波紋管補償器在供熱管網工程設計中的應用

李艷珍，鄧志丹

（赤峰富龍燃氣熱力設計有限責任公司，內蒙古赤峰 024000）

波紋管補償器在供熱管網工程設計中的應用

李艷珍，鄧志丹

（赤峰富龍燃氣熱力設計有限責任公司，內蒙古赤峰 024000）

結合波紋管補償器的特性以及使用中發現的問題進行原因分析，并針對波紋管補償器在供熱管網中的選型進行了理論分析，在設計時加以規避，以達到使用中的良好效果。

波紋管；剛度；疲勞壽命；集中供熱

1 前言

伴隨著國家治理霧霾力度的不斷加大，城市中各小區分片取暖方式逐步被天然氣或集中供熱所取代，近年來赤峰區域管網鋪設特別迅速。在鋪設集中供熱管網當中，補償器做為熱網補償應用較為廣泛，傳統補償方式一般采用方型補償器、套筒補償器，但由于占地面積大、故障率高等原因應用效果不佳。目前采用較為廣泛的是波紋管補償器，相對傳統補償器來說具有故障率低、占地空間小、補償位移大反力小等優勢，在集中供熱管網中使用安全可靠且性價比較高等優勢。本人結合補償器的特性以及在以往供熱管網工程出現的一些實際問題，結合自己的經驗進行探討分析，便于在設計中予以考慮解決。

2 波紋管補償器的特性

波紋管補償器主要是由彈性波紋管以及兩端法蘭（或是焊接）、拉桿、導管等元件組成，利用其彈性波紋管的有效伸縮可塑性，來吸收供熱管網管道因熱脹冷縮原因產生的位移變化，來調整管線、容器等的軸向、橫向和角向位移，同時也起到降噪減震的作用。一般應用在溫度變化的管線當中，例如暖氣管線、工業用蒸汽管線、石油冶煉輸送管線等管道中。目前用于供熱管網當中較為常見的波紋管補償器的材質為奧氏體不銹鋼（1Cr18Ni9Ti），壁厚在 0.5～7mm，工作運行壓力為0.25～2.5MPa，管道公稱直徑為 DN100～DN1400。

3 波紋管補償器在使用中出現的常見問題

1）在地下井內受到空氣中Cl-、夏季潮濕冬季高溫環境的影響造成的腐蝕，降低了波紋管補償器的壽命，應在設計中對環境因素加以考慮，采取相應預防措施。

2）城市在發展中，隨著熱用戶的不斷增長，造成管網滿負荷甚至超負荷運行導致的疲勞損傷，應在設計中加大補償余量適應溫度的大幅變化。

3）設計中對補償器壁厚、剛度等選型不合理導致使用壽命短，對實際情況考慮較少。

通過使用中發現的一些問題，可以看出不但要選擇正確的波紋管補償器型號，更要做好規范的安裝和日常維護，更要滿足未來城市發展的需要。

4 波紋管補償器在供熱管網工程中的設計應用

1）波紋管補償器根據補償方向不同一般分為三類∶即軸向補償型、橫向補償型和角向補償型。軸向補償型用來吸收軸向產生的位移量，橫向補償型一般安裝在拐彎處或是管線分支處，角向型應用較少，一般為兩個或多個來組合而成。計算管線的熱位移量公式為∶△=αL（tn-t0），式中∶△為某一方向上的位移變形量；α為某一對溫度下的線膨脹系數（可查表得知）；L為某一方向的管線總長；（tn-t0）為運行時與自然溫度差。

2）供熱管網工作壓力一般為1.0～2.5MPa，管道壁厚在4～16mm，而波紋管壁厚在0.5～7mm即可滿足要求，這是由其特殊的材質性質決定的，波紋管壁厚比光管所用壁厚要小55%～70%。管道材質一般為碳鋼，在受熱后的應力變化與抗腐蝕能力與波紋管所用奧氏體不銹鋼管是有很大差距的，可以參照《金屬波紋管膨脹節通用技術條件》GB/T12777-2008進行測算。

3）波紋管補償器是一個撓性組件，在受到軸向力或彎曲力矩的橫向力后，波紋管很容易產生變形，因此波紋管在徑向的剛度也比光滑管要大的多，而在軸向的剛度要比光管小的多，這就為軸向產生大位移提供了條件。一般剛度值在產品說明書中都可以查到，根據剛度值再測算補償器的彈性反力來設計支墩或支架。

4）由于在管網運行當中溫度的不斷變化，將使波紋管補償器位移發生變化，導致疲勞損傷。目前集中供熱1～2次/天進行供熱負荷調整，另外在夏季停止運行和冬季滿負荷運行將產生最大位移差，是疲勞損傷的主要原因。在規定壓力和位移偏移量規定內，國內生產的波紋管補償器壽命可以達到1 000～5 000次，是可以滿足實際使用需求的，但偏離額定值越多，則會導致波紋管壽命降低越多，因此在設計時應結合未來需求和實際運行情況留出足夠的富余量。

5）波紋管補償器支架的正確安裝對正常運行十分重要，導向支架可以有效防止補償器失穩，可以達到延長補償器壽命的目的。

5 波紋管補償器的規范安裝與維護

1）波紋管補償器一般承受在熱態下的壓應力，因此可以在安裝時人為干預產生拉應力下進行安裝，以便在投入運行后更大的得到壓應力位移；其次在安裝焊接時應防止掉落的焊渣或雜物進入波紋內，更禁止在波紋管材質上進行引弧操作；另外波紋管本身不能承重，管道重量應由兩側的支墩或支架來承擔。

2）對波紋管進行外保溫，可以有效防止夏季濕度大時產生的露點腐蝕，保溫層應做在波紋管外保護套上，應采用不含有Cl-的保溫材料；其次蒸汽管線應設置必要的疏水器，防止產生水擊破壞補償器；另外在調試過程中水壓實驗不得超過許用壓力的1.5倍。

6 結束語

在城市集中供熱管網中以往為了補償管道變形量采用“Z”、“L”“π”的管道敷設方式，占地空間大，施工復雜，而使用波紋管補償器具有減少占地、方便靈活，維修量小等優點，降低了管網的運行維護成本。需要注意的是，由于波紋管很薄，需要從設計、安裝、調試、維護中加以重視，進行規范施工，才能在今后的使用中收到良好的效果。

[1] GB/T12777-2008《金屬波紋管膨脹節通用技術條件》[S].

Application of Bellows Compensator in Engineering Design of Heating Pipe Network

Li Yan-zhen，Deng Zhi-dan

Based on the characteristics of the bellows compensator and the problems found in the use of the bellows compensator，the selection of the bellows compensator in the heating pipe network is analyzed theoretically and is avoided at the time of design.Good effect.

bellows；stiffness；fatigue life；central heating

TM621.72

A

1003-6490（2017）02-0139-02

2017-02-12

李艷珍（1982—），女，內蒙古赤峰人，工程師，主要研究方向為供熱設計，市政設計，市政施工。