常见管道补偿器的选择与安装解析

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一、管道补偿器的由来

补偿的基本意思有弥补缺陷，抵消损失。任何材料随温度变化，其几何尺寸将发生变化， 当管道输送介质或管道所处环境有温度变化时，管道由温度引起的热胀冷缩是不可避免的，如果不采取一定的方式补偿该尺寸变化，将会在管壁内产生很高的应力，通过管道传至固定管架或设备，当温差过某一范围时，温差应力大于管子可承受的应力范围，这时就必须考虑补偿问题，补偿器概念因此而产生。

二、管道补偿器的作用及应用场景

管道补偿器可以补偿并吸收管道的轴向，横向和角向热变形。吸收设备振动，减少设备振动对管道的影响，并吸收由于地震和地陷引起的管道变形。补偿器用于建筑有沉降缝，长距离直管段，冷热管网，设备的出入口处。

三、常用补偿器的种类

1、根据补偿器的形成和外形可分为两类：

1）凡是因工艺需要在布置时自然形成的弯曲管段称为自然补偿器，如L 形补偿器和Z 形补偿器。

2）凡是专门设置的用来吸收管道热膨胀的弯曲管段和伸缩装置称为人工补偿器，如П 形补偿器（方形补偿器）、波纹式补偿器、套管式补偿器(填料式补偿器)等。

四、几种常见补偿器的分析

1、自然弯管补偿器（L和Z型）

1、自然补偿器组成与工作原理：

1）自然补偿是利用管路几何形状所具有的弹性来吸收热变形。

2）最常见的是将管道两端以任意角度相接，多为两管道垂直相交。

3）自然补偿的缺点是管道变形时会产生横向的位移，而且补偿的管段不能很大。

4）自然件偿器分为L 形（管段中90º ~ 150º弯管）和Z 形（管段中两个相反方向90º弯管），安装时应正确确定弯管两端固定支架的位置。

2、自然补偿器的优缺点：

1)优点是：自然补偿器由于自然补偿器是布置管道时自然形成的，不必多费管材，也不增加介质的流动阻力。

2)缺点是：占用空间大，有一定的局限性。

3、自然补偿器的应用条件：

1）供暖供回水管道应充分利用自然补偿的可能性，造价低。

2）自然补偿每段臂长长度受限，一般不宜大于20~30m。

3）用弯管伸缩器时，应预拉伸缩管。＜380℃时预拉伸量宜取管道热伸长量的50％；当输送热介质温度＞380℃而＜450℃时，预拉伸量宜取管道热伸长量的70％ 。

4）管道公称直径＜300mm时，宜利用自然补偿，当自然补偿不能满足要求时应采用补偿器；管道公称直径≥300mm时宜采用补偿器。

5）焊接钢管管径大于32mm的管道转弯，在作为自然补偿时应使用煨弯。

6）塑料管及铝塑复合管除必须使用直角弯头的场合外应使用管道直接弯曲转弯。

7）直埋敷设热水管道自然补偿转角管段应布置成60~90°。

8）当弯管转角大于150°时不能用自然补偿，自然补偿的弯曲应力不应超过80MPa。

2、方形补偿器

1）方形补偿器的工作原理及组成

（1）方型补偿器也叫方胀力或胀力弯，由管子弯制的弹性变形吸收管道的热膨胀，П（方型）形补偿器最常用的人工补偿器。

（2）制作方形补偿器必须选用质量好的无缝钢管，整个补偿器最好用一根管子煨制而成，由4 个90°弯管组成。

（3）如需接口则接口应设在垂直臂的中间位置，且接口应焊接；DN≤40mm时也可用水煤气管制造，弯曲半径R=4D；适合于小直径管道。

2）方形补偿器的优点：

（1） П形补偿器的补偿能力大(可达400 mm)，使用和维护都很简便。

（2）制造安装方便，与套筒补偿器和波纹补偿器相比，作用在固定支架上的轴向推力较小，热补偿量较大，适用于各种压力和温度条件；

（3）安全性较高，正常运行中无需维护，不需要设置检查井。

3）方形补偿器的缺点：

缺点是尺寸大，占地面积大，结构也比较复杂，还增加了介质的流动阻力。

4）方形补偿器的应用条件：

（1）安装方形补偿器时，为减小补偿器的变形弹力和提高补偿能力，须将其外臂预先拉开一定的长度，再安装在管道上。

（2）П形补偿器在油库和炼油厂得到广泛应用，只有当安装地点受限制时才选用其它类型补偿器。

3、波纹补偿器

1）波纹补偿器的组成工作原理：

（1）波纹补偿器是利用波纹管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。

（2）波纹式补偿器这种补偿器是用3 ～4 mm 的钢板、红铜、铝板等金属薄片制成的。

（3）它利用金属本身的弹性伸缩来减小管道的热应力。每个波纹可吸收膨胀值5～15mm，波纹总数一般不超过6个。

（4）其补偿能力与波形管的外形尺寸、壁厚和管径大小有关：

（5）压力越高、波壁越厚、管径越小、其刚性越大，补偿能力越小。

3）波纹补偿器的分类：

（1）波纹补偿器（波纹管）按位移形式分类，基本可分为轴向型、横向型、角向型及压力平衡型波纹膨胀节（波纹管）。

（2）按是否能吸收管道内介质压力所产生的压力推力（盲板力）分类，可分为无约束型波纹膨胀节（波纹管）和有约束型波纹膨胀节（波纹管）。

（3）按波纹补偿器的波形结构参数分类，可分为U形、Ω形、S形、V形波纹膨胀节（波纹管），当前国内外的膨胀节（波纹管）产品以采用U状波形结构者居多。

4）波纹补偿器的优点：

（1）结构紧凑，占空间较少，可直埋；

（2）使用场景多，波形补偿器一般用于公称压力≤1.0MPa、公称直径≥150mm的场合，也可用于常压和低压的大口径管道。

（3）在锅炉烟风管道中应用的可以达到DN4000mm。

5）波纹补偿器的缺点：

（1）缺点是制造比较困难、耐压低、补偿能力小。

（2）波纹补偿器管壁较薄不能承受扭力、振动，安全性差；

（3）设备投资高、设计要求严、施工安装精度高、往往达不到预期寿命；

（4）轴向型波纹补偿器对固定支架产生压力推力，造成固定支架推力大，从而造价高。

6）波纹补偿器的应用条件：

（1）通常只适用于直径大于150 mm 的低压管道和内压力小于0.7 MPa 的气体管道上。

（2）波纹补偿器不能承重，应单独吊装，除非对波纹补偿器采用加固措施，否则不允许波纹补偿器与管道焊后一起吊装。

（3）在安装中应按照厂家推荐的数据来正确设计波纹补偿器的度，在任何情况下不能拉伸或压缩或扭转波纹管去补偿安装偏差，以免影响波纹补偿器的正常功能，降低使用寿命和增加管系、设备接管及支撑构件的载荷。

（4）膨胀节周围要留有足够的空间，以保证膨胀节在设计范围内能自由运动。

4、套管式补偿器

1）套筒式补偿器的原理

内外管的间隙用填料密封，内插管可以随温度变化自由活动，从而起到补偿作用。

2）套筒式补偿器的组成

（1）主要由三部分组成：带底脚的套筒、插管和填料。

（2）套管式补偿器这种补偿器是用铸铁或钢制成的。用铸铁制成的用于内压不超过10MPa 的管道上，用钢制成的用于内压不超过1.6MPa的管道上。

3）套筒式补偿器的优缺点

（1）填料式补偿器安装方便，占地面积小，流体阻力较小，抗失稳性好，补偿能力较大(可达150～300 mm)；

（2）缺点是轴向推力较大，易漏水漏气，需经常检修和更换填料，对管道横向变形要求严格。

4）套筒式补偿器的使用场景

使用于因地域受到限制不宜采用П形补偿器的管道上，如地沟中的管道和油码头上的管道等。

五、各类补偿器的安装的一般要求

1、自然补偿器

1）自然补偿器的安装最简单，但是占用空间大，有一定的局限性。

2）通常情况下，L 形补偿器长臂的长度不宜过大，一般为20～25 m，否则会造成短臂的侧向移动力过大而失去作用;Z 形补偿器的有效长度一般控制在40～50m的范围内。

3）在制作安装自然补偿器时应严格按照施工图进行，不宜对其长短臂和支架进行随意改动，以免补偿器失去应有的作用。

2、 П形补偿器安装（方形补偿器）

1）П形补偿器前必须对补偿器进行预拉伸或预压缩。

2）补偿器吊装就位后，对正式生产运行后管道膨胀的进行预拉伸，对管道收缩的进行预压缩。

3）预拉伸或预压缩的值为其设计补偿量的一半，偏差不得大于±10 mm，以充分利用其补偿能力。

4）预拉伸、预压缩的焊缝位置应选择在距补偿器弯曲点2.0～2.5 m处。

5） П形补偿器通常采用水平安装，只有在空间狭小不能水平安装时，才允许垂直安装。

6）水平安装时，平行臂应与管线坡度相同，两垂直臂应平行并呈水平状态。

7）垂直安装时应根据不同介质设置排气或疏水装置，但不得设置在弯曲处。

8）埋地管道补偿器上下游2m范围内，应采用易压缩土替换较硬的土质，敷设于冻土地带的补偿器，应水平安装在不冻土层。

9）安装П形补偿器时，应用3 个以上受力点起吊，将两垂直臂撑牢，并把撑拉结构和补偿器一起固定好，以防变形。

10）当补偿器与两个固定支架之间的管道组对焊接后，才可把撑拉结构从补偿器上取下。

3、波纹式补偿器

1）安装前应检查补偿器的类型，规格和管路配置，且需要符合设计要求；

2）波纹式补偿器安装 时，应根据补偿零点温度(t补)定位，补偿零点温度就是在管道设计时考虑达到的最高和最低温度的中点。

3）当环境温度(t 环)等于补偿零点温度时安装，可不进行预拉伸或预压缩；当环境温度高于补偿零点温度时安装，应进行预压缩；当环境温度低于补偿零点温度时安装，应进行预拉伸。

4）预拉伸或预压缩的数值见表1。 波纹式补偿器的预拉伸或预压缩应在干净平整场地上进行，并保证各波节的周围方向受力均匀，拉伸或压缩的偏差应小于5mm，当拉伸或压缩达到要求的数值时, 应立即安装固定。

5）水平安装时应注意使管道内输送介质的流动方向从有焊缝的一端流向另一端，并与管道的坡向一致，防止凹槽内大量积水，同时还需在波峰下端设置防水装置。垂直安装时内套有焊缝的一端应置于上部。

6）波纹式补偿器的中心线不得偏离管道中心线。

7）吊装过程中，不得将吊绳绑扎在波节上，更不能在波节上焊接支架和其它附件。

8）波纹式补偿器安装完毕应对其进行仔细检查，确认波纹管没有损坏。

9）严禁使用金属波纹补偿器的方法来调节管道的安装公差，以免影响补偿器的正常功能。减少使用寿命及增加管系、设备、支承构件的载荷；

10）在安装过程中，不允许焊渣溅落在波壳表面。不允许波壳受到其他机械损坏；

11）补偿器的所有活动部件均不得被外部部件卡住或局限其活动范围，并应确保每个活动部件的正常运动。

12）在管道系统安装后，应尽快拆除用于在金属波纹补偿器上安装和运输的黄色辅助定位部件和紧固件，并根据设计要求调整至规定位置。使管路系统在环境条件下具有足够的补偿能力；

14）在水压测试期间，应在带有补偿器的管线末端的辅助固定管架上进行加固，以使管线不会移动或旋转，对用于气体介质的补偿器及其连接管路，要注意充水时是否需要增设临时支架；

4、套管式补偿器

1）套管式补偿器应按设计文件规定的安装长度及温度变化留有剩余收缩余量。

2）套管式补偿器在安装时也可不经过计算，按2所示条件留出剩余收缩余量。

3）套管式补偿器分为单向和双向补偿两种，单向补偿器应安装在固定支架旁边的平直管道上；双向补偿器应安装在两固定支架中部，同时两侧应设1～ 2个导向支架。

4）安装前应将补偿器拆开，检查内部零件是否齐全，质量是否符合要求，填料石棉绳应涂以石墨粉，并应逐圈装入，逐圈压紧，各圈接口应相互错开。

5）安装时，要求补偿器中心线和直管段中心线一致，不得偏斜，否则在管道投入运行时，可能发生补偿器的插管和套管咬住事故。

6）在靠近套管补偿器的两侧，至少应各有一个导向支架，以保证补偿器在管道运行时不偏离中心，自由收缩。

7）插管应安装在介质的流入端，摩擦部分应涂上机油，非摩擦部分应涂上防锈漆。

8）应注意确保内套筒的方向与介质的流动方向一致。

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