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热网工程中波纹补偿器应用问题

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热网工程中波纹补偿器应用问题

发布日期:2017-09-26 作者:江苏东方热力 点击:

本文阐述了不同波纹补偿器的特点,以及在热力网使用和设计中可能碰到的问题。根据不同波纹补偿器的自身构造,配合相应的热力管网,对其设计选型提出合理建议。配合选型,分析针对不同设计要求中波纹补偿器的补偿能力。同时,针对现实使用中碰到的问题以及错误使用可能产生的严重后果,提出正确使用的方法。由此,引出针对热力管网中波纹补偿器提供不同的设计方案。           

    波纹补偿器在热力网上得到了广泛的应用。尤其是在蒸汽管网上采用波纹管补偿器,使热网供热半径由5公里提高到10公里至15公里。在直埋敷设热网中更是因为有了波纹补偿器,技术上才成为可能。但是波纹补偿器因自身构造原因相对比较薄弱。但热网中成为事故多发部件,在直埋敷设热力网中尤其。如何提高波纹补偿器工作安全性,提高其使用寿命是业内人士很关心的问题。本文将根据多年从事热网工程建设的经验,就如何选型,如何正确进行热网设计和使用波纹补偿器提供一些建议。  

     一、 选型 

    热力网中应用的波纹补偿器大体有普遍轴向型、外压轴向型、横向拉杆型、角向型、也有设计人员选用压力平衡型。此外还有轴向型的衍生品种如一次性补偿器和(热水)直埋补偿器。          

    上述各类中一次性补偿器应用在热水供暖网中。热水网中直埋补偿器配合传统的聚氨酯泡沫保温管使用,其问题的关键在于不可能保障防水。在无地表水地区使用自然无问题;在地表水位高的地区该种补偿器不可能防水。因热网系统防水不善导致热网报废的事件并不鲜见。其实在很多情况下采用冷安装技术,不使用波纹补偿器应使可行的。恰恰使一些设计者在安全性上的保守思维使热网安全性级降低。退一步讲,大口径、高水温热水网,如果一定要采用波纹补偿器,可以将保温管做成内管――泡沫脱开式。这样外防护壳可以作为完整的全封闭型。地下水浸蚀波纹管的问题就不存在了。相关的问题是要在设固定墩承受盲板力。          

    压力平衡型波纹补偿器也是一些对安全问题担心的设计者选用的品种。从理论上讲该补偿器消除了盲板力,减少了固定支架或固定墩的荷载。但热网中这种补偿器一旦失效,盲板力出现,如果设计中支架或支墩未考虑承受盲板力,则后果是严重的。该种补偿器价格昂贵,结构负责,在一般情况下,弊大于利。对钢外套保温管(蒸汽直埋保温管)吸收盲板力是轻而易举的事。包括架空管道,如果采用钢外套管则可以解脱支架或支墩的盲板力,技术上是可能的。

    横向拉杆补偿器和角型补偿器补偿量大,如果热网满足使用条件,可以考虑采用。轴向型波纹补偿器结构简单,便宜,占用空间小,阻力小,在热网中得到了最广泛的应用。外压轴向型在抗冲击、防失稳、波纹间不藏匿泥沙等性能上优于普通轴向型。在重要场合当首选外压型。 

    二、补偿能力

    热网设计中要确定波纹补偿器的补偿能力。理论上轴向型波纹补偿器的补偿能力是无限的。只要波数多补偿能力就大。但从稳定性角度,轴向波纹补偿器波数是有限的。通常8个波一个波段。可以做成一波段,两波段,最多做成三波段。设计中两波段应用最多。根据选定的补偿器能力,将热网分隔成若干补偿段。补偿器产品样本中补偿能力(例如伸长量150mm)指的是在考虑了安全系数的前提下,补偿器达到该负荷(伸长量或压缩量),补偿器可以安全工作一定次数(例如1000次)。热网在工作中参数(压力、温度)经常变化,补偿器的波纹管几乎每时每刻都在缩短或伸长。但每次变化极少达到补偿器额定伸缩距离。若干不满额的伸缩折合为一次额定的伸缩。根据上述理由,设计者可按用户性质和管线分类来确定补偿器的荷载。或先定补偿器,依据补偿器的能力合理确定补偿段长度。          

    对于介质温度较稳定的管线,如连续采暖管网和城市干线蒸汽网,补偿器的热网设计安全系数可适当小些。例如取0.7、0.8或0.9。相反对于介质温度频繁变化的线路,补偿器的使用安全系数应取较大值。例如食堂的供蒸汽管线,可能每日三开三停,且开启时间短间歇时间长。管线伸缩幅度大。系数可取0.5、0.6或0.7。像食堂类用户,如果可能应采用弯管补偿。波纹补偿器不太适合选用。 

    三、合理操作 

    波纹补偿器的波纹管壁厚只有1毫米左右。尽管采用双层或三层,但相对管道而言其壁厚要薄很多。因而在热网中成为薄弱的部件。在各种破坏事故中,补偿器损坏的概率最高。直埋敷设热网波纹补偿器损坏引起的麻烦最严重。          

    热力网中波纹补偿器损坏的原因主要为疲劳损坏、腐蚀、水锤或汽水冲击。如何对应前两种原因损坏,本文已略有叙述。第三中损坏通常因为不合理操作造成。因此用户正确使用补偿器是需要有所交待的。          

    对于热水系统,管路中水处于循环流动状态。如果切断循环水泵电源,水将停止流动;关闭管路中阀门水电停止循环流动。流动的水具有动能。水从流动状态转变成静止状态,水的动能将转换成热能。热网中水的动能大小与水的流速平方成正比。热网规模越大,其中水量越多。如果在一瞬间热网中的水流速度转变成零。则在此瞬间热网中水具有的动能将向首先让水流停止的地点集聚并转化为压力能。此时此地管道中水压会千百倍的上升。管网中铸造加工的部件可被炸裂。壁薄的波纹管也逃不过这一劫。正确的操作是缓慢关闭阀门,使流速缓慢下降直至停止流动,然后切断循环泵电源。          

    对于蒸汽管网,虽然介质流速比水流速度要高几十倍,但蒸汽比水的密度要小得多,而且蒸汽是可压缩的。因此危险的操作并不来自关断阀门,相反,关闭着的蒸汽管网如果突然开启(热源未工作除外),结果可能是致命的。关闭一段时间的蒸汽管中会产生冷凝水,凝水集结在管网低点。当管道上阀门开启后,管中蒸汽向用户处流动,气流推动管中凝水一同向前运动。阀门开启缓慢,则蒸汽流量增长也缓慢。管中凝水也缓慢向用户方向运动。若阀门突然开启,管中汽流量瞬间增大,管中原来分布的凝水被气流推动,迅速集中且高速向前冲。如果凝水集结后在一段管道中充满,便会在气流推动下飞快向前冲击。到达管道转弯处水柱运动终止并向后反弹,此时会在高部管段中产生较高的压力。如果此处恰好有波纹补偿器,无论是内压型还是外压型,都会被高能“水弹”摧毁,此过程称作汽水冲击。避免汽水冲击的措施就是缓慢开启管路的阀门。 

    四、热网设计 

    合理的热网设计是防止热网中波纹补偿器非正常损坏的必要保证。设计中如何合理使用波纹补偿器,前文已有多处提到,此处再集中叙述。          

    对直埋热水阀,本人建议首选冷安装,这在技术上是成熟的。市场上现行的直埋波纹补偿器不能保证直埋保温管网外防护管的整体性和严密性,在有地表水的场合不可采用。直埋热水管网中如果设置波纹补偿器,则保温管应当做成脱开式,确保外防护层连续、光整、严密。此外有波纹补偿器的热水网,应考虑设置水锤消除器,保证循环水泵不间断供电。          

    对于蒸汽管网,尤其是直埋敷设蒸汽管网,设计要考虑的问题要复杂一些。但仍然围绕防疲劳破坏,防腐蚀,防汽水冲击来考虑。此外还应考虑防事故蔓延。             首先应对用户分类,连续用汽户和间断用汽户要分别对待。保证在热网服役年限中补偿器不因疲劳导致提前破坏。排除管道中集结凝水是保护补偿器的重要措施。介质为饱和蒸汽的系统必须设置自动疏水系统,分支管线末段应设置自动疏水系统。可能积聚凝水且管道突然转向处必须设置系统。相应的补偿器应避免设在介质突然转向处。该处可设置冲压缸用来防爆。此外,直埋蒸汽管网一旦发生波纹补偿器冲偏,将波及全热网。为防止事故蔓延,考虑隔断措施和报警功能是必要的。直埋蒸汽管网,对焊接质量的检验是很严格的,因此不推荐作水压试验。对于建成但又不马上投入使用的热网尤其如此。因为试压后波纹管中水不能排净,对防腐蚀不利。


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