旋转补偿器在蒸汽直埋管道中的应用

PAGEPAGE1旋转补偿器在直埋蒸汽管道中的实际应用【摘要】：在良好了解旋转补偿器性能的基础上，结合原有直埋工艺，我们对将旋转补偿器应用于蒸汽直埋方面进行了系统研究和实践，并对相关作法小有归纳，现总结部分粗浅认识，以供参考。【关键词】：旋转补偿器直埋蒸汽管道工艺结构应用一、概述1、蒸汽管道直埋技术蒸汽管道主要用于输送工业蒸汽和满足部分采暖需求。近年来，随着集中供热事业的蓬勃发展和城市现代化建设要求的逐步提升，原有架空形式虽有诸多优势，但其在城市内实施存在着较大的局限性，因而，蒸汽管道直埋技术得以迅速发展和完善。在此期间，科技人员、生产厂家在直埋蒸汽管道技术的研究、开发、应用等方面，付出了大量心血，选用了几乎所有适用的材料，也取得了长足进步，出现了大量的管道设计理念和结构形式，较好地解决了力系分解与固定形式、合理的补偿方式、保温结构与热桥处理、施工工艺及运行工艺等。目前，得到业内人士较为认可和推广率较多的直埋蒸汽管道形式为：钢套钢直埋。其固定方式一般选用钢套钢内固定支架，补偿器常规选用无约束轴向型直埋补偿器，保温选用内滑动（或滚动），好一点的对补偿和固定等节点处防热桥处理。这种结构形式，我们半岛供热公司应用了近10年，但实践过程中发现存在较多问题，主要有：①轴向型波纹补偿器因其结构特性不耐水击（锤），带来管道安全性较差。长年稳定负荷运行管道略好，负荷变动大经常启停管道尤其严重，出现问题较多。②轴向型波纹补偿器补偿量相对较小，补偿管段短，同一管系补偿器数量应用多，并很难做到与管道同寿命，因其质量问题和实际使用工况条件变化，达到15年以上的很少，部分不足10年已先后出现问题，因而管系二次建设更换费用较高。③工作温度变化对补偿量、刚度和工作压力均需要修正，因而其实际工况运行中出现问题几率较大。如文登铺头热电厂至西区φ377主管道原设计280℃，施工后运行参数调整为320℃，此时如选择轴向型补偿器，肯定无法运行④施工同心度要求严格，在同一补偿管段内如超出偏差量，则易发生波纹损坏而致泄漏。⑤保温结构的不完善，特别是外防腐层出现泄漏（地下腐蚀严重）等问题带来的管系失稳。基于此，我们针对实际情况，做了大量实践研究，力求寻找更加合理的补偿装置进行替代旧有模式。2、旋转补偿器的应用旋转补偿器是近年发展起来的一种新型的管道补偿器，并在具体的制造和实践过程中逐渐成熟。其工作原理简言之，就是利用空间杠杆转动原理进行旋转补偿的机理吸收管道热位移。因其具有补偿量大（常规200——500m）、无内压推力（固定支架小）、安全性好（不受管网压力和温度变化而导致的补偿极限破坏）、设计简单补偿设置灵活多样、密封性能好（无类似波纹等薄弱部件）、与管道同寿命、综合投资少等优点，而逐步得到业内人士的认可和应用，发展较快。我公司在良好了解旋转补偿器性能的基础上，结合原有直埋工艺，对将旋转补偿器应用于蒸汽直埋方面进行了系统研究和实践，并对相关作法小有归纳，现总结部分粗浅认识，以供参考。二、管系设置及工艺1、设计原则及注意事项：①着重于管系合理分解，优选稳定组合形式。补偿装置设置点优选地上设置，确实无法地上时，应详尽考虑设施的防水性能和管系的疏水设置。②长直敷设宜设置成半地上“Ω组合”形式；有Z型折向管段可采用半地上的“∏型组合”，也可采用全地下的倒“∏型组合”；L拐点管段宜设置成单侧“∏型组合”。③采用“△”型内滚动支架，主要起平衡同心支撑作用，但同时也起到导向做用，限定了其工作管的侧向位移，应用“∏型组合”时，关键点是需着力规避离心摆动值Y的影响。④补偿管段长度建议略小于常规架空管长。选取一合适结合点，既实现长距离补偿，又保证安全运行。2、管系形式及各自控制点。（1）“Ω组合”形式：①鉴于地埋钢套钢管外套与支架限制工作管侧向位移的局限性，建议直埋优选此种形式，因其不存在径向位移，且补偿管段长度基本不受影响。②布置方式：补偿器组合两侧钢套钢支架内滚动支架尽可能距旋转臂近一些，蒸汽流向的前端设置疏水器，该侧支架距外套管端长度L＞单侧伸缩长度△+800mm，另一侧支架距外套管端长度L＞单侧伸缩长度△+300mm。既起到支撑作用，同时又做为导向支架，增加自由管系运动时的稳定性。两支架间不设支柱，但选用热压弯头，并加高一级压力等级。③使用该组合进行直埋管设计时，建议采用半地上形式，如采用全地下方式，由于旋转臂向下，一方面，相当于管系中的沉淀池，易沉积吹扫不净杂物、停运腐蚀物和凝水，对补偿器正常运转造成影响；另一方面，埋深增加太大，维修及防水难于处理。④补偿装置设置及与钢套钢外套管衔接。补偿装置因外形较大，并考虑与外套管连接防水问题，一般我们采用半地下钢水箱形式，以焊接方式连接，地上采用类似于小型变电箱变的封闭形式。水箱外侧采用玻璃钢防腐。安装时采用井点低位排水、整体预制（地下、地上两件套）下装模式，安装后与外套连接并局部防腐。（2）“∏型组合”：①管系布置：加长中间旋转臂L长度（一般要求L＞2.5Lmin，Lmin为架空许用最小长度），小口径管道在旋转中轴设置支架，并将两侧钢套钢内滚动支架尽量向外移位，两支架单侧展开长度为0.7倍的管道水平布置跨距；大口径管道或L超过4米的旋转臂在两立臂旋转轴分别设置两处支架，支架至两侧滚动支架的间距以管线展开长度0.7倍的管道水平布置跨距为宜。目的尽可能减少旋转角θ，限制Y值过大，减少支架对钢外套产生的附加扭矩。见图一。②综合考虑地质可能局部沉降、管道内滚动卡涩、旋转角θ过大造成离心摆值过大产生较大扭矩、内部位移量过大对保温的破损影响等，尤其是针对该种形式地埋，其最大跨距宜不超过架空固定间距的70——80%。推荐直埋固定支柱间最大跨距：管道公称直径≤200250、300、350400、450、500、600≥700直埋钢套钢（m）≤200240280320③采用该组合进行直埋管设计时，可根据需要采用半地上或地下模式，因地下形式，其转动轴并没有转动部件，因而只需在低位合理设置疏水装置即可，该疏水装置建议采用启动疏水和经常疏水并联形式设置，并合理设置沉淀池和引出疏水管。④补偿装置设置及与钢套钢外套管衔接（同上）。（3）固定支架及滚动结构①固定支架采用：采用防热桥内固定支架详见图二。②滚动支架结构：采用钢套钢内滚动支架详见图三。旋转补偿器直埋采用钢套钢结构，钢管和外套管常规定尺12米，每根设置两个支架，其距旋转臂的第一个滚动支架的长度一般为3m，接近补偿装置的钢管按设计要求预制，考虑管系稳定性和施工穿管方便，一般要求滚轮与外套管之间每侧留有4——6mm间隙。（4）保温结构：管道保温结构需具备如下性能：①因补偿管段长、补偿量较大，需要确保外套管内腔保温良好运动。②从节约角度不能使外套管过大。③保温结构完整，能切实起到保温作用。④为确保管系运行良好，不能发生泄漏，外防腐需完整无损。基于上述原则，通过多种材料的综合研究，我们选定做法如下：①套管内腔部分：首先在管道外包覆20mm耐高温针刺毯做为滑动层，外包高温离心玻璃管壳（用包扎带绑扎，不用管板，考虑包扎稳定性），然后用铝箔缠绕一道，目的是起到反射层作用并在包扎带失效后适当稳定保温结构。铝箔层与外护管间留有30mm间隔空气层，在固定支架隔板封闭后形成保温气腔（排潮管在正常运行后封闭）。同时保持良好的间隙，以便于加工安装时穿管便捷。②外防腐部分：前述保温结构因需留有间隙而常规减小了保温结构层，因而外套管除锈后在外部采用聚氨酯喷涂工艺进行增强保温层10——20mm，再用玻璃钢缠绕方式制作外防腐层。该工艺中聚氨酯喷涂层同时起到与外套管紧密结合作用。（5）主要特点：①管道补偿管段长，地下易损件少，安全性好，补偿装置维修保养方便，另外，通过加强管道焊接工艺，几乎做到运行零隐患。②保温结构完整，不但保温效果可以得到保障，而且管道因防腐结构处理较好，发生进水造成管道运行失稳的情况也得到有效控制。③因旋转补偿器的特性，管系对于温度、压力变化的适应性较好，管道更加安全可靠。三、结论和拟进一步研究的问题通过上述管道与保温工艺的互相衔接，较有效地使旋转补偿器良好应用于直埋蒸汽管道。从07年、08年陆续施工的主蒸汽管道