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探讨热力管道补偿器在供热管道中的运用
摘要：在设计供热管道时，一个必须要考虑到的因素就是热膨胀问题，如何简单而有效的设置热力补偿设施，确保在加热状态下管道的安全使用，在热力管道的设计过程中就显得尤为重要了。
摘 要：在设计供热管道时，一个必须要考虑到的因素就是热膨胀问题，如何简单而有效的设置热力补偿设施，确保在加热状态下管道的安全使用，在热力管道的设计过程中就显得尤为重要了。 
关键词：热力管道；补偿器；波纹补偿器
中图分类号： TU995 文献标识码：A
热力管道建成投入使用后，如果遇到特殊情况，如外部环境温度突然升高或是工作介质的温度很高时，会导致整个管道系统产生大量的热膨胀以及轴向推力，如果热膨胀在短时间内不能很快消除的话，会严重损坏管道系统，导致热力管道不能正常工作而造成各种各样的损失。为了使供热管道在稳定安全的条件下正常运行使用，设计之初就必须考虑到管道的热补偿问题，在设计、施工过程中遵循安全、可靠、经济适用的原则，选用合适的补偿器就显得尤为重要。
一、供热管道设置补偿器的必要性
在生活中我们常发现一个现象，一些供热管道折成了几字形，旁边又没有看到明显障碍物需要避让，为什么要折成这个形状呢？这是因为由于钢材受热膨胀的特性，供热管道在设计时需要采取措施消除由于管道受热产生的热应力。几字形是热力管道的π型补偿弯，属自然补偿的一种，较为常见，设计安装都很方便；缺点是弯头处局部阻力大，管道内介质流经时压降大，多适用于短距离的管道。热力管道由于温度高，热胀冷缩的效应很明显，在管道布置时需增加补偿器或自然补偿来吸收热膨胀，否则会造成管道局部应力过大，引起管道撕裂等事故。所以在供热管道中设置补偿器是非常有必要的。
二、补偿器安装使用中存在的问题
目前，一些施工单位在热力管道施工过程中，不按照施工质量验收规范正确安装补偿器，部分工程师也不够重视补偿器的选择，在实际施工中因此引发的问题层出不穷，集中体现为：在设计中为降低成本，使用金属软管替代波纹管补偿器；随意选择和安装补偿器（补偿量达不到热膨胀的变形量）；不按照要求设计、安装固定支架和活动支架，安装完毕后不起作用。这些安装过程中存在的隐患不仅导致补偿器失效不起作用，而且会对管道系统带来诸多安全隐患。所以设计人员和施工单位在热力管道设计施工中必须重视补偿器，根据规定做好补偿器的工作。
三、供热管道中补偿器的选择
选择补偿器时应注意区分补偿器类型，补偿器目前主要有自然补偿器和人工补偿器两种类型。其中常见的自然补偿器有π型补偿器、L型补偿器、Z型补偿器等几种，其优点是安装制造过程较简单，能适用于各种恶劣的温度条件和压力，热补偿范围也比较大，损坏率低，且维修也较方便。而波纹补偿器、旋转补偿器、球形补偿器等则属于常见的人工补偿器。其中波纹补偿器是目前在供热管道中使用最普遍的补偿器，本文以波纹补偿器为例，分析补偿器在供热管道中的运用。
四、波纹补偿器在供热管道中的安装和运用
1 波纹补偿器
波纹补偿器适用于供热管道管径较大、温度较高时进行管路补偿工作。波纹补偿器构造并不复杂，主要由波纹管（弹性元件）和端管，再搭配支架、导管、法兰等组件构成，工作原理是利用变形弹性元件所具有的有效扩张伸缩性，从而使其中的吸收管道、导管因为热胀冷缩的原因导致尺寸大小变化的产生。所以弹性元件是其工作的核心，一般来说，弹性元件的材质大部分都是不锈钢波纹管，通过波纹管膨胀、弯曲变化，进行管道中横向、轴向的补偿。同时波纹补偿器还可以利于管道中阀门的安装与拆卸工作环节。
2 波纹补偿器的分类
在供热管道设计施工过程中，应根据管道周围环境温度因素以及具体补偿需求，在安全第一、确保质量、经济实用原则前提下，合理选用适当的波纹补偿器。波纹补偿器主要依据吸收热位移的方式进行分类，主要分为三类：一是轴向型补偿器，其中包括平衡式、内压式、直埋式、外压式等；二是角向型补偿器，包括铰链补偿器以及万向铰链补偿器等；三是横向型补偿器，主要包括大拉杆式横向补偿器和万向铰链式横向型补偿器等。
3 波纹补偿器的优缺点
①波纹补偿器优点：众所周知的是，与小区供热网相比较，城市供热管网的影响面更大，所以这就要求热网的运行也必须更可靠。波纹补偿器在不断更新换代过程中，渐渐适应了城市热网的发展方向，受到城市规划和地理位置的影响越来越小，具有了不泄露、结构紧凑、维修率低、吸收设备振动幅度大，减少因设备振动对管道造成的损耗、流动阻力小、减少地震、地陷对管道的影响等一系列优点，波纹补偿器已经越来越广泛的应用于城市供热网中。
②波纹补偿器缺点：同样，我们也注意到波纹补偿器存在的缺点与不足也有很多，集中表现为制造过程中耗费钢材，管壁较薄，承受扭力、振动的能力较弱，安全性差，在安装波纹补偿器的过程中，因其投资高、施工要求严格、设计安装准确度高，只要稍有差错，就往往达不到预期的使用寿命。目前，在大口径的供热主干线上，补偿设备唯一的选择就是波纹补偿器，一旦发生问题会造成十分严重的影响，所以必须引起高度重视。
4 波纹补偿器的安装
安装波纹补偿器的过程中，首先应该使用外力拉伸波纹补偿器，逐渐增大拉伸作用力，以保证圆周面节点受力均匀，在拉伸到补偿量二分之一时，利用补偿器自带的螺母或固定装置进行固定，所有的管道支架安装完毕和管道压力测试合格后，才可以松开螺母及固定装置。波纹补偿器应不偏不倚的与管道相连接，对于带内套筒的波纹补偿器内套筒安装的方向应与管道介质流向一致，铰链型补偿器的铰链转动平面应与位移动平面一致，防止介质冲刷，波纹补偿器的两端应安装支架，确保管道轴向不位移。安装时防止焊渣飞溅到波壳表面，防止安装时损坏波壳；波纹补偿器的所有活动原件不得卡死或限制其活动范围，以保证波纹补偿器的正常使用
结语
热力管道在工作运行时温度一般都比较高，管道系统就会产生很大的热膨胀和轴向推力。为确保管道系统的安全，应确保系统有足够的伸缩余量。在补偿器安装过程中，充分考虑实际中所应用介质的压力、承受温度范围、安装位置、后期维护等问题，科学合理选择适当的补偿器，确保热力管道安全稳定运行是十分重要的。
参考文献
[1]李汉明.波纹补偿器在管系工程中应用[J].冶金设备，2006（03）：38.
[2]陈洁.热力管道补偿器在采暖项目中的应用[J].科技信息，2010（01）：626.
[3]龙跃.热力管道波纹补偿器的设计选用浅析[J].中国水运，2011（03）：96.
中图分类号： TU995 文献标识码：A
热力管道建成投入使用后，如果遇到特殊情况，如外部环境温度突然升高或是工作介质的温度很高时，会导致整个管道系统产生大量的热膨胀以及轴向推力，如果热膨胀在短时间内不能很快消除的话，会严重损坏管道系统，导致热力管道不能正常工作而造成各种各样的损失。为了使供热管道在稳定安全的条件下正常运行使用，设计之初就必须考虑到管道的热补偿问题，在设计、施工过程中遵循安全、可靠、经济适用的原则，选用合适的补偿器就显得尤为重要。
一、供热管道设置补偿器的必要性
在生活中我们常发现一个现象，一些供热管道折成了几字形，旁边又没有看到明显障碍物需要避让，为什么要折成这个形状呢？这是因为由于钢材受热膨胀的特性，供热管道在设计时需要采取措施消除由于管道受热产生的热应力。几字形是热力管道的π型补偿弯，属自然补偿的一种，较为常见，设计安装都很方便；缺点是弯头处局部阻力大，管道内介质流经时压降大，多适用于短距离的管道。热力管道由于温度高，热胀冷缩的效应很明显，在管道布置时需增加补偿器或自然补偿来吸收热膨胀，否则会造成管道局部应力过大，引起管道撕裂等事故。所以在供热管道中设置补偿器是非常有必要的。
二、补偿器安装使用中存在的问题
目前，一些施工单位在热力管道施工过程中，不按照施工质量验收规范正确安装补偿器，部分工程师也不够重视补偿器的选择，在实际施工中因此引发的问题层出不穷，集中体现为：在设计中为降低成本，使用金属软管替代波纹管补偿器；随意选择和安装补偿器（补偿量达不到热膨胀的变形量）；不按照要求设计、安装固定支架和活动支架，安装完毕后不起作用。这些安装过程中存在的隐患不仅导致补偿器失效不起作用，而且会对管道系统带来诸多安全隐患。所以设计人员和施工单位在热力管道设计施工中必须重视补偿器，根据规定做好补偿器的工作。
三、供热管道中补偿器的选择
选择补偿器时应注意区分补偿器类型，补偿器目前主要有自然补偿器和人工补偿器两种类型。其中常见的自然补偿器有π型补偿器、L型补偿器、Z型补偿器等几种，其优点是安装制造过程较简单，能适用于各种恶劣的温度条件和压力，热补偿范围也比较大，损坏率低，且维修也较方便。而波纹补偿器、旋转补偿器、球形补偿器等则属于常见的人工补偿器。其中波纹补偿器是目前在供热管道中使用最普遍的补偿器，本文以波纹补偿器为例，分析补偿器在供热管道中的运用。
四、波纹补偿器在供热管道中的安装和运用
1 波纹补偿器
波纹补偿器适用于供热管道管径较大、温度较高时进行管路补偿工作。波纹补偿器构造并不复杂，主要由波纹管（弹性元件）和端管，再搭配支架、导管、法兰等组件构成，工作原理是利用变形弹性元件所具有的有效扩张伸缩性，从而使其中的吸收管道、导管因为热胀冷缩的原因导致尺寸大小变化的产生。所以弹性元件是其工作的核心，一般来说，弹性元件的材质大部分都是不锈钢波纹管，通过波纹管膨胀、弯曲变化，进行管道中横向、轴向的补偿。同时波纹补偿器还可以利于管道中阀门的安装与拆卸工作环节。
2 波纹补偿器的分类
在供热管道设计施工过程中，应根据管道周围环境温度因素以及具体补偿需求，在安全第一、确保质量、经济实用原则前提下，合理选用适当的波纹补偿器。波纹补偿器主要依据吸收热位移的方式进行分类，主要分为三类：一是轴向型补偿器，其中包括平衡式、内压式、直埋式、外压式等；二是角向型补偿器，包括铰链补偿器以及万向铰链补偿器等；三是横向型补偿器，主要包括大拉杆式横向补偿器和万向铰链式横向型补偿器等。
3 波纹补偿器的优缺点
①波纹补偿器优点：众所周知的是，与小区供热网相比较，城市供热管网的影响面更大，所以这就要求热网的运行也必须更可靠。波纹补偿器在不断更新换代过程中，渐渐适应了城市热网的发展方向，受到城市规划和地理位置的影响越来越小，具有了不泄露、结构紧凑、维修率低、吸收设备振动幅度大，减少因设备振动对管道造成的损耗、流动阻力小、减少地震、地陷对管道的影响等一系列优点，波纹补偿器已经越来越广泛的应用于城市供热网中。
②波纹补偿器缺点：同样，我们也注意到波纹补偿器存在的缺点与不足也有很多，集中表现为制造过程中耗费钢材，管壁较薄，承受扭力、振动的能力较弱，安全性差，在安装波纹补偿器的过程中，因其投资高、施工要求严格、设计安装准确度高，只要稍有差错，就往往达不到预期的使用寿命。目前，在大口径的供热主干线上，补偿设备唯一的选择就是波纹补偿器，一旦发生问题会造成十分严重的影响，所以必须引起高度重视。
4 波纹补偿器的安装
安装波纹补偿器的过程中，首先应该使用外力拉伸波纹补偿器，逐渐增大拉伸作用力，以保证圆周面节点受力均匀，在拉伸到补偿量二分之一时，利用补偿器自带的螺母或固定装置进行固定，所有的管道支架安装完毕和管道压力测试合格后，才可以松开螺母及固定装置。波纹补偿器应不偏不倚的与管道相连接，对于带内套筒的波纹补偿器内套筒安装的方向应与管道介质流向一致，铰链型补偿器的铰链转动平面应与位移动平面一致，防止介质冲刷，波纹补偿器的两端应安装支架，确保管道轴向不位移。安装时防止焊渣飞溅到波壳表面，防止安装时损坏波壳；波纹补偿器的所有活动原件不得卡死或限制其活动范围，以保证波纹补偿器的正常使用
结语
热力管道在工作运行时温度一般都比较高，管道系统就会产生很大的热膨胀和轴向推力。为确保管道系统的安全，应确保系统有足够的伸缩余量。在补偿器安装过程中，充分考虑实际中所应用介质的压力、承受温度范围、安装位置、后期维护等问题，科学合理选择适当的补偿器，确保热力管道安全稳定运行是十分重要的。
参考文献
[1]李汉明.波纹补偿器在管系工程中应用[J].冶金设备，2006（03）：38.
[2]陈洁.热力管道补偿器在采暖项目中的应用[J].科技信息，2010（01）：626.
[3]龙跃.热力管道波纹补偿器的设计选用浅析[J].中国水运，2011（03）：96.