区域供热２０１７．３期 供热管网设计中轴向波纹补偿器的选用 中国石油集团工程设计有限责任公司青海分公司 李远付 【摘要】轴向波纹补偿器在供热管网设计中运用较为广泛。本文通过对比有关 轴向波纹补偿器的国家标准、设计规范、技术措施和设计手册等相关内容，介绍了轴 向波纹补偿器的基本知识、在热力管道设计中如何选用以及在施工安装时的基本要 求。为设计人员正确选用轴向波纹补偿器提供一定的参考 【关键词】供热管道轴向波纹补偿器 设计选用 ＤＯＩ编码：ｌＯ．１６６４１￣．ｃｎｋｉ．ｃｎ １１－－３２４１／ｔｋ．２０１７．０３．０２３ １前言 低管道变形应力和提高管道使用寿命的作 用。 在供热管道设计时．为了保证供热管道 在工作状态下的稳定与安全．合理设置吸收 热膨胀的补偿装置是十分重要的 设计Ｌ形 和Ｚ形自然补偿方式．利用管道本身的自然 ２．２轴向波纹补偿器分类 依据（ＧＢ／Ｔ １２７７７—２００８）《金属波纹管膨 胀节通用技术条件波纹补偿器》第４．１．２节内 容，吸收轴向位移的补偿器主要有以下四种： 单式轴向型补偿器、直管压力平衡型补偿器、 旁通直管压力平衡型补偿器和外压轴向型补 偿器。 单式轴向型补偿器由一个波纹管和机构 弯曲来补偿管道的热伸长．是供热管道热力 补偿的优选方式 当敷设供热管道的空间不 受限时，利用无缝钢管煨制或热压弯头拼制［１］ 的１Ｔ形补偿器也可满足热力补偿的要求 但 是在空间受限的时候．由于叮Ｔ形补偿器占地 面积大．必须选用合适的补偿器来进行热力 件组成，主要用于吸收轴向位移而不能承受 波纹管压力推力 补偿 由于轴向波纹补偿器具有配管简单、安 装容易、维修管理方便等优点．因此在供热管 网设计中得到了广泛运用 ２波纹补偿器的基本知识 直管压力平衡型补偿器由位于两端的两 个工作波纹管和位于中间的一个平衡波纹管 及拉杆和端板等结构件组成．主要用于吸收 ２．１波纹补偿器定义 波纹补偿器．习惯上也叫膨胀节．或者伸 缩节。由构成其工作主体的波纹管（一种弹性 轴向位移并能平衡波纹管压力推力 旁通直管压力平衡型补偿器由两个相同 的波纹管及端环、封头、外管等结构件组成， 主要用于吸收轴向位移并能平衡波纹管压力 元件）和端管、支架、法兰、导管等附件组成。 主要用在各种管道中．它能够补偿管道的热 位移．机械变形和吸收各种机械振动．起到降 一推力。 外压轴向型补偿器由承受外压的波纹管 ，１６－ 及外管和端环等结构件组成．主要用于吸收 轴向位移并能平衡波纹管压力推力。 而（ＣＪ／Ｔ ４０２—２０１２）《城市供热管道用波 纹补偿器》表２说明。轴向波纹补偿器有如下 六种：内压型轴向补偿器、外压型轴向补偿 器、直埋型轴向补偿器、一次补偿型轴向补偿 器、旁通压力平衡型轴向补偿器和直管压力 平衡型轴向补偿器。 ＧＢ／Ｔ １２７７７—２００８ ｓ ｃ ４０２—２０１２对 轴向波纹补偿器分类的区别在于．单式轴向 型补偿器即为内压型轴向补偿器。（ＣＪ／Ｔ ４０２— ２０１２）《城市供热管道用波纹补偿器》则增加 了两种类型的直埋式波纹补偿器 其中直埋 型波纹补偿器直接埋于土壤中．用于补偿管 道热位移 一次补偿型补偿器仅用于补偿直 埋敷设管道预热时的位移．位移到位后焊接 成整体，承受管道荷载。 ２．３轴向波纹补偿器的连接方式 《金属波纹管膨胀节通用技术条件波纹 补偿器》（ＧＢ／Ｔ １２７７７—２００８）第４．２．１节补偿 器的型号表示方法中．补偿器端部连接分为 焊接和法兰连接两种方式 《城镇供热管网设 计规范》（ＣＪＪ３４—２０１０）第８．３．３条规定，热力 网管道与设备、阀门等连接宜采用焊接，当设 备、阀门等需要拆卸时，应采用法兰连接。而 在《城市供热管道用波纹补偿器｝（ＣＪ／Ｔ ４０２— ２０１２）第５．７节中．明确规定波纹管补偿器与 管道连接应采用对焊接．焊接坡口应符合 ＧＢ／Ｔ ９８５．１的规定。 目前波纹补偿器设备厂家提供的资料． 均有焊接和法兰连接两种方式 结合上述规 范和标准的要求．在供热工程设计中，管道和 补偿器一般应选用焊接连接方式 ３轴向波纹补偿器的选用 波纹补偿器按照公称压力分为０．６ＭＰａ、 １．０ＭＰａ、１．６ＭＰａ、２．５ＭＰａ四级，公称直径范围 为５０ｍｍ １４００ｍｍ。供热管网设计时．先确定 管道固定支架间距．然后计算管段的热伸长 量，再根据样本选用合适的轴向波纹补偿器。 区域供热２０１７．３期 需要注意的是．波纹补偿器样本中的各项参 数是在一定基准温度和疲劳次数下计算得到 的．在设计选型时．应根据实际供热介质温度 和疲劳次数要求进行相应的修正。 ３．１管道固定支架最大间距 依据《全国民用建筑工程设计技术措施 ２００９（暖通空调．动力）》表３．３．３—２，可知热力 管道采用方形补偿器和轴向补偿器时的固定 支架最大间距 采用轴向补偿器在不同供热 介质温度下的固定支架最大间距。如下表３—１ 所示： 表３—１热力管道轴向补偿器的固定 支架最大间距（ｎ１） 管道公称直径 供热介质温度 １５０℃＜供热介质 （ｍｍ） ≤１５０ｏＣ 温度≤３００℃ ５０－６５ ５０ ３０ ８０－１２５ ７０ ５０ １５０－３００ １ｏｏ ６０ ３５０～５００ １４０ ８０ ３．２管段热伸长量的计算 供热管道的热伸长量应按下式进行计 算： ＡＬ＝ａ（ｔ广ｔ２）Ｌｘｌ０００［ ］ 式中：△Ｌ一管段的热伸长量，ｍｍ； 一钢材的线膨胀系数，ｍ／（ｍ・。（＝）： ｔｌ一供热管道内热媒的设计温度，℃： 厂一管道的安装温度，℃； ￡一管段的设计长度．ｉｎ： 其中，钢材的线膨胀系数仅值可查阅《实 用供热空调设计手册（第二版）》表７．５—２０得 到 表３—２列出了几种常用钢材在五种温度 下的线膨胀系数 管道安装温度取值如下：一般情况下按一 ５￣Ｃ计算．当管道架空敷设于室外时．应取供 暖室外计算温度 ３．３轴向波纹补偿器设计选型 一，７７－ 区域供热２０１７．３期 表３－２常用钢材的线膨胀系数（１Ｏ－ｉｆｎ／（ｍ・ｑＣ）） ＼ 纫粤 Ｑ２３５－Ａ １０ ２Ｏ １６Ｍｎ １５ＭｎＶ Ｑ２３５一ＡＦ ２０ｇ １６Ｍｎｇ １５ＭｎＶ￣ 计算温度（℃ ＼ ２０ １ＯＯ １２．２０ １１．９０ １１．１６ ８．３１ ８３ｌ ｌ５Ｏ １２．６Ｏ １２．２５ １１．６４ ９．６５ ９．６５ １５８ １２．６Ｏ １２－３１ １１．７２ ９．８６ ９Ｉ８６ ２００ １３．００ １２．６Ｏ １２．１２ １０．９９ １０．９９ 在供热管网设计时，根据设计压力、设计 温度和固定管段的热伸长量，可以参照设计 样本进行轴向波纹补偿器的设计选型。需要 注意的是设备样本给出的波纹补偿器的参数 是在一定的基准温度、基准压力和疲劳次数 计算的．当使用条件与基准参数不符时。应进 行相应的修正： （１）温度对允许工作压力的修正； 当设计温度高于基准温度时，允许工作 压力随着温度的升高而降低。随着温度的降 低而升高 （２）温度对补偿量的修正； 当设计温度高于基准温度时，波纹补偿 器的补偿量随着温度的升高而升高，随着温 度的降低而降低 （３）温度对刚度的修正； 当设计温度高于基准温度时．波纹补偿 器的刚度随着温度的升高而降低，随着温度 的降低而升高 （４）疲劳次数对补偿量的修正； 当设计疲劳次数高于样本疲劳次数时， 波纹补偿器的补偿量随着疲劳次数的升高而 降低．随着疲劳次数度的降低而升高。波纹补 偿器设计疲劳寿命设计原则如下：城市供热 管道用波纹补偿器的设计寿命应大于５００ 次：间歇运行的管道及停送频繁的供热系统， 根据实际运行情况确定，且应大于５００次。波 一ｊ｜Ｒ一 纹管设计寿命的计算方法应按ＧＢ／Ｔ１２７７７的 规定执行 轴向波纹补偿器设置在供热管道的直管 段中 在直管段的两个固定管架之间．只能设 置一个轴向型波纹补偿器 对于管道直径小． 固定管架易于设置的管线．应优先采用轴向 型波纹补偿器 补偿管道直管段的轴向位移． 也可选用直管压力平衡型波纹补偿器 该型 补偿器能平衡介质内压力所产生的压力推 力．减少对固定管架的轴向推力 适用于不易 或很难设置主固定管架的高位直管线或大直 径管线。对于公称直径ＤＮ≥２００ｍｍ．公称压 力ＰＮ≥１．６ＭＰａ的热力管道．选用平衡型波纹 补偿器．有相对合理的技术经济性［５］ ３．４轴向波纹补偿器的安装 ｆ１）轴向波纹补偿器冷紧 为了降低管道初次启动运行时固定支座 的推力和避免波纹补偿器波纹失稳，应在设 计时考虑安装时对补偿器进行冷紧．冷紧系 数可取０．５ 对于轴向波纹补偿器．宜在制造 厂内预变位后供货川 因此，设计选用轴向波 纹补偿器时．可以要求设备厂家按０．５的冷紧 系数进行冷紧后供货 如果补偿器产品说明 书中注明了预拉伸量．应按标明的数值进行 预拉伸，没有注明预拉伸量时。预拉伸量按 △ ／２或按产品说明中的公式计算 （２）轴向波纹补偿器安装导向支座要求 轴向波纹补偿器导向支座的设置，一般 按厂家规定。在《城镇供热管网设计规范 （ＣＪＪ３４—２０１０）｝第８＿４＿５条中，明确规定采用 波纹管轴向补偿器时．管道上应安装防止波 纹管失稳的导向支座。在《全国民用建筑工程 设计技术措施２００９（暖通空调．动力）》第３．３．３ 条第２款也有明确规定：当采用轴向波纹补 偿器时．第一个导向支座与补偿器的距离不 应大于４倍管道的公称直径。第二个导向支 座与第一个导向支座的距离不应大于１４倍 管道的公称直径．其余导向支架的间距可与 活动支架间距相同。 区域供热２ｏ１７．３期 （３）轴向波纹补偿器检查井 对于在地下敷设管道安装的波纹补偿 器．应设置检查井＿６＿。在《城镇供热管网设计规 范（ＣＪＪ３４—２ｏｌｏ）））第８．５．１４条中，对检查井的 净空高度、人孔数量等内容均有明确规定。当 设计为钢筋混凝土检查井时，可以参照《室外 热力管道检查井（１３ＳＲ４２５）》进行选用。 ４结语 设置．达到节省工程费用的目的。 参考文献 『１］陆耀庆．实用供热空调设计手册（第二版）．中国建 筑工业出版社．２００８ 『２］全国民用建筑工程设计技术措施２００９（暖通空调． 动力）『Ｓ１．北京：中国建筑标准设计研究院，２００９ 轴向波纹补偿器在供热管网中有着广泛 『３］陆耀庆．供暖通风设计手册．中国建筑工业出版社． １９８６ 的运用。只有全面掌握国家标准、规范、技术 措施和设计手册对轴向波纹补偿器的特点介 绍和设计要求．才能在实际供热工程设计中 正确选用．不但要满足热力管道安全平稳运 行的基本要求．同时还要通过选用最合适的 轴向补偿器．减少补偿器个数和补偿器井的 Ｊ止业龇 儿 Ｌ 舢ｊ止 — Ｌ舢 止— Ｌ皿－址 『４］Ｃ． ｌ４０２—２０１２．城市供热管道用波纹管补偿器［Ｓ］． 北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，２０１２ ［５］龙跃．热力管道波纹补偿器的设计选用浅析［Ｊ］中 国水运（下半月刊）．２０１１（０３）：９６—９７ ［６］ＣＪＪ３４—２０１０．城镇供热管网设计规范［Ｓ］．北京：中 华人民共和国住房和城乡建设部．２ｏ１０ ． Ｌ “ Ｍ “． Ｌ且 Ｊ止皿儿 （上接第６１页） ０．０ｌ千克碳粉尘、２．４７千克二氧化碳、０．０２千 地源热泵系统虽然初投资较高．但运行 费用低，拟定系统寿命周期为２０年计算，相 克二氧化硫。对于一个合理的热平衡性较好的 地源热泵系统而言，浅层地热能是一种可再生 较传统冷热源形式可节省费用１０２６万元。 故本工程采用地源热泵系统对教学楼进 行冬季供暖和夏季供冷。 参考文献 能源。项目每年的环境收益计算列于下表。 表６系统每年的减排量 一次能源节省量 ＣＯ 减排量 ＳＯ 减排量 粉尘减排量 （ｔｅｅ） （吨） （吨） （吨） ８５．０５ ２１０．０７ １．７０ Ｏ．８５ ［１］刁乃仁，方肇洪．地埋管地源热泵技术［Ｍ］．北京： 高等教育出版社．２００６． ６结论 『２］方肇洪，刁乃仁，崔萍．地埋管地源热泵系统技术 集成【Ｊ］．建设科技，２０１２（１３）：５６—５７． 『３１２ｏ１３ Ｇ Ｂ Ｔ．可再生能源建筑应用工程评价标准 『Ｓ］［Ｄ］． 地源热泵系统可有效解决冬季集中供暖 的能耗高．污染大等问题 浅层地热能属于可 再生能源．系统运行过程中不排放污染物且 不产生温室气体，而且可显著减少煤炭消耗， 有利于环境保护．符合我国提倡的可持续发 展国情 地源热泵系统对比传统能源形式每 年可节约标准煤约８５．０５吨．ＣＯ，减排量 『４１刘峰．北方既有城市社区能源优化集成系统综合 评价研究『Ｄ］．山东建筑大学．２０１４． 『５］谢银涛，潘晓玲．环保节能地源热泵技术应用研究 ［Ｊ］．城市建设理论研究：电子版，２０１５（５）． ［６］胡平放，黄峙，孙心明，等．地源热泵技术研究与应 用发展状况［Ｊ］．制冷与空调，２０１４，１４（１２）：１０４一 】０９． ２１０．０７吨，ＳＯ 减排量１．７０吨。粉尘减排量 ０．８５吨 －１１９－