供热管道补偿器的设计与选型
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新疆化工
２０ ０４年第３ 期
供热管道补偿器的设计与选型
田荣江
（ 新疆东方环 宇投资 （ 集团） 有限责任公司 ， 乌鲁木齐 ８０３） ３００
摘 要： 对集中 供热系统中回水管补偿器的运行状况进行了分析， 并从提高热网可靠性的角度，
提 出了 设计和选择补偿器的建议。 关键词： 供热； 集中 供热管理； 器； 补偿 补偿量 ～ 长量、 泊桑效应产生的管道收缩量、 土壤摩擦 力减少 的管道长度收缩量以及 内压引起的管
１ 前言
补偿器是供热管道 的主要附件之一， 随着
长约束量的综合作用， 补偿量按下式计算：
供热介质温度的变化， 道会发生膨胀或收缩， 管 从而产生应力， 该应力一般借助于安装在管道
上的补偿器的伸缩来释放。因此， 补偿器具有
保护管道及其沿线附属设施的作用。补偿器也
△＝． 一 ）Ｕ 一 Ｆ Ｌ ｌ１ ￡一Ｏ 面ｍ ２ ０ 百 ＂ ｈ
其中：
］ （ · １ Ｌ ）
（） ２
是热网的易损部件， 近几年， 国内多个城市因补
Ｆｈ 血ｇｈ Ｄ／）ｋ ｍ＝ ｐ（ ＋ ｋ Ｄ ２
式中：ｌ △一补偿器补偿量， ； ｍ 钢管的线膨胀系数， ； Ｋ
（） ３
偿器损坏而导致的热网事故不断发生。
某集中 供热系统采用高温水供热， 间接连
接， 一级管网设计供水压力 １ ｐ， ６ ａ设计供、 Ｍ 回 水温度为 １ ／０ 二级管网设计供、 ３ ７℃， ０ 回水温 度为 ８／０ ５６℃。该供热管网敷设管线约 ４ｋ ， ０ｍ 其中输送干线和环网干线共 １ｋ 。管道最大 ４ｍ
公称直径 １ ０ ｍ 最小直径８ｍ 。管线９ ％ ０ｍ ， ０ ０ｍ ｏ
ｔ ｌ 一管道工作循环 最高温度， 可取供热
介质的最高温度， ℃； ｔ ０ 一管道计算安装温度， ℃；
泊桑系数，＝ ．； １ ０３ ３
ｏ ｈ 一管道内压引起的环向拉应力，ｐ； Ｍａ Ｅ ＿钢管 的弹 性模 量， Ｅ＝２ ０ 取 ．８×
１５ ａ ０Ｍｐ ；
一
以上采用直埋敷设 ， 部分管道采用管沟敷设。
通过对该热网供、 回水管补偿器在设计水温下
伸长量和运行条件下补偿器补偿能力的校核，
管道的轴向最小土壤摩擦力，／ ； Ｎｍ
对一般供热系统中经常出现的大流量小温差
运行条件下回 水管补偿器 的运行状况分析， 得
卜 计算管段的长度， ； ｍ
卜 钢管截面积，２ ｍ；
出了从提高热网可靠性的角度， 在补偿器的设 计、 施工和运行维护等方面的建议。
Ｐ 日 一管道的工作压力，ｐ； Ｍａ
Ａ ； 一波纹补
偿器的计算面积，２ ｍ；
Ｄ一 管道 内 ｍ 径， ； 管道壁厚，； ｍ
一
２ 补偿器补偿量计算
对于直埋和管沟两种敷设方式， 由于管道
的受力结构不同， 应分别采用不同的补偿量计
算公式。 ２１ 直埋敷设 ．
土壤最小摩擦系数 ， ＝ ． ； ０１ ５
土壤密度， 可取 １ ０ｇｍ ； ８ ｋ／３ ０
重力加速度，． ｍ ｓ ９８ ／２ １ ；
ｈ ＿管道的最小埋深，ｌ ｒ； ｒ
管道直埋敷设时， 补偿器应考虑管道热伸
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Ｄ一预制保温管外壳的外径， 。 ｋ ｍ 直管段的过渡段最大长度， 按下式计算：
Ｔ 一
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度 １ ／０ 。这种大流量小 温差的运行方式 １ ８￣ ０ Ｃ
在许多地 区的供热系统 中都较常见。对于此
［Ａ （ －ｏ － Ｕ － ｉ］ ６ ｆ１ Ｅ ａｔ ｔ ＡＯ Ａ ｓｘ１ ４ ｌ ） ｈ Ｐ ０
、
类情况， 供水管上补偿器的补偿能力按设计供
水温度计算， 而实际运行 回水温度高于设计 值， 回水管补偿器需计算其在设计和运行两种
ｎ
Ａ＝ １一１ｕｈ ｔ ￣： （ ）］ ｙ ３ 一ｏ ｏ
式中：ｔ △ｖ 一管道的屈服温差， ； ｏ Ｃ
（ ５ ）
工况下的补偿能力。这就要求在热网补偿器
设计时， 不仅要考虑设计值， 同时也要兼顾运 行参数的变化。
钢材在计算温度下的基本许用应力，
取 ａ ２Ｍｐ 。 ＝１５ ａ
当ｔ一ｔ＞ ｔ时， ｔ—ｔ＝ 时。 １ ｏ △ｖ 取 ｌ ｏ
表１ 是热网补偿器校核表的部分数据， 并
按式（） １计算补偿器补偿量 时， ≥Ｉ 当Ｌ ～ 时，取 Ｌ 直埋敷设补偿器补偿量的计算
Ｌ
依据给定的补偿能力反算其最高允许水温。
表１ 中补偿管段长度栏 Ｌ， 分别表示补偿 １
器双侧补偿时距两端 固 定点或驻点的长度， 当 补偿器靠近 固 定点时， 补偿器只吸收单侧面管
道的变形， Ｌ ＝ 。 则 ２ ０
在文献中 也有阐 补偿器补偿量按下式计算： 述，
Ａ＝１ ［（ 一ｏ 一 ￣ ｌ ］Ｌ （） １ ． ａｔ ｌ １ｉｏ ２ １ ） ｍ ６‘ ６
ｎ
．
式（） 考虑了管道热胀力和土壤摩擦力 ６中
表１ 中序号 １ ，４５６ 的供水管补偿器 ，３ ， ， ２ ， ，７ 在设计参数下不满足要求， 序号为 ２ 的回水 和７ 管补偿器， 当只考虑设计水温时满足要求， 而对 于运行水温则可能不满足要求。因此在补偿器 设计时必须考虑运行参数对补偿器的影响。 在热网补偿器校核计算中， 统计和校核了
的综合作用， 忽
略了泊桑效应力和内压约束力
引起的管道收缩量， 计算公 式（） 守。在对 １保
热网直埋敷设部分的补偿器校核 中 采用式（） １ 进行计算， 当补偿器不满足要求时， 如用式（） ６
校核， 肯定也不满足要求。
公称管径大干或等于 ２０ ｍ的管道上的补偿 ０ｒ ａ ２２ 管沟敷设 ． 这是因为小直径管道或附件损坏时， 通常 对于管沟敷设 ， 由于管道受力与直埋不 器， 同， 计算时只考虑管道热伸长量， 补偿器的补 其修复时间小于允许检修 时间。允许检修 时
偿量控下式计算： △ ＝１ ａｔ一２Ｌ ｌ ．（ ｔ ２ １ ） （） ７
间是指停止供热后室内空气温度从计算值降
到最低允许值（ 可取 ｌ℃） ０ 的时间， 该值 与建
筑物的蓄热能力有关， 当元部件的修复时间小
３ 运行参数对补偿器的影响
于允许检修时间时， 不认为供热系统处于事故
在进行供热管网可靠性分析与评 补偿器设计时其补偿量通常是用系统设 状态。因此， 管径小于 Ｄ ２０ ｍ的管道及其附件可 Ｎ０ｍ 计供、 回水温 度来计算的， 如某热网设计供、 价时， 回 水温度为 １ ／０ ， ３ ７￣ 实际运行最高供、 ０ Ｃ 回水温
以 不考虑在内。
表 １ 补偿器校核表
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４ 结语
从提高热网可靠性的角度， 出以下建 提
议：
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记， 以便发生故障对及时处理。 ４ 系统回水温度在运行 时要进行控制， ）
遣免过高， 特别是补偿器设计时没考虑运行回
水温度影响的情况。
（） １合理设置固定 点， 补偿器选择计算时
（） ５建议补偿器可以按不 同型号选择 ， 但
凹水管补偿器应考虑运行 回水温度高于设计 值的情况， 即在设计参数下留有一定 的富裕 量， 以满足运行工况的要求。
不仅考虑系统设计参数， 还应考虑运行参数的
影响。
（） ２保证轴向受力均匀。固定支架不均匀 下沉或支架布置不合理， 会造成垂直失稳， 使
补偿器波纹管变成上宽下窄或下宽上窄； 导向 支座不牢固， 发生径 向 位移， 也会造成 波纹间
距左右变形不一。
参 考 文 献
［］ Ｊ ８—１ ８城镇直埋供热管道工程技术规程 １Ｃ ／ １ ９ ． ＪＴ ９
［］ Ｓ．
［］ ２侯宗起． 波纹管补偿器在太原热网 工程中的应用
（） ３尽量避免将补偿器直接埋地。补偿器 直接埋地时容易腐蚀， 并且发生故障时不易发
［ ． 域供热． Ｊ 区 ］
收稿 日期 ： ２０ — ６ ０ ０４ ０ —
１。
现， 修换过程 中开挖困难， 最好将其设在检查 室内， 已 不得 埋地时应在埋设处的 地面设置标
、
＼ 、
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／ ０
／ ０
＼／ ＼ ＼ ！；
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＼／ ！ ／
＼ ／＼ ／＼ ！ ；！；
（ 上接第 １ 页） ５
（） ５ 由于 自然冷却速度十分缓慢， 尤其对
于南方地 区夏季炎热天气， 本工艺则受到限
≤ ． ％，１ ． ％， Ｏ １ Ｃ≤０ １ 水不溶解物≤０Ｏ ％， 制， ０ ０ ．１ 因此， 本工艺不适宜大规模生产工业硝酸 Ｓ ４ Ｏ０５ 吸湿率≤ ． ％，ｅ ＯＯ３ ０ ≤ ． ％， ０ Ｏ２ Ｆ＜ ． ％。 ５ ￣ ０ 钾。
（） ２生产实践证 明， 本工艺计算 与实际生
０４ ０ — ６ 产 基本 相 符， 生产 ｌ 工业 硝 酸钾， 水 每 ｔ 耗 收稿 日期 ： ２０ — ３ ２。
男， 毕业于新疆 大学化 ４２ｇｈ农用硝酸钾 １ ５ｇｈ 蒸汽约 ８ｌ ／ 作者简介 ： 师小刚， 工程师， ０ｋ ， ／ ２ ｋ／ 、 ０ １ ￣ ｋ
ｈ成本消耗较低。制取硝酸钾分离母液可返 ， 回 农用硝酸钾生产工序循环使用， 最终转化为
学化工学院。
工业硝酸钾也可以将分离母液蒸发浓缩制得
农用硝酸钾当化肥出售。
（） ３每制取 ｌ工业硝酸钾， ｔ 工业物料需直 接吸收热量 为 ８ ８ Ｏｋ ａ放 出的热量为 ． ×ｌ Ｊ ， ５ｄ
６２ ｌ５ ／ ， 些数据对指导工业设计 与实 １× Ｏ Ｊｈ这 ｋ
际生产有指导作用。
（） ４本工艺确保产品质量关键是： 一是加 入适量的复配沉淀剂， 将有害杂质沉淀再过滤
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