第四章热补偿实例
在化工管道的设计安装过程中常会遇到高温管道的热补偿问题，解决管道热补偿问题对保证系统正常运行、对保护设备及对避免安全事故的发生等方面都至关重要。如何设置补偿器，如何选用补偿器及如何设置固定支架是解决热补偿问题的关键。现以广州南沙开发区某公司一工艺管道系统安装工程为例介绍管道热补偿及横向小拉杆波纹补偿器的应用。该工艺管道系统工作温度140℃，工作压力0.6 MPa，材质为碳钢，安装温度20℃，环境最低温度0℃。因管道系统分布较广，管线较长，有多处需设置补偿器进行热补偿，下面以其中一处作为例子介绍。
4.1管道布局及热膨胀分析
管道布局如图1所示。管道与设备1、2连接，其中设备1是重要设备，不能承受附加的应力。从图中可看出，管道的热膨胀应力主要在AB、BC、CD管段，C处有一DN200的支
管，由于支管受支架的约束，对这个管系来讲是一个相对固定的点，因此可以以
C点为分界，分别考虑ABC段和CD段的热膨胀及热补偿，即可解决整个管线的热补偿问题。
（1）管道膨胀量的计算
由上述分析可知,管道的热膨胀应力主要在AB、BC、CD管段，分别计算AB、BC、CD管段的膨胀量：AB管段的膨胀量： ?t(AB)=LAB×αt×?T=3×12.20×10-3×120=53 mm
BC管段的膨胀量：?t(BC)=LBC×αt×?T=21×12.20×10-3×120=31 mm CD管段的膨胀量：?t(CD)=LBC×αt×?T=13×12.20×10-3×120=19 mm 式中：?t——管线膨胀量，cm；L——管线长度，m；αt—— 材料的线膨胀系数，12.20×10-3 mm/m·℃；?T——管系的温升， ℃(安装温度按20℃计算)。
（2）膨胀节的选型及固定支架设置
由上述分析和计算可知，CD管段的膨胀量为19 mm，因设备1不能承受附加应力，为对设备1的保护，在D处设置固定支架G1，而C处本身就是一个相对固定的点，因此在C处也设置一个固定支架G2。CD管段只有轴向应力，根据其膨胀量选择通用型6TB250X4轴向膨胀节即可，这里不对该膨胀节进行详细的复核计算。下面只对ABC管段选用膨胀节进行详细介绍。
ABC管段存在纵、横两个方向的位移，根据这种情况，选用横向小拉杆波纹
补偿器，拉杆横向型波纹补偿器除可以补偿弯曲管道的横向位移和角位移，同时也可以补偿轴向位移。若将横向小拉杆波纹补偿器安装于BC段，则AB段的膨胀量53 mm对于膨胀节就是横向的位移，BC段的膨胀量31 mm则是轴向位移。根据此膨胀量选择6XLB250X8-1500型横向小拉杆波纹补偿器，该补偿器的参数如下：
轴向补偿量：X=60 mm； 轴向刚度：Kx=352 N/mm； 横向补偿量：Y=135 mm； 横向刚度：Ky=14.7 mm； 波纹管有效面积：A=62902 m2。
C处已设置了固定支架G2，在A处再设置固定支架G3，两固定支架之间再按一定间距设置多个轴向滑动支架，那么ABC管段的热膨胀即可通过上面所选的横向小拉杆波纹补偿
器进行补偿。管线的支架及膨胀节的设置简化如下图(图2)：A
4.2横向小拉杆波纹补偿器验算
(1)补偿量验算：
在使用横向小拉杆波纹补偿器时，轴向补偿量对横向补偿量有一定影响，按下式进行验算： XY1+YX1≤XY
XY1+YX1=60×53+135×31=7365≤XY=60×135=8100
故膨胀节6XLB250X8-1500满足实际X1=31 mm、Y1=53 mm的条件使用。 式中：
X、Y——膨胀节补偿量，mm； X1、Y1——管道膨胀量，mm。 (2)对补偿进行预变形，变形量?X为：
?X=X[1/2-(To-Tmin)/(Tmax-Tmin)]=31[1/2-(20-0)/(140-0)]=11 mm 要求对补偿器预拉伸11 mm。 (3)支架G2、G3的受力计算：
内压推力：F=P×A=0.6×62902=37741 N；
G2轴向弹力：F x=Kx×(X1-?X)=352×(31-11)=7040 N； G3轴向弹力：F y=Ky×Y1=14.7×53=779 N；
因受滑动支架的约束，固定支架G2、G3不受横向弹力及弯矩的作用。
4.3结语
经验算，所选的膨胀节能满足上述工况的条件使用，后来的使用情况也表明，所选用的膨胀节及支架设置合理，管线工作运行情况良好，膨胀节工作正常，设备也得到很好的保护。
4.4补偿器(膨胀节)
管道因温度变化产生热胀冷缩现象，管线受热膨胀变形，受冷收缩发生断裂，为了避免这种现象产生的管线破坏叫热力补偿。一般在管段加入补偿器，管线因温度变化而伸长或缩短的配件，热力管线上所利用的主要有波形补偿器和波纹管两种
膨胀节习惯上也叫伸缩节,或波纹管补偿器，是用以利用波纹管补偿器 膨胀节的弹性元件的有效伸缩变形来吸收管线、导管或容器由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化的一种补偿装置，属于一种补偿元件。可对轴向，横向，和角向位移的的吸收，用于在管道、设备及系统的加热位移、机械位移吸收振动、降低噪音等。
膨胀节为补偿因温度差与机械振动引起的附加应力，而设置在容器壳体或管道上的一种挠性结构。由于它作为一种能自由伸缩的弹性补偿元件，工作可靠、性能
良好、结构紧凑等优点，已广泛应用在化工、冶金、核能等部门。在容器上采用的膨胀节。
管道膨胀节在一定范围内可轴向伸缩,也能在一定的角度内克服管道对接不同轴向而产生的偏移,能极大的方便阀门管道的安装与拆卸，在管道允许伸缩量中可以自由伸缩,一旦越过其最大伸缩量就起到限位,确保管道的安全运行。主要为保障管道安全运行。 4.4.1 补偿器简介：
补偿器习惯上也叫膨胀节，或伸缩节。由构成其工作主体的波纹管（一种弹性元件）和端管、支架、法兰、导管等附件组成。
属于一种补偿元件。利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移。也可用于降噪减振。在现代工业中用途广泛。 4.4.2补偿器作用：
补偿器也称伸缩器、膨胀节、波纹补偿器。补偿器分为：波纹补偿器、套筒补偿器、旋转补偿器、方形自然补偿器等几大类型，其中以波纹补偿器较为常用，主要为保障管道安全运行，具有以下作用： 1.补偿吸收管道轴向、横向、角向热变形。
2. 波纹补偿器伸缩量，方便阀门管道的安装与拆卸。 3.吸收设备振动，减少设备振动对管道的影响。
4.吸收地震、地陷对管道的变形量。
第五章热补偿措施