【摘要】近年來，城市集中供熱的不斷發展，波紋補償器作為集中熱網中的關鍵組件，其應用趨于廣泛，但如果波紋管材質、參數選擇不當，波紋補償器在管網中布置、應用不合理，會引起整個管系的破壞，甚至釀成重大事故。本文從熱力網設計中的波紋補償器設置問題出發，結合多年的實踐，進行簡單分析。

　　【關鍵詞】供熱管道；補償器；材質；使用
　　
　　近年來，從金屬軟管中派生出一個新的產品——薄壁波紋補償器。它的主要部件也是波紋管。它的主要部件也是波紋管。同金屬軟管一樣，它也是現代大型管路系統中的一個重要組成部分。現今供熱管網使用波紋補償器非常普遍，其主要特點是結構緊湊、補償量大、流動阻力小、零泄漏、省維修等，在熱網中的應用越來越廣泛。但也有其缺點：例如軸向型對固定支架產生壓力推力較大，從而造價高；另外，其管壁較薄不能承受扭力、振動，安全性較差；一次性投資高、設計、施工安裝要求高、達不到預期壽命等等缺點。鑒于波紋補償器存在的上述特點，加之設計、施工人員對波紋補償器的認識不夠全面，因此導致施工與運行期間容易發生事故。分析事故原因，有屬于波紋補償器自身的制造質量或選材不當的問題，有屬于施工安裝問題，還有相當大的一部分屬于設計布置問題。在設計方面發生問題，多屬于不對波紋補償器設計特點造成的計算失誤和補償管材質選擇不合理造成的。
　　1 波紋管的選材與參數
　　人們可以用各種金屬材料制作波紋管。對于用作補償器的波紋管，盡管它與作金屬軟管本體的波紋管設計思想和工藝條件不同，但是，各國對其材料選用的觀點還是比較一致的。 各國采用材料多以鉻鉬、鉻鎳不銹鋼為主。由于這些材料具有較好的物理性能、化學性能和機械性能，又可滿足一般工程的使用要求，所以，目前我們也大量采用鉻鉬、鉻鎳不銹鋼材制作波紋管。小通徑的波紋管常用薄壁無縫管材加工；大通徑的波紋管常用薄壁板材拼焊成圓筒，然后再加工；多層結構形式大通徑或中等通徑的波紋管，其內、外層是薄壁無縫管或薄壁板材拼焊的圓筒，而它們之間的若干層是薄壁板材卷制的、有縫而不焊接的多層圓筒。采用某些料時，為了防止焊縫 近產生晶同腐蝕，可以進行焊后熱處理，其規范是加熱到1080~1150C，水淬。同時，該材料不宜在450~800C條件下使用。如果采用 材料制作波紋管，可在-196~+600C條件下長期使用而無需進行焊后熱處理。
　　波紋管參數確定的原則是以其使用條件不同而異。在給定內徑的情況下，首先要考慮的是波紋管外徑與內徑之比C值。日本富士深溝型波紋管的C值最大為1。85，英國德丁（HYDROFLEX）深波波紋管的C值最大為1。84，我國儀器儀表工業總局規定：深波波紋管的C值在1。6~2。0之間；淺波波紋管的C值在1。6以下。這些都是對制作感測元件的波紋管而言的。既不可照搬，也不可挪用。對于用作通徑為40~400毫米的用作補償器的波紋管來講，C值只能控制在1。12~1。42范圍之間。一般來講，C值的確定，應以內徑d值增大而增大，因為波紋管承載能力隨d值的增大和C值的增大而減小。所以，為了獲得所需要的承載能力和其它相關的性能，當d值班增大到一定值時，C值應隨著d值的增大而減小。外徑是導出參數，在d值和C值確定之后算出。波距是指相鄰兩個波紋之間的距離。波距大小隨著波紋管外徑的增加而增加，它所占波紋管外徑的百分比則隨著外徑的增加而減少。波距T的具體范圍必須控制在2/3~1倍的波紋高度之間。
　　2 波紋補償器受力計算
　　波紋管是構成波紋補償器最主要元件。波紋管主要參數包括：補償量、彈性剛度，耐壓強度、穩定性、疲勞強度等，一般設計熱力管網要求波紋管是在滿足強度、穩定性、和疲勞壽命前提下，補償量越大越好剛度值越小越好。波紋管通過附加的拉桿、鉸鏈等附件與波紋管元件相互組合即可以組成各種功能的補償器，通過不同的波紋補償器組合方式又可以構成各種形式的補償管系以完成熱力管網補償需要。波紋補償器組合分為軸向補償器、角向補償器，復式拉桿補償器管系，采用角向與復式拉桿補償器更接近自然補償管系受力形式，可不用考慮內壓推力，采用軸向補償器因承受較大內壓力，補償量大。安裝的同心精度要求高，發生問題也較多。下面重點對采用軸向補償器熱網系統談一些體驗。
　　2.1 補償器支架受力基本原則：軸向波紋管補償器受力支架分為主固定支架、次固定支架、導向支架。.
　　2.2 固定支架推力計算：主固定支架水平推力由三種力的合力組成：
　　2.2.1 由于工作壓力引起的內壓推力F=P*A；其中P為工作壓力，A為波紋管有效截面積。內壓推力與工作壓力、有效截面積成正比，一般來說，波紋管補償器的內壓推力都較大。
　　2.2.2 波紋管剛度產生的彈性力
　　PA=K*f*L其中K為波紋管剛度，L為管道實際伸長量，f為系數，預拉伸時為0.5否則為1。
　　2.2.3 固定支架間滑動摩擦反力qμl1其中q為管道重量，μ為摩擦系數l1為管道自由端至固定端的距離。主固定支架水平推力= 內壓推力+ 摩擦反力+ 彈性力如果不同心還將計入因偏心造成對固定支架的彎距和側向推力。主固定支架水平推力巨大，管徑大的可達上百噸，土建布置困難，需進行全面結構核算，屬于重載支架。次固定支架，受力與主固定支架相同，但內壓推力平衡抵銷，總推力較小，與主固定支架不是一個數量級，屬于中間減載支架。計算固定點推力時，應分別計算固定點各方向的受力，然后再合成。固定點兩側的方向相同時，采用各個力的矢量和作為固定點推力。兩個力方向相反時，用絕對值大的力減去絕對值小的力的0.7倍，作為固定點的推力。導向支架是控制沿管道或補償器運動方向運動,確保管膨脹作用于補償器上并保證管道不發生失穩。一般補償器廠家的樣本，不僅對產品規格、結構、參數情況做詳細說明、而且有應用實例,較祥盡，可以做為設計依據。
　　2.3 固定支架微小位移中對波紋補償器的影響：一種微小熱位移的可動設計形式是管道與支架連接處不是焊死而是緊靠限位擋板在根部焊接固定。在波紋補償器管系中，如果安裝不當會對波紋補償器的運行影響很大。我們的經驗是，對國標圖集R403擋板式固定支架已調整為0.7新N403，進行焊接，效果很好。
　　3 波紋補償器設置位置
　　波紋補償器的位置，通常做法是，軸向型波紋補償器均布置在緊靠固定支架旁，然后緊接兩個導向支架，距離分別4D、14D，主要目的以防止其軸向失穩。實際情況是，解決補償器軸向失穩問題除與其布置、設置位置有關外，更主要的是取決于補償器自身的性能與質量，布置在固定支架側的補償器性能與質量要求應更高一些，管線分段距離一般應小一些，進行選型時一定要選自導向性好，抗失穩能力強的補償器，設計布置按照基本原則，根據工程的實際情況，可以靈活處理，實際情況也證明，無論是架空還是直埋地溝，只要做好導向結構控制，波紋補償器可以設置在兩固定支架的任一位置。
　　3.1 管道水擊對波紋補償器布置要求。蒸汽管道上的水擊對波紋補償器影響極大。防止水擊的措施：除合理根據熱負荷確定相應管徑，有針對性設置好疏水點，有效及時進行疏水，在補償器的設計布置方式上，建議將波紋補償器遠離彎頭及上翻處固定支架，改在另一側固定支架側，這樣即使管道中存在少量積水，但作用位置遠離補償器，可大大減少水擊的對波紋補償器造成的破壞。
　　3.2 對蒸汽直埋管道“駐點”設計方式的處理經驗。蒸汽直埋熱網系統有時為減少固定支架的數量，往往布置成“駐點”形式：直埋管道兩個規格型號相同的相鄰補償器之間管線中點不設固定點，當管道受熱均勻膨脹時，在兩個補償器中間必然形成一個力的相對平衡點，即駐點。理論上存在，實際應用中，需對補償器本身作較大改進，否則的話，按照EJMA協會要求，每兩個固定支架之間設置一座補償器較為合適。
　　3.3 設計中預先考慮水壓試驗方案。實用的辦法是設計中預先考慮水壓試驗或吹掃方案，打壓的分段點的位置最好由業主方、設計方、監理、施工單位共同確定，由設計單位負責技術交底，業主方根據設計單位意見組織實施。
　　3.4 設計中考慮延緩補償器壽命、預防腐蝕。在城市熱網中使用的補償器，理論計算壽命大約為六千~一 萬次，實際許用壽命應大于400次，一個連續運行的熱網，如果每年起動約20次左右，其許用正常壽命應該在20年以上。影響波紋補償器壽命的因素有很多，主要的一是熱網破壞失穩，二是腐蝕。實際應用中卻不是這樣，用不了三五年即被換掉，設計中有一條名言“腐蝕始于圖紙”，這要求在管道設計時，固定支架的位置要合理，導向支架距離要適當，導向支架要有防止補償器失穩的措施；另外設計布置時也應考慮預防腐蝕問題，這方面往往被忽略。實際上，在布置補償器時最好不并列布置，加大回水管補償器至固定支架的間距，敷設時最好采用直埋方式不設檢查井，做好標記，如必須設在井內，必須做好防水保溫，防止污水、雨雪水進入，減少腐蝕條件，阻斷形成原電池腐蝕效應的回路。
　　3.5 施工安裝軸向波紋補償器的經驗。施工中為保證管系在安裝補償器處的同軸度公差處于最小，建議在安裝補償器前先將管段敷設好，然后在準備安裝補償器處將管子割下一段（其長度等于補償器的自由長度加預拉伸量），再將補償器裝上去焊接，采用割管法安裝的辦法。雖然造成少量管道浪費，卻能保證管道的同軸度。
　　4 結束語：
　　波紋補償器作為熱網管道的關鍵組件，在熱網的使用量也越來越大，由于執行標準不同、材質選擇不同、具體使用環境不同。建議廣大工程設計人員應加強調查研究，互相交流學習，總結經驗，加強協作，吸取教訓，在進行管網設計、補償器選型計算和布置、施工、安裝等方面，正確運用，做到管網安全、經濟、合理，杜絕事故產生。