淺談空調管網熱補償系統的設置與應用

【摘要】在機電工程中，管道的熱補償系統設計尤為重要，如若設置不當將會對其管網系統產生很大的影響。本文首先分析熱補償的原理和受力分析，然后總結相關補償器類型的設置方法，最后提出相關注意事項和探討。

【關鍵詞】空調管網;補償器;固定支架

空調管網系統運行中存在較大的安裝溫度和設計溫度，而管網管道溫度的變化帶來的熱脹冷縮導致引起管道的拉長或縮短，因此在設計和施工過程中，必須對這種管道的熱脹冷縮采取一定的技術措施進行補償，以避免管網系統產生過大的變形，導致管道的破裂、帶來系統故障。通過合理進行設計，并在施工過程中注重補償器安裝注意事項，可以提高管網系統的穩定性，避免故障帶來的破壞和影響。

1、背景與原理

1.1背景

由于空調管網系統在實際運行時存在溫度差導致的管道拉伸或縮短，進而影響管道破裂或系統故障。據統計，由補償器等引起的系統故障率高達4%～6%，需要引起工程師足夠的重視。管網補償器故障會導致空調采暖管網漏水、停止工作，嚴重的可能會導致整個系統癱瘓;在某些特殊行業中，如化工、動力等，管網補償器故障會帶來管道爆裂、蒸汽泄露，嚴重的甚至會引發行業安全事故。因此在前期的設計和后期施工過程中，必須對這種管網系統的熱脹冷縮采取相關措施，確保避免管道因受力不均勻進而導致管道的破裂和系統故障。

1.2原理

當管網系統因溫度差存在熱脹冷縮時，會相應產生如下現象：

①應力過大或金屬疲勞引起管道或支架破壞。

②膨脹拉伸導致管道連接處焊縫開裂，引起泄露。

③產生大變形力，而影響設備的正常運行。

④管架因強度或剛度不夠而造成管架破壞。

通常采用的方法是在管道上分段設置固定支架，在固定支架間設置補償器或利用管道彎曲的自然補償來吸收管道的這種變形，保證管道安全穩定運行。

1.3相關規范要求

《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》2012版本：

①第8.5.20條：當空調熱水管道利用自然補償不能滿足要求時，應設置補償器。

2、管網熱補償系統設置

2.1計算與設置

管網由于溫差引起的管道伸長量的計算，可通過下式計算：

△L= αL△t

式中△L—管道的伸長量（mm）;α—管道的線膨脹系數（mm/m·K），具體數值詳見表1;

L—管道長度（m）;△t-熱媒溫度與管道安裝溫度之差（ ℃）。

根據相關規范要求，空調管網管道系統允許管道最大伸長量為40mm，因而通常的直線管段系統在熱媒溫度為80℃時由固定點起至自由端允許不設補償器的最大長度分別為40m。

2.2自然補償

在進行空調管網管道布置時，應優先考慮利用管道本身的自然彎曲來補償熱伸長量。自然補償中最常用的有L形直角彎和Z形折角彎2類。其中自然補償需要控制如下幾點：

①當彎管轉角小于150?才能用作自然補償;

②自然補償的管道臂長一般不應超過25m;

③彎曲應力不應超過80MPa。

2.2.1? L形直角彎自然補償

L形直角彎自然補償分長臂和短臂兩側，對應長臂長度要求一般建議不超過20～25m。而短臂長度可由計算確定，具體計算公式如下：

式中l-L型補償器的短臂長度（m）;△L-L型補償器長臂的熱伸縮量（mm）;D-管道外徑（mm）。

通過計算可知，對應在長臂25m時，短臂長度應至少保證2m以上距離才能滿足相應要求。

2.2.2? Z形直角彎自然補償

Z形平行臂L長度一般建議不超過20～25m，即兩平行臂長之和不大于40～50 m，其中短臂約占總長的1/2～1/4 。

2.3補償器與支吊架

2.3.1方型補償

方型補償器簡單來說是由4個90?彎頭拼制而成，曲率半徑通常為4DN-5DN，其中方型補償器宜安裝于2個相鄰固定支架中心位置。

2.3.2波紋補償

波紋管補償器具有配管簡單、安裝方便、維護管理方便等優點而成為空調系統最常用的一種補償器。它通過波紋管的柔性變形來吸收管線軸向位移（也有少量橫向、角向位移），一般通過法蘭與管道連接。

2.3.3其他補償器

其他補償器還有套筒補償器、球形補償器等等，具體詳見《金屬波紋管膨脹節通用技術條件》中表2的相關種類歸納。

2.3.4支吊架：用于敷設管道支承的一種結構件，和補償器一起組成補償系統，具體要求為：

①分為固定支架、滑動支架、導向支架等。

②設置固定點的地方管道與管道支架不能發生相對位移。

③設置中間支撐的地方采用活動管架，管道與管架之間允許產生相對位移，不約束管道的熱變形。

3、注意事項與探討

3.1受力分析計算

熱補償管道建議考慮如下幾方面的應力與作用力計算：

①管道熱脹冷縮受約束產生的作用力--軸向荷載（內應力）。

②內壓產生的不平衡力--垂直荷載。

③活動端位移產生的作用力--側向荷載。

3.2注意原則

設置補償器系統需滿足以下三個原則：

①管道的熱伸長量不得超過補償器所允許的補償量。

②管道因膨脹和其他作用而產生的推力，不得超過固定支座所能承受的允許推力。

③不應使管道產生縱向彎曲。

3.3注意事項與探討

方形補償器相對加工方便，無需維修等優點而被大量使用，但安裝時應進行預拉伸，且占用空間較大。垂直管道安裝時，需注意承重支架和固定支架的區別，不能將承重支架焊死變成固定支架而導致問題發生。

結語：

熱補償系統是空調管網中不可或缺的一部分，在合理且經濟的設置前提下，后期施工也需要相應規范和合格，為整個空調管路系統的穩定運營提供保障。

參考文獻：

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[4]申劍.網架內管道膨脹與固定的分析[J].暖通空調，2013（43）：44-48.

作者簡介：

劉英俊（1986.12-），男，漢族，工程師，暖通設計師，研究生，從事地產機電方面。