新型补偿器在长输热网中应用

摘要：本文简述新型补偿器的工作原理和特点，并探讨在热网工程中布置的形式，以及布置原则，通过工程实例阐述它在热网管道补偿中的应用，以及与其他补偿器相比的优点。
关键词：补偿器；热网；应用
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1 概述
近年来，新型补偿器已成为国内蒸汽管道敷设采用的主要的补偿器元件之一，尤其在长输热网中，新型补偿器体现了很大的作用。它不仅具有补偿量大、运行可靠，安全经济的作用，对于减少压力损失也起到了很大的作用。在辽宁营口产业基地至可口可乐热网工程项目中，旋转补偿器和波纹管补偿器是主要的补偿方式。

2 最常见的补偿方式及特点

目前常用的补偿方式有：自然补偿（含π型补偿）、波纹管补偿器补偿、套筒补偿器、球形补偿器、方形补偿器及无推力旋转筒补偿器补偿等，应根据不同的敷设方式采用不同的补偿型式。管道尽可能利用跨越和走向转折及调整管道高差产生自然的π型、L型和Z型补偿。为减少压损，没有自然补偿的平直管段应采用合适的补偿器，不特意设置π型补偿。
波纹管补偿器，该补偿器主要有吸收轴向位移的内压轴向型、外压轴向型；吸收横向（侧向）位移的大拉杆横向型和复式拉杆型；吸收角位移的万向型和铰链型。优点是结构紧凑占地少，无泄漏，补偿量较大；缺点是内推力大，对安装质量要求严格。
套筒补偿器，该补偿器具有补偿量较大，占地小，流阻小等优点；缺点是只能用于无横向位移的条件下，易泄漏，维护工作量大，推力大，对制造和安装有严格的要求。因此，目前采用此类型较少。
球形补偿器，该补偿器主要利用角位移，一般由两个组成一组，吸收量一般为0～15°，最大可达23°，补偿量大，但易泄漏，可靠性较差，大口径球形补偿器使用实践较少。
方形补偿器，该补偿器不需要购写，用四个弯头及直管段焊接而成，优点是加工简单、安装方便，补偿量根据臂长和宽确定，是最常见的补偿器。缺点是水平方形补偿器占地大，流动阻力也大。
无推力旋转筒补偿器，结构选型：本管网工程选型为目前最先进可靠的耐高压自密封旋转补偿器，使用参数范围：压力为1.0～4.0MPa，温度为-60℃～420℃，超过此范围需另行设计。产品结构为双重密封，一为：环面密封，密封面厚度不小于4cm；二为：端面密封，端面密封面不小于2.5cm，端面密封材料为耐磨高强度不锈钢复合密封件，抗压强度≥50MPa。产品结构：结构主要有整体密封座（密封座必须为二级锻钢整体打造，严禁拼接，避免应力集中）、密封压盖、密封压盖装有减摩定心轴承、异径管、环面密封材、，耐磨高强度不锈钢复合端面密封材料、旋转筒体、紧固件等部件组成。
在辽宁营口产业基地至可口可乐热网工程中，蒸汽管道热补偿架空部分采用自然补偿和无推力旋转筒补偿器，直埋敷设管线部分采用外压轴向型波纹管补偿器补偿。这两种补偿器作为新型的补偿器在长输热网工程中的应用，在辽宁地区是首个项目，该项目单线长度达12公里以上，温降和压降均比常规热网低，成为东北地区的集中供热长距离的示范项目。下面主要介绍下旋转补偿器在热网项目中的应用。

3 无推力旋转补偿器在热网项目中应用的优点

3.1 产品安全性能高：因为产品结构合理，使用材料厚度≥热网管道母材厚度，运行中可经受水击的破坏力；产品耐温耐压，能满足工程要求，能承受管线的温度、压力突然变化所产生的破坏力，安全性能高。
3.2 设计方便：在设计热网时，波纹管补偿器补偿的条件较为苛刻，必须遵循五大黄金原则，套筒补偿器要“严格找中”的原则，并要考虑波纹管补偿器、套筒补偿器的应力、盲板力、摩擦力、内压推力等。由于旋转补偿器的型式多样，可以根据管道的走向不同，合理选择合适的旋转补偿器型式，即可解决管道的补偿问题。

3.3 产品的寿命长：产品的寿命可达20年以上，超过热网管道的使用寿命。

3.4 补偿量大：补偿量可达1800mm，每组补偿器可以补偿200～500米，可以长距离输送蒸汽管线补偿使用。
3.5 管道运行经济性高：使用旋转补偿器补偿，由于补偿器补偿距离增长，可以比自然补偿和套筒补偿减少弯头，从而可以减少压降，使热网的管损减少，作为长距离输送热网的主要补偿方式之一。
3.6 安装方法和形式多样化：可以根据管线的走向，结合现场的地形，合理选择旋转补偿器补偿的型式，解决蒸汽管道的补偿问题，工程安装方便，无需冷拉、预紧等施工工艺，只需对焊即可。
3.7 管道运行经济性高：可以减少压降，因为可以在热网设计中，减少自然补偿，减少弯头，减少压力损失，大大降低热网的运行成本，使热网运行的经济效益显著提高，提高电厂的供热半径，提高电厂的供热经济效益和社会效益。
3.8 投资省：因旋转补偿器的补偿距离长，采用的补偿器数量减少，且对土建的固定墩推力小，固定墩的设置数量比较少，固定墩的规模比较小，大大节省了土建的投资，与其它的补偿器相比，工程总投资要节约20～40%，经济效益相当的可观。

4 旋转补偿器在工程中的应用

在辽宁营口产业基地至可口可乐热网工程中，前面架空管线主要是DN400的蒸汽管线，全长5100m，后面DN350的蒸汽管线为地埋管线，全长约2000m，架空管线主要采用的是旋转补偿器补偿和自然补偿相结合，后面地埋主要采用的是波纹管补偿器补偿和自然补偿相结合的方式。以补偿距离300米为例如采用传统的方形补偿器进行补偿，大约

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70到80米就需要设置一组方形补偿器，则300米距离需要4个方形补偿器才可以补偿，按照每个方形补偿器折算成当量长度为55米，则4个方形补偿器的当量长度为55×4=220米，总的当量长度距离为520米，则每公里管道的压降大大增加，约为0.12～0.15MP，而对于方形补偿器来说每个固定墩所承受的推力大约为7～8t，管墩的基础的成本大大增加，加上方形补偿器较高，每公里工程总造价需要180～200万；如采用套筒补偿器进行补偿，大约需要50～60米一个，则需要6个才可以补偿，按照每个套筒补偿器折算成当量长度为12.6米，则6个套筒补偿器的当量长度为12.6×6=75.6米，管墩的基础的成本大大增加，总的当量长度距离为375.6米，则每公里管道的压降约为0.06～0.10MPa，每个固定墩所承受的推力大约为50～60t，每公里工程总造价需要200～240万；采用旋转补偿器进行补偿，补偿量可以最大可以达到1000mm，则300米只需要一组旋转补偿器，按照每个旋转补偿器折算成当量长度为6.3米，则2个旋转补偿器的当量长度为6.3×2=12.6米，一个热压弯头大约为10.5，则4个热压弯头为10.5×4=42米，总的当量长度距离为300+12.6+42=354.6米，则每公里管道的压降约为0.02～0.05MPa，每个固定墩所能承受的推力大约1.3～1.6t，每公里工程总造价需要160万；通过以上比较分析可以看出旋转补偿器不但补偿距离长，且造价低，投资省，压降小，安全可靠；为长距离管网输送的第一选择。
参考文献
动力管道设计手册.机械工业出版社[Z].
工业金属管道设计规范[S].GB 50316-2000（2008年版）
[3]集中供热设计手册[M].中国电力出版社.
[4]旋转式补偿器厂家样本[Z].