加強巡檢力度，時刻關注。

我們在整理分析整個供熱季的補償數據時，發現每天巡檢人員進入共同溝巡檢抄錄的數據，因人員不同，有時會抄錄錯誤。而且發生抄錯的概率還是比較大的。如何減少抄錯率，在發現有誤抄的情況下，如何判定是我們2012年至2013年供熱季所需解決的最大的問題。正確的數據是數據積累的基礎。

我們在2011年11月，制定一個實驗計劃，通過基礎數據，來判定抄表的正確性，從而建立巡檢數據錄入預警機制。

我們根據不同管徑，不同用途、接近轉彎、管徑變化以及上個供熱季補償器補償量較大等因素，選擇11個波紋補償器進行實驗。

在實驗方案制定時，設想管網每上升5℃，巡檢人員抄錄數據一次，但考慮到供熱系統的安全運行，最后采用每10 ℃，巡檢人員抄錄數據一次（能源中心供熱系統最小水量475噸，以鍋爐最小燃燒負荷計算，預計整個管網升溫10 ℃所需的時間為2.47 h。管網由20 ℃升至100 ℃時的補償器補償量變化情況如圖2所示。

由圖2發現管網溫度在每上升10 ℃，波紋補償器的補償量是基本相同的。

根據這個性質，我們計算出比較常用85 ℃時（因為2012年至2013年供熱季供熱系統降溫管的使用，使能源中心供給各熱交換機房的水在80 ℃～85 ℃之間），管網上補償器補償量的數據，并通過實施現場抄錄的數據做對比，對比的結果是現場抄錄的數據和計算出來的數據，結果一致。

2012年12月15日，供熱工程師在匯總當天的巡檢數據時，發現26號波紋補償器的抄錄數據與前幾天差距比較大。供熱工程師馬上讓巡檢人員進入共同溝對該支架重新復核，同時查看巡檢該支架的巡檢時間，找出此時間段的管網溫度，最后查詢管網升溫（20 ℃升至100 ℃）補償器補償量表，確認當時在此溫度下26號波紋補償器的補償量應該是-30 mm，屬于誤抄。同時進入共同溝復核的人員，回來匯報，26號波紋補償器的補償量應該是-30 mm。

根據這次事件，我們在波紋補償器補償量匯總表上利用此次實驗的數據增加了預警功能，方便工程師的數據的匯總。

3 波紋補償器疲勞度的分析

波紋補償器疲勞度的分析是補償器全壽命運行的一個關鍵問題。只有掌握了補償器的疲勞度，我們才能更好的了解補償器的運行壽命，為安全運行打下結實的基礎。

我們用數據分析的方式來分析波紋補償器的疲勞度。我們通過三個問題來對波紋補償器的疲勞度進行分析。

問題1：由于熱水供水管的水溫范圍比回水管的高，供水管的補償次數是否比回水管多？

問題2：通宵供熱補償器補償次數是否比非通宵供熱要來的多？

問題3：現在我們的供熱方式是否對管網有保護作用？

根據管網由20 ℃升至100 ℃時波紋補償器補償量的數據顯示，補償量與管網溫度是相對應的，我們可以近似的把補償量的變化看成溫度的變化。

我們收集了2012年12月8日18時至12月10日的數據，并繪制成曲線圖（見圖3，圖4）

2012年12月8日18時，能源中心開始了2012年至2013年度供熱季。管網溫度由60 ℃到100℃用了6個小時，從8日18時首次點火運行到9日晚10點停止供熱，連續運行了28個小時，10日5時開始第二次供熱與晚上23時結束。

分析這兩天的數據，我們發現：（1）供水管的溫度不管是通宵運行，還是非通宵運行，溫度還是比較穩定的（除升溫階段）。（2）回水管的溫度，是隨著航站樓對熱量的需求的變化而變化的。

我們還從2011年至2012年供熱季的數據中，挑出了幾個通宵運行和非通宵運行的例子進行分析，結果發現與上述結果相同。

這樣，我們對前兩個問題就好做出回答。由于供水管的水溫比較穩定，而回水管的水溫是隨航站樓對熱量的需求變化而變化的，故在運行中回水管補償器補償次數要多于供水管。在通宵供冷期間和非通宵供冷期間，波紋補償器補償次數是一樣的。

對于問題三，通過把2011年至2012供熱的運行狀態（供水溫度100 ℃）與2012年至2013供熱季的運行狀態（供水溫度80 ℃）的補償器補償量做對比，發現2012年至2013年供熱季管網波紋補償器補償量比2012年至2013年供熱季最少減少1/3，這樣減少了補償量，對波紋補償器的運行壽命有了一定的保護。

對上述三個問題的解答，也是我們對波紋補償器的疲勞度有了一定的了解，同時也為我們對波紋補償器剩余壽命的計算，打下了一個基礎。

4 波紋補償器剩余壽命的計算

根據圖3和圖4，我們可以看出補償器一天（24h）中，變化波動比較明顯的有兩次：晚上停止供熱時（通宵供熱時是航站樓冷負荷較少時）一次；航站樓用量較大時（通宵供熱時是航站樓冷負荷較高時）一次。

我們根據這一變化規律和上面問題一得出的結論，制出了一張波紋補償器使用壽命估算表（見表2），提供給補償器廠家，讓他們為我們做出解答。在表中，我們根據波動一次算補償器補償1次還是2次，分了兩項同時根據上面得出的在運行中回水管補償器補償次數要多于供水管，把補償次數增加了一點。

5 后續展望

我們這次對于補償器的研究僅僅是從溫度的角度來分析，而且還分析的不夠透徹。波紋補償器全壽命的分析，不僅僅是溫度，還有很多的因素（例如：補償漆的金屬特性，內外腐蝕情況等），我們會在以后的運行中，把這些條件加入到研究中去，確保管網安全穩定的運行。

參考文獻

[1]虹橋綜合交通樞紐地下工程技術吳念組.

[2]GBT12777-2008.金屬波紋管膨脹節通用技術條件[S].

[3]南京晨光東螺波紋管有限公司.波紋管計算書EJMA-2000第七版[R].