淺談熱力管道支架及補償器的安裝

鄭直

(蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

淺談熱力管道支架及補償器的安裝

鄭直

(蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

熱力管道輸送的是熱力介質，隨介質溫度的變化，管道有明顯的熱脹冷縮，如果限制了管道自由脹縮，管道產生軸向推力或拉力將破壞固定支架或支撐結構，也可能對其他管道造成危害，因此，支架和補償器的設置成為熱力管道的生命線，在熱力管道的安裝、運行和維護中要重點檢查其工作狀態，確保熱力管道的安全運行。

熱力管道；支架；補償器

1 熱力管道的特性

熱力管道除具有一般內壓管道的特性外，管道輸送熱介質時,還具有明顯的軸向應力和軸向位移，需正確使用各種固定支架及采取補償措施來吸收應力和抵消位移。若沒有合理的補償，管道伸縮會受阻，在管道內部引起很大的內力，會破壞焊縫、引起或加速焊縫應力腐蝕，損壞管件、支架、閥門及儀表等部件，因此熱力管道的重中之重是熱力補償器和支架的設置和安裝。常見的補償有自然補償和補償器補償。自然補償的補償量小且管道產生橫向位移大，因此采用補償器進行補償是行之有效的途徑。

2 熱力管道支架的受力分析

2.1 主固定支架的受力分析

通常情況下，主固定支架設置在熱力管道的端點處、各項分支點處、各型號閥門的加設點處，需要承受來自各方的力，如內壓推力、各類摩擦力、波紋管膨脹節在不斷位移過程中產生的力等，這就要求設計人員對其受力情況進行嚴格管控，全面、客觀、詳盡的考慮到一切可能影響其受力值的因素，并通過反復分析與比對，掌握其實際受力值及受力類型。

2.2 次固定支架的受力分析

次固定支架也是固定支架的重要組成部分，對熱力管道的正常運轉具有積極作用。技術人員在具體安裝的過程中，可選擇鉸鏈型或復式萬能型波紋管膨脹節，以達到承載內壓推力的作用，此后加設次固定支架，能有效分擔剩余的荷載力，為熱力管道安全穩定運行打下堅實的基礎。

3 熱力管道支架的安裝

3.1 對于固定支架的安裝

固定支架作為一種承重支架，對承重點的管線有著全面的要求，它作用于熱力管道中，限于安裝在不允許有任何移動的部位，除了承受熱力管道以及其他附件、流體與保溫材料以外，固定支架還要承擔熱力管道中各個方向的位移推力與力矩，所以，這就要求固定支架的本身要具有充足的強度與剛性。安裝固定支架要本著最基礎的原則，兩個膨脹彎之間只能有一個固定支架。一般情況下，固定支架基本應該設置在兩個膨脹彎的中間部位，在安裝上要保證與熱力管道間緊密連接，禁止發生相對的運動。

3.2 滑動支架發生位移的方向

滑動支架可以作用于水平管線中，比較靠近彎頭的部分，它是承重管道中用來支撐自重的，對于管線只有一個方向是有限制的作用，對于熱力管道其他兩個方向的熱位移往往不加限制，所以在熱力管道支撐面上就可以進行自由的移動。安裝好膨脹彎與固定支架之后，就需要對各個膨脹彎間的熱力管道支架進行一個判斷，在發生膨脹的過程中，熱力管道支架以固定支架為中心，向膨脹彎的方向發生自然膨脹，同理在膨脹彎的另一端，熱力管道的熱膨脹也向著膨脹彎的方向發生自然膨脹，在膨脹到最后的階段中，兩個膨脹彎之間的熱力管道的全部熱膨脹由膨脹彎的變形進行吸收，而滑動支架則隨著熱力管道的熱膨脹向著相應的方向進行位移。滑動支架熱力管道中應用最為廣泛的一種支架。它的作用同樣是熱力管道自重的一個支撐點。且滑動支架限制管子徑向的位移，這樣就使得管子在支架上進行位移的過程中，不會發生偏移的狀況。

3.3 吊架的安裝

熱力管道中的吊架常被作用于常溫管道、無垂直熱位移、熱位移值很微小的熱力管道的吊點，它除了承受熱力管道所分配的重量以外，還允許管道進行少量水平方向的位移，對于熱力管道的向下位移方向有著限制的作用。一般情況下，吊架的實際荷載是不容易準確進行測定的，所以在熱力管道中不常被使用。

3.4 支架的安裝

支架的安裝位置應當要精確，且平整與牢固，與熱力管道的接觸緊密。且支架的標高應當要準確，對于特殊要求的管道，如有坡度要求的熱力管道所安裝的支架高度要滿足坡度的相關要求。而對于不發生熱移動的熱力管道，吊架的吊竿應當要垂直安裝，對于有發生位移的熱力管道吊桿的安裝位置要在與之相反的部位。

4 熱力管道補償器的安裝

補償器安裝前的檢查，按設計圖紙的要求核對補償器的規格、型號和安裝位置。對補償器進行外觀檢查，檢查補償器有無傷損、缺陷。檢查產品安裝長度是否符合管網設計要求。校對產品合格證。補償器的安裝位置除應符合設計要求外，在安裝時還要根據補償器的特性參數考慮是否進行冷拉或預偏裝。方形補償器安裝應符合下列規定：1）方形補償器水平安裝時，伸縮臂應水平安裝，水平臂的坡度應與管道坡度一致。2）方形補償器垂直安裝時，不得在彎管上開孔安裝放氣閥和泄水閥。3）方形補償器安裝前，應按設計要求進行冷拉。冷拉應在補償器兩側同時均勻進行，并記錄補償器的預拉伸量。4）方形補償器安裝時，應防止各種不規范操作損傷補償器。5）方形補償器安裝完畢后，應按設計要求拆除運輸、固定裝置，并按要求調整限位裝置。旋轉補償器必須配對安裝在立管上，在管道膨脹時推動立管做相反方向移動以吸收膨脹量，是一種新型的補償器，其補償能力較大，安全可靠，也叫做免維護旋轉補償器。旋轉補償器在安裝時需要進行預偏裝，預偏裝方向與管道熱膨脹方向相反，偏裝量為補償量的1/2。補償器進行預偏裝后，在運行時補償器兩端與滑動固定支架在發生橫向位移后能夠恢復到設計位置，保證了運行狀態下熱力管道與其他管道或構件的橫向安全距離。旋轉補償器預偏裝。波紋補償器在安裝時，應使用外力將波紋補償器進行拉伸，拉伸作用力分兩次逐漸增大，保證波節圓周面受力均勻，在拉伸到補償量的1/2后利用自帶的拉桿螺母或臨時固定裝置進行固定，待所有固定支架安裝完畢且管道壓力試驗合格后方可松掉拉桿螺母或臨時固定裝置；波紋補償器應與連接的管道同心，不得偏斜，波紋補償器內套筒應順著介質流向安裝，防止介質沖刷補償波，在波紋補償器兩端應安裝導向固定支架，以保證補償器很好地吸收管道的軸向位移。波紋管補償器安裝：波紋管補償器安裝應滿足以下要求：1）波紋管補償器應與管道同軸。2）有流向標記（箭頭）的補償器，箭頭方向代表介質流動的方向，不得裝反。3）波紋管補償器無論是鋼管焊接還是法蘭連接的，通常采用后安裝的方法。即在管道安裝時，先不安裝波紋管補償器，在要安裝的位置上先用整根直管直接過去，并按設計要求和補償器生產廠對補償器附近支架設置的要求安裝好導向支架和固定支架，待支架達到設計要求，再開始安裝補償器。

5 常見問題的原因分析及相應處理

5.1 固定支架脫架

原因分析：固定支架未預偏裝或偏裝方向不正確；固定支架有效長度不滿足熱膨脹量的要求；某些固定固定支架固定不牢或被破壞而失效，造成位移量和位移方向重新分布。相應處理：應將滑動固定支架和導向固定支架向其膨脹方向的反方向預偏裝其伸長量的1/2，核算固定支架的有效長度是否滿足膨脹量要求，固定固定支架本身及其焊縫強度應滿足固定固定支架承受的載荷。

5.2 波紋補償器失效

原因分析：補償器安裝時冷拉超過允許值而失效；因固定支架脫架，在熱介質停止運行時管道收縮受到限制而導致補償器被拉壞；補償器與連接的管道同心度偏差過大；相應處理：首先應保證補償器的冷拉量不得超過補償器冷拉的允許最大值，其次避免固定支架脫架，最后應保證波紋補償器兩端的固定支架高度一致且靠近波紋補償器兩端的導向固定支架間距符合設計要求的距離，避免管道在長期高溫環境產生撓度超過補償器的允許變形范圍而破壞。

5.3 支撐結構被破壞

原因分析：因固定固定支架下的支撐結構剛度不夠或是補償器失效而導致支撐結構承受過大推力而破壞；因固定支架發生脫架，在停車時管道收縮，固定支架的位移被限制導致支撐結構被拉壞。相應處理：為防止支撐結構破壞，固定固定支架和支撐結構的剛度強度應滿足要求，所有補償器應正常工作，校核固定支架有效長度。

6 結束語

隨著社會的不斷進步與發展，我國在石油領域、化工領域與火力發電領域等等均得到了迅速的發展，而在實際的工作過程中，作為熱力管道的支撐結構的管道支架已經越來越普及，而管道支架的設計合理性、安裝的科學性均有重要的意義。且對于不熟悉高溫蒸汽管道的安裝與設計工作的人員來說，最難以掌握的部分其實就是支架管道的安裝過程與在使用過程中發生位移的現象。一但固定支架發生位移或安裝不當或是在安裝的過程中沒有充分考慮到熱位移量，甚至就會就出現預偏移量與位移量相反，就會造成管道支架從管廊上掉落，從而產生安全事故。所以要完善熱力管道支架的設計與安裝工作，保證熱力管網的質量，對于發展我國的社會生產力也有著重要的影響。

[1] CJJ/T81-2013城鎮直埋供熱管道工程技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[2] CJJ34-2010城鎮供熱管網設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2010.

[3] 陸耀慶.適用供熱空調設計手冊第二版[Z].中國建筑工業出版社,2008,5.

[4] 03R411-1、2室外熱力管道安裝圖集[M].北京：2003.

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