工业公用介质管道中热补偿技术的研究与应用.pdf

81工业公用介质管道中热补偿技术的研究与应用招方超张刘斌/中国电建市政建设集团有限公司【摘要】在蒸汽管道设计中，管道补偿的设置是否合理直接关系到蒸汽管道的运行安全和建设成本。同时，补偿形式的选用又受到管道敷设空间、用汽要求、管道工程造价等诸多因素的影响。如何选用合适的补偿器，编制合理的补偿器安装施工技术，提高补偿器一次安装合格率成为管廊工程中降低建设成本的关键。【关键词】1工业公用介质管道热补偿旋转补偿器1引言随着社会发展，节能环保成为社会关注的热点和国家的基本国策，供热管线建设里程和供气量已成为国家考核热电厂的指标以及供热单位经济效益的晴雨表。蒸汽管道设计中管道补偿设置是否合理直接关系到蒸汽管道的运行安全和建设成本，补偿形式的选用又受到管道敷设空间条件、用汽要求、管道工程造价等诸多因素影响。蒸汽管道的补偿分为自然补偿和管道补偿器补偿两种。目前，常用管道补偿器有波纹补偿器、套管式补偿器、旋转式补偿器和球形补偿器。自然补偿安全可靠，在地形变化较大或蒸汽管道拐弯场合应尽量利用管道本身的走向，并在适当的位置设置导向架和固定架，国内外大多数认为元型、Z型、L型等自然补偿方式比较简易，安全耐久，所以列为蒸汽管道的首选补偿方案。但是自然补偿有着补偿量小、占地面积大、成本高等缺点，工业用蒸汽管道就需要靠管道补偿器补偿。随着管廊技术的推广及现场施工环境的限制等多方面的因素影响，旋转补偿器的应用得到了较大规模的使用。2工程概况安徽（淮北）新型煤化工合成材料基地综合管廊二期工程位于安徽（淮北）新型煤化工合成材料基地内。本项目主要由土建基础、钢结构框架和工业管道三部分组成。设计使用年限50 年，建筑结构的安全等级为二级，地基基础设计等级为丙级，场地类别类，抗震设防烈度V度，钢结构设防类别为丙类，抗震等级为四级，地基基础采用柱下独立基础。管廊长约6 km，主要管道包括污水管道、中水管道、浓盐水管道、蒸汽管道等，位于创新路（临白路西段）南侧，淮盛路东侧，孟沟南侧（污水处理厂至临白路）。热补偿技术应用于安徽（淮北）新型煤化工合成材料基地综合管廊二期工程蒸汽管道中，管道规格为DN400，该管道主要是将临决中利电厂的蒸汽通过管廊输送至有需求的园区企业，其中最高设计压力为1.6 MPa，最高设计温度为3 0 0，主要材料为2 0 号无缝钢管。3旋转补偿器安装施工技术3.1产品结构原理及示意图旋转补偿器安装时有Q型补偿器及元型补偿器两种选择，2 型补偿器一般都是用于补偿量较大管线，元型补偿器一般都是用于不在同一轴线管线。免维护旋转式补偿器的补偿原理是通过双旋转筒和L力臂形成力偶，使大小相等、方向相反的一对力，由力臂回绕着之轴中心旋转，以达到力偶，补偿两边热管产生的热胀量。免维护旋转补偿器由变径管、内套管、密封座外套油性石磨填料、螺母螺栓压簧组合、填料盖及压紧法兰构成，填料盖法兰及压紧法兰之间设有压紧弹簧。旋转补偿器示意见图1。3.2旋转式补偿器的布置3.2.1元型组合旋转式补偿器元型组合旋转式补偿器见图2。当补偿器布置于两82试验与研究12345678910图1旋转补偿器示意图1一内管；2 一滚珠；3 一弹簧压紧法兰；4一弹簧；5一填料压紧法兰；6 一拉杆螺帽；7 一填料；8一变径管；9 一滚动环式滚珠；10 一延伸管固定支架之间时，则热管运行时的两端有相同的热胀量和相同的热胀推力，将力偶绕着中心旋转了，以达到吸收两个方向相对、大小相同的热胀量。当补偿器的布置不在两固定支架中心，而偏向热管较短的一端，在运行时的力偶臂L的中心偏向较短的一端回绕来吸收两端方向相对、大小不等的膨胀量1、2。该补偿器适应性较广，适用于平行路径。3.2.22型组合旋转式补偿器型组合旋转式补偿器见图3，主要用在热管道的直管段。它由热管道两侧对称布置，由力偶臂L和成对的旋转筒组成形状的两对力偶，依靠两固定支架间的热管道，相对指向补偿器的热胀力推动两对力偶同步旋转，如图3 的角和B间距由大变小，以达到吸收最大的热胀量max=Bmax-Bmin。YA旋转筒ZX热胀方向文热热胀结束0热胀方向旋转角度Y胀开始（a）立体图（平行布置）（b）平面图图2元型组合旋转式补偿器?最大偏装量热膨胀空间（a）立体图（平行布置）（b）平面图图3Q型组合旋转式补偿器4施工准备4.1人员准备根据实际情况安排管工、电焊工、气焊工、油漆工、起重工等工种。4.2施工材料准备按施工材料计划备好施工用料，并能及时配套供应。主要材料为导向滚动支架、钢板、电焊条、氧气、乙炔、油漆等，所到材料应有出厂合格证、检验报告等质量证明文件，其质量指标应不低于现行国家或部颁技术标准。根据图纸要求，核对旋转补偿器的规格型号、材质。83业公用介质管道中热补偿技术的研究与应用4.3施工机具准备施工机具主要为汽车起重机、直流电焊机、焊条烘干箱、焊条保温箱、手握砂轮机、气焊工具、扳手、水平尺、铅锤、直角尺、卷尺及手锤等。4.4施工技术准备施工前由工程技术部组织参与施工的相关人员熟悉图纸、施工流程等，并进行技术培训，现场实地勘察，查看施工条件及施工作业面是否具备施工条件，并核对土建的管架是否符合施工图纸的要求，主要核查管架的间距、标高、预埋件强度、直线度等，并与土建施工单位办理好中间交接验收手续。5施工工艺流程工业公用介质管道中热补偿技术施工工艺流程图见图4。材料机具技术准备材料设备检查运输设备施工定位、放线坡口加工氩弧焊打底、检查、验收试压焊口清理、防腐管道与补偿器组对电焊盖面图4施工工艺流程图（1）根据图纸要求，检查旋转补偿器的规格型号是否符合图纸要求，检查补偿器的内管外端是否露出压盖，是否能够达到设计要求。（2）根据图纸要求，确定旋转补偿器的安装位置及组合形式，按图将补偿器焊接在管道上，焊接时应采取防护措施保护补偿器。安装时应按补偿器的规定流向进行安装，注意补偿器中有安装方向的指示标志。补偿器与管道要保持同心，焊口组对前，应将管端内外及坡口清理干净；组对时，同等壁厚管子与补偿器组对后，内壁应平齐；不同壁厚管子、管件组对后，其错边量不超过壁厚的10%，且不大于1mm；若错边量超过规范规定时，应按规范规定处理后再组对。点焊时分为三点点焊，每点点焊长度15 2 0 mm。（3）焊接时，严禁在焊件表面引弧或试验电流；分层焊接应将底层打磨清理干净后，再进行下道焊接；面层不宜过宽，跨越两侧坡口12 mm为宜；焊后应及时将焊渣及飞溅物清理干净，并在焊缝附近标上焊工代号。（4）管道焊接在环境温度低于一2 0 时采取搭棚及采暖措施；当风速不小于8 m/s（气体保护焊为2 m/s），相对湿度大于9 0%，或下雨、下雪时，要采取防风、防雨（雪）及除湿措施；冬季施焊时应将管道两端堵死，防止穿堂风影响焊接质量。（5）焊缝检验采用X光射线检查，探伤数量及合格标准应符合设计要求及规范规定，根据规范要求射线检查比例为每个焊工焊口数量的10%。对于不合格的焊缝按规范规定处理合格。（6）安装完成后检查旋转补偿器的压盖螺栓是否均匀一致，拧紧时不要过紧，只要均匀，然后进行水压试验，水压试验与管路试验一起进行，试验要求与管路试压一样。（7）试验合格后涂刷红丹防锈漆两道。（8）旋转补偿器的偏装量根据补偿量的大小，补偿器应设置偏装量C，偏装量C是补偿量的1/2。根据补偿量，计算出横向位移量，安装时管道托座在支柱上必须有足够的位置。6质量验收规范采用城镇供热管网工程施工及验收规范(CJJ282014)验收。6.1一般规定（1）补偿器生产厂家会根据其生产产品的特点提出一些具体的安装要求，并在随产品出厂的安装说明书中体现出来，所以要认真阅读安装说明书，避免安装失误。（2）安装操作时，不得损伤补偿器，例如机械损伤、焊接操作时的飞溅、搭接地线及不当位置引弧造成的灼伤等。在实际工程中，出现过用补偿器变形的办法来调整管道安装偏差的情况，其结果导致管网运行时套筒补偿器被卡住不能正常吸收位移；或者轴向波纹管补偿器波纹压缩不均不能正常工作，严重时会导致管网泄漏发生重大安全事故。（3）根据设计要求需作预变位的产品，施工单位应按照设计要求的预变形量进行施工，预变位操作应留有相应的记录。（4）补偿器的各种装置有不同的用途，在安装完毕后依据安装说明书的要求拆除或调整，否则将影响补偿器的正常工作。6.2补偿器（1）安装前应按设计图纸核对每个补偿器的型号和安装位置，并对补偿器外观进行检查、核对产品合84试验与研究格证。（2）补偿器应与管道保持同轴，安装操作时不得损伤补偿器。（3）不得采用使补偿器变形的方法来调整管道的安装偏差。（4）补偿器应按设计要求进行预变位，预变位完成后应对预变位量进行记录，并可按城镇供热管网工程施工及验收规范（CJJ282014）表A.0.10的规定填写。（5）补偿器安装完毕后应拆除固定装置，并应调整限位装置。（6）补偿器应进行防腐和保温，采用的防腐和保温材料不得腐蚀补偿器。（7）补偿器安装完成后应进行记录，并可按城镇供热管网工程施工及验收规范(CJJ 282014）表A.0.11的规定填写。7安全管理措施（1）电焊机外壳必须有良好的接零或接地保护，其电源的装拆应由电工进行。电焊机的一次与二次绕组之间，绕组与铁芯之间，绕组、引线与外壳之间，绝缘电阻均不得低于0.5MQ。（2）电焊机应放在防雨和通风良好的地方，焊接现场不准堆放易燃、易爆物品，使用焊机必须按规定穿戴防护用品。（3）交流弧焊机一次电源线长度应不大于5m，电焊机二次线电缆长度应不大于3 0 m。（4）焊把线、地线禁止与钢丝绳接触，更不得用钢丝绳或机电设备代替零线。所有地线接头必须连接牢固。（5）雷雨时，应停止露天焊接作业。更换场地移动把线应切断电源，不得手持把线爬梯登高。（6）工作结束，应切断焊机电源，并检查操作地点，确认无起火危险后方可离开。设备应维修保养，做好十字作业（清洁、润滑、调整、紧固、防腐）。（7）电焊时应按现场防火制度申请动火审批手续和监护措施。（8）电气设备的设置、安装、防护、使用、维修必须符合施工现场临时用电安全技术规范（JGJ46一2005）的要求。（9）下班时应将工具、材料收拾到工具棚中，以免丢失。8产品保护措施编制施工进度计划，合理安排工序，避免倒工序施工。加强成品的保护工作，在交叉施工阶段时，上下道工序的交接双方要派人实施现场监护，确保产品不受损坏。对于下道工序施工时会对产品造成污染与损坏的，应做好铺垫、包扎等保护措施。9结语管廊工程蒸汽管道设计时，管道的热胀冷缩通常采用管道自然补偿以及波纹管补偿的形式加以吸收。由于管廊上管道数量多、受力复杂，自然补偿与波纹管补偿所产生的巨大内压推力与弹性力会对整个管廊产生很大的推力，影响整个管道系统的安全运行。以往解决这一问题的方法是增加土建工程量、增大固定支柱的尺寸。但是，由于波纹补偿器的使用寿命、产品质量及安装精度等原因，管道经常出现腐蚀、拱起、泄漏和爆裂等问题，导致非计划停车或发生危及人身及设备安全的事故。自然补偿形式虽然安全性好、推力大，但补偿量小，而且每隔几十米绕一圈，导致管线数量增加，不仅浪费材料，还增加了管道的沿程阻力，降低了管道使用性能，增加了运行成本。而旋转补偿器的出现使得管廊上管道的布置设计有了新的理念，旋转补偿器具有补偿量大、节约安装空间、安装灵活可靠等特点，特别适合长距离蒸汽输送管线热补偿，具有其他类型的补偿方式所无法相比的优势。据周边管廊项目调研，与采用其他类型补偿器相比，可大幅节约工程总投资约2 5%，经济效益相当可观。因其可靠性、优越性、实用性突出，旋转补偿器的使用将在今后的供热管道工程中得到更多的推广和应用。参考文献1钱忠仁，钱忠平，张盼旋转补偿器产品特点及应用J.管道技术与设备，2 0 15（6）：54-55.2高宏福免维护旋转补偿器在工业供热管网中的应用探讨J工程建设与设计，2 0 19（2 0）：50-51.