浅谈旋转补偿器在城市热网工程的应用

浅谈旋转补偿器在城市热网工程的应用
摘要：旋转补偿器是一种新型无推力的管道补偿器,在城市供热管网工程的应用中具有极大的优越性和灵活性，本文简述旋转补偿器的工作原理和特点，并探讨在热网工程中布置的形式以及布置原则，通过工程实例阐述旋转补偿器在热网管道补偿中的应用，以及与其他热网补偿方式相比的优点。

关键词:旋转补偿器热网应用
近年来，集中供热成为世界上发达国家和发展中国家主流，是城市重要的基础设施,也是节约能源改善环境的重要措施。

根据国家节能减排政策要求，电厂如不能对外供热，小机组将可能面临关停的局面，因此城市供热管网的建设成为城市配套建设的一项重要组成部分。

而在供热管网的设计和建设中，旋转补偿器在城市供热管网的应用中具有极大的优越性和灵活性，已成为国内蒸汽管道敷设采用的主要的补偿器元件之一，其具有补偿量大，旋转摩擦阻力小，安装、维护方便，运行可靠等特点，被广泛运用于热网补偿中。

1 旋转补偿器的结构形式和工作原理
旋转式补偿器主要由接管、滚珠、螺栓、螺母、垫片、压盖、填料等组成，详见图1；其工作原理，是通过成对安装旋转筒补偿器，利用安装在管道上的一对旋转筒和L（旋转补偿器臂）旋转并形成力偶，通过旋转一定的角度，达到吸收管道热位移的目的，(见图1)。

2 旋转补偿器的特点
2.1 产品安全性能高
产品结构合理，旋转补偿器采用的是双密封形式，一面为端密封，一面为环密封。

2.2 设计方便
设计热网时，波纹管补偿器补偿的条件较苛刻，必须遵循五大黄金原则，套筒补偿器要“严格找中”的原则，并要考虑波纹管补偿器、套筒补偿器的应力、盲板力等。

旋转补偿器的型式多样，可根据管道的走向不同，选择适合的旋转补偿器型式，即可解决管道的补偿问题。

3.3 产品的寿命长
产品的寿命可达20年以上。

2.4 补偿量大
补偿量可达1800 mm（其他的补偿器，如波纹管补偿器的补偿量最大补偿量在300～400 mm），对于DN 200以上的管线，单边补偿量可达到130～200 m，对于≤DN 200的管线，单边补偿量可达到100～130 m，可以长距离输送蒸汽管线补偿使用。

2.5 管道运行经济性高
使用旋转补偿器补偿，由于补偿器补偿距离增长，比自然补偿和
套筒补偿减少弯头，从而减少压降，使热网的管损减少，作为长距离输送热网的主要补偿方式之一。

2.6 安装方法和型式多样化
根据管线的走向，结合现场的地形，选择旋转补偿器补偿的型式，解决蒸汽管道的补偿问题，工程安装方便，无需冷拉、预紧等施工工艺，对焊即可。

2.7 投资省
因旋转补偿器的补偿距离长，采用的补偿器数量减少，且对土建的固定墩推力小，固定墩的设置数量比较少，固定墩的规模比较小，大大节省了土建的投资，与其它的补偿器相比，工程总投资要节约20%～40%，经济效益可观。

3 旋转补偿器的型式
3.1 直线型
一共三种型式：（1）同一直线（上翻式）。

（2）同一直线（高差式）。

（3）同一直线（倒挂式）。

具体参见厂家样本。

3.2 错位型
一共五种型式：（1）错位式（直线型上翻）。

（2）错位式（直角型）。

（3）高差型错位（直线型）。

（4）高差型错位（直角型）。

（5）
错位式（直线型下翻）。

具体参见厂家样本（见图2）。

4 旋转补偿器布置的原则
根据工程设计中的实际应用，旋转补偿器在供热管网设计时，总结出以下的布置原则。

（1）旋转补偿器补偿的两固定点距离根据设计温度、管径大小、旋转补偿器的补偿量选取,一般对于≤DN200的管线,两固定点之间补偿距离为200～250 m之间,对于＞DN200的管线,两固定点之间补偿距离为250～400 m,根据热网管线的设计温度,可更长,小管径及固定点之间有升降的情况下，补偿距离应缩短，具体要根据实际情况计算确定
（2）管托的偏装，应计算热位移量，并采用向两侧固定点做相应的偏装。

（3）根据经验设计，旋转补偿器的两侧通常采用挡块墩（架），以防止旋转补偿器暖管或运行时管子滑脱。

（4）旋转补偿器两侧一定距离内不得设置导向支架，导向支架距补偿器的距离应根据管径，参照旋转补偿器样本上的距离设置。

（5）旋转补偿器的臂长应根据管径和需要补偿的距离计算确定，一般在1.5～20 m，特殊情况可根据现场的情况确定。

（6）旋转补偿器的高度H=旋转补偿器筒高+2个弯头（弯头通常常用1.5DN），必要时增加一定的直管段，但直管段最好上下对称。

（7）原则上，一组固定点之间只布置一组旋转补偿器，且补偿器应成对布置。

（8)旋转补偿器应预留偏转角θ，偏转角θ根据旋转补偿器的臂长和补偿量确定。

（9）旋转补偿器布置时拐角处宜采用成品弯头切割。

5 旋转式补偿器工程应用实例
以淮阴电厂至安邦线改造为例
5.1 设计原始条件
5.2 需改造的内容
由于该管线的流量增加，增加到60 t/h，末端参数不能满足用户用汽需求（P≥0.7 MPa），因此须对原管线进行改造或新建，以满足安邦化工厂内的用汽需求。

5.3 改造方案
方案一：须增加一根复线DN250，但由于现场位置的限制，沿
道路边无新建管线位置，因此规划局不同意新建复线方案；方案二p 改造前原固定管墩的推力：根据原设计图纸固定墩轴向推力为4.0 t，侧向为1.8 t，导向架侧向推力1.2 t；改造后固定点推力，即旋转补偿器推力，若不考虑固定点左右两侧推力相互平衡，固定点推力由两部分
（4）导向支架侧向推力由两部分组成。

旋转式补偿器旋转摆动对导向支架产生的侧向弹性力，本设计根据样本查出，DN350导向支架距离旋转式补偿器≥40 m，补偿臂长，产生的弹性力小，本设计约在500 kg以下。

导向支架侧向摩擦力Fcm=15 m×117 kg/m×0.1=175.5 kg,导向支架侧向力合计：175.5 kg+500 kg=675.5 kg。

一般根据经验值及现场的一些水击等其他因素，按固定点轴向总推力的0.3取，因此，导向架的侧向推力为：3555 kg×0.3 =1066 kg＜1.2 t,因此原设计固定墩（架）、导向墩（架）、滑动墩（架）均能够满足旋转补偿器布置的要求。

5.5.4旋转补偿器的布置
(1)根据现场实际情况，选择布置方式，旋转臂长L=2～4 m，选用L=2.5 m,（2）旋转补偿器偏转角θ的确定（参考图Ⅲ）,补偿量△
=αL△t=0.0132×150×340= 673.2 mm,其中：α为线膨胀系数mm/cm·℃；L为补偿器到固定点之间的距离，m；△t为管道内介质温度与设计安装温度差值，℃；θ=2arcsin（△/2L）=2arcsin（△/2L）=7.8,因此θ取10。

（3）旋转补偿器H的确定,H=2×R弯头半径+旋转补偿器筒高度=2×533+310=1
376 mm,施工投入运行后，本项目达到预期的效果，并得到规划局的一致好评。

6 旋转补偿器应用前景
通过实践运行，采用旋转补偿器比自然补偿的弯头减少，减少了管道的压力损失，提高了末端的用户压力参数，达到很好的经济效果。

从旋转补偿器的产生和使用，在市场上已经有五年多的时间，被电厂热网和设计院应用，运行可靠性能高，投资较省，已逐渐普及，因此旋转补偿器的应用前景是相当的广阔的。

参考文献
[1] 动力管道设计手册.机械工业出版社.
[2] GB 50316-2000（2008年版）,工业金属管道设计规范.。