直埋供热管道补偿器设置工程实例

摘要：随着供热管道直埋敷设技术的发展，无补偿安装的技术以其良好的社会效益和经济效应将得到越来越多的普及。在直埋供热管道工程设计中，我们应该进行合理的应力计算分析，选择最经济的管道壁厚。同时应该尽量利用管网的自然补偿，减少人为补偿器的设置，已达到减少管网隐患点，使供热管网更加安全稳定经济的运行。

关键字：供热直埋 自然补偿 补偿器 应力计算 无补偿

中图分类号：TU74 文献标识码： A

一、补偿器的作用

供热工程中，为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力而引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。供热管道形成有补偿管段的补偿装置分为以下几种：

（1）管道定线时自然形成的补偿弯管；

（2）人为设置的L型、Z型和U型补偿弯管；

（3）波纹补偿器、套筒补偿器、旋转补偿器等。

当供热管道经过应力分析需要设置补偿装置，且没有设置自然补偿的条件时，就需要设置补偿器。而当采用补偿器时，补偿器势必会取代管道，形成管网的危险点，这又会增加管网的事故概率。因此，在管网设计中，应尽量减少补偿器的设置，更没有必要使整个管网都处于有补偿管段中，这样，既增加了管网的投资，又增加大了出现事故的概率，降低管网的可靠性。

二、常用补偿器类型

在直埋供热管道中，最常用的补偿器为套筒补偿器和波纹管补偿器。

2.1 套筒补偿器

套筒补偿器主要有套筒（芯管），外壳，密封材料等组成.用于补偿管道的轴向伸缩及任意角度的轴向转动.具有体积小补偿量大的特点适用于热水、蒸气、油脂类介质，通过滑动套筒对外套筒的滑移运动，达到热膨胀的补偿。套筒式补偿器适用于介质工程压力≤2.5MPa，介质温度-40℃～600℃，热补偿量可按要求进行设计。单向补偿型产品，热补偿量实际使用可达500mm以上，双向补偿型产品，热补偿量实际使用可达1000mm以上。

2.2 波纹管补偿器

三、工程实例

3.1 工程简介

焦作市万方电厂配套供热管网工程，以万方电厂热电联产机组为热源，向焦作市东部供热区进行集中供热。该工程最大设计管径DN1200，供回水设计温度采用130/70℃，设计压力1.6MPa。本工程为DN600分支管工程，沿规划的市政道路下敷设，总长度约1.4公里，中间需要穿越铁路一次。

3.2 工程的初步设计

3.3 管道壁厚的选择

1）工作管最小壁厚

根据《规程》，工作钢管的计算壁厚按下式：

δt=PdD0/（2 [σ]φ+2YPd）+B

式中：δt―管道的理论计算壁厚（m），

Pd ―管道的计算压力（MPa），

D0―管道的理论计算壁厚（m），

[σ] ―管材在计算温度下的基本许用应力（MPa），

φ―许用应力修正系数，

Y―温度修正系数，

B―管道壁厚附加值（m）

经计算，DN600的计算壁厚为4.69mm。

2）循环塑性变形验算

根据《规程》（5.3.5），应满足下列表达式：

（2）

式中―内压、热胀应力的当量应力变化范围，MPa；

―泊松系数；

―管道内压引起的环向应力，MPa；

―钢材的线性膨胀系数，1/℃；

―钢材的弹性模量，MPa；

―管道工作循环最高温度，℃；

―管道工作循环最低温度，℃；

―钢材在计算温度下的基本许用应力，MPa。

将相关参数代入式（2），计算结果如下：

管道规格 壁厚（mm） 允许最大循环温差[]（℃）

由于，满足式（2）的要求，故管道不会产生循环塑性变形，即管网可以采用无补偿冷安装的敷设方式，不需要敷设波纹补偿器或补偿弯管也可以保证直管的安全。

3）局部稳定性验算

根据《规程》（5.4.2），局部失稳验算应满足下列表达式：

（3）

式中――工作管外径，m；

――工作管公称壁厚，m；

――钢材的线膨胀系数，m/（mq℃）；

――钢材的弹性模量，MPa；

――管道工作最高循环温度，℃；

――管道计算安装温度，℃；

――钢材的泊松系数，取0.3； ――管道计算压力，MPa。

由于该项目长直管线采用电预热安装，局部采用采用无补偿冷安装，按最不利考虑，取安装温度为10℃，将相关参数代入式（3），计算得出在保证管网不会出现局部失稳的前提下，DN600管道的最小壁厚为6.96mm。

4）径向稳定性验算

（4）

（5）

式中――工作管径向最大变形量，m；

――管顶单位面积上总垂直荷载，包括管顶垂直土荷载和地面车辆传递到钢管上的荷载，KPa；

――工作管外径，m；

――钢材的弹性模量，KPa；

――工作管公称壁厚，m；

――工作管平均半径，m。

将相关参数代入式（4）及式（5），当DN600管道壁厚选取8mm时，=0.017D0