供热管线热应力与热补偿技术刍议

摘要：在城市的发展和进步中，人们对生活质量的要求越来越高，其中供热管线工程对居民的生活产生了较大的影响。由于供热管线多是钢管，这就容易发生热应力，本文笔者就供热管线的热应力进行了分析，探讨了进行热补偿的技术，目的是为供热管线工程的发展提供指导和借鉴，进而为居民生活质量的提高奠定坚实的基础。

关键字：供热管线；热应力；热补偿；热补偿器；计算

Abstract: in the city's development and progress, people on the quality of life of the increasingly high demand, which have a greater impact on residents living heating pipeline project. Because the heating pipeline is a steel pipe, which is prone to heat stress, the author on the heating pipeline thermal stress are analyzed, discussed the thermal compensation technology, the purpose is to provide guidance and reference for the development of heating pipeline project, to lay a solid foundation for improving the quality of living.

Keywords: heating pipeline; thermal stress; thermal compensation; thermal compensator; calculation

中图分类号：TU833+.12 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

在城市的热管线工程中，选用的管道大多是钢管，这样钢管的长度变化如果缺乏妥善的处理，就会容易产生热应力，进而会对管道造成严重的威胁，对人们的生活造成了很大的不便。在热应力中，其危害主要是引起管道的变形，致使管道接口与设备进行连接时会发生漏水，其次在热媒为蒸汽或者是温度过高的水时，会对管道系统造成严重的破坏。这就需要对热应力进行计算和分析，利用热补偿技术减少热应力的危害。

一、供热管线热应力的概述

（一）管道受热的伸长量

在对热管线的热应力进行分析时，需要首先计算管道的热伸长量，进而为热补偿提供重要的依据。在管道的热伸长量的基础上，得出管道在受热的情况下产生热伸长时形成的压缩应力，为了保证热补偿达到固定的要求，需要计算出管道热伸长量的最大值，因此需要取冷态安装条件的最低温度和热态运行条件的最高温度之间的最大温差。鉴于在实际的热管道的安装时，会受到气候条件的影响，因此，对于管道安装时的温度不能取统一的值，要根据具体的安装温度来确定，在充分考虑气候条件和施工环境的基础上，确定合适的管道安装温度。

（二）对管道热应力的控制

由于供热管线的热应力对管道具有严重的破坏作用，会引起管道的变形或者是破裂，因此需要进行热补偿，一般而言对供热管线的热补偿主要是采用在管道上安装热补偿器的方式。在补偿器的作用下，可以对管道的热伸长量进行一定的补偿，进而减少管壁上的应力或者是支架上的作用力。在对供热管线进行敷设时，补偿器在管道的安全运行方面发挥了重要的作用，其失稳主要分为两种情况，即平面失稳和轴向的柱状失稳。前者是因为一个或者是几个波纹的平面相对于波纹管轴线发生转动而倾斜，但其波平面的圆心基本在波纹管的轴线上。这是由于内压产生的子午向弯曲应力和周向薄膜应力的合力超过材料屈服强度，局部出现塑性变形所致。而后者重要是因为柱失稳波纹管的波纹连续地横向偏移，使波纹管偏移后的实际轴线成弧形或S形，这种情况多数是因为波纹数太多，波纹管有效长度L 跟内径d之比（L/d）太大造成的。为避免失稳情况发生，需要对管道应进行应力验算。

二、供热管线热应力的热补偿

为了减少或者避免热应力对供热管线的破坏作用，需要采取一定的措施对热应力进行热补偿，进而保证供热管线的正常作业。在供热管线工程中，对热应力进行的热补偿主要是借助热补偿器进行的。在实际的应用中，热补偿器主要有以下几种：自然补偿器、方形补偿器、波纹管补偿器、套筒式补偿器和球形补偿器等。每一种热补偿器都有着各自的特点和优势，综合而言，前三种主要是通过补偿材料的变形，进而吸收热伸长，后两种是利用管道的位移实现对热伸长的吸收。相对而言，自然补偿有着明显的优势，既方便又经济，因此需要加强对自然热补偿器的使用，真正的发挥其对管线热应力的补偿作用。

（一）自然补偿器和方形补偿器

自然补偿器是一种经济方便的补偿设备，是利用管道在自然转弯时构成的几何图形的弹性对管道的热膨胀进行补偿，一般来说，自然补偿器的形状有L形和Z形。

方形补偿器是利用弯管的变形对管道的热伸长进行补偿，是由四个90 度无缝钢管煨弯或机制弯头构成的U 型补偿器，具有显著的优势，表现在安装简单方便，便于后期的维修，并且具有较大的补偿能力，适合于各种压力和材料，具有很大的适应性。但是该补偿器也有着自身的不足和缺陷，主要表现在补偿器的尺寸较大，占用了较大的空间。总体而言，方形补偿器在使用前通常进行预先的冷拉处理，一般将预拉的神量为管道伸长量的一半，这就大大的提高了其补偿能力。

（二）套筒式补偿器

该补偿器由填料密封的套管以及外壳管两个方面着手，并且这两部分是进行同心套装的，因此可以实现轴向的补偿。在管线的温度发生变化时，芯管通过在外壳管中的移动实现热补偿，但是该补偿器需要在一定的时间内进行填料的更换，避免出现新的泄露点。该补偿器具有较大的补偿能力，造价低，并且占地面积小，一般适用于压力较小的管道，多用于管井和管沟中，通过焊接实现与管道的连接。

（三）波纹管补偿器

波纹管补偿器是不锈钢材料制成的，在对波的形状进行改变来实现热补偿的，一般由多个连续的波状管构成，该补偿器凭借中体积小重量轻的优势得到了广泛的关注，但是相对于其他补偿器而言，其补偿能力不大，且价格较高，限制了其在供热管线热补偿中的应用。在实际的补偿应用中，为了保证套筒补偿器与波纹管补偿器沿轴向补偿和直线位移，它们应靠近固定支架安装，必要时还应设导向支架，以控制横向位移，防止失去效能。

（四）球形补偿器

它是靠一组两个或三个球形接头的灵活转动及其所构成的相应角度变化来补偿管道的膨胀。特点：具有很好的耐压和耐温性能，能适应230℃的高温和4×105Pa 的压力，使用寿命长，运行可靠，占地面积小，基本上无需维修，补偿能力大。工作时变形应力小，减少了对支座的要求，在架空的管道中发挥了重要的作用。

结束语：

鉴于供热管线对居民生活产生了较大的影响，在管道的敷设中要做到利用先进的技术，做到经济合理并且安全适用。由于供热管线的热应力会对供热管线造成严重的影响，需要对热应力进行计算和控制，并采取有效的热补偿技术，加强对热应力的热补偿措施。为了有效的实现对热应力的热补偿，常用的方法是选用合适的热补偿器，因此在热补偿器的使用中，要结合管道的结构特点以及补偿器的优点和缺陷，做到合理选择，正确应用，进而为供热管线的正常工作奠定坚实的基础。

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