
以一个实际管段为例:DN300 碳钢管道,长度 120 m,介质最高温度 130 ℃,安装时环境温度 15 ℃,直埋敷设于砂土中。要确定需要几台补偿器、每台补偿量多少、固定支架设在哪里。
第一步算总伸长量
温差取 130 - 15 = 115 ℃。碳钢线膨胀系数按 0.012 mm/(m·℃),总伸长量为 120 × 115 × 0.012 = 165.6 mm。直埋敷设有土壤约束,位移折减系数取 0.8,实际需要补偿的位移为 132.5 mm。
这里容易出错的地方是把折减系数用反。折减系数是让计算值变小,因为土壤摩擦阻力抑制了一部分位移,不是让位移变大。用错方向会导致补偿量不足。
第二步定补偿器数量
按单台套筒补偿器轴向补偿量 200 mm 考虑,理论上 1 台就够。但工程上不建议让单台产品长期工作在 70% 以上补偿量,取用率控制在 60% 左右更稳妥。132.5 mm 除以 0.6 得 220 mm,超过单台 200 mm 的能力,因此改为 2 台,每台承担约 66 mm,取用率 33%。
如果改用波纹补偿器,单台 DN300 轴向型补偿量按 100 mm 计算,需要 2 台,取用率 66%,接近上限。这时可以考虑复式拉杆型,或者把管段再切短。
第三步布固定支架
两台补偿器把 120 m 管段分成三段:两个固定支架分别在两端,中间设一个共用固定支架,两侧各承担一台补偿器的一半位移。段长分别为 40 m、80 m 不合理,应按等长划分,即 40 m、40 m、40 m,中间固定支架承受两侧反向推力。
- 端部固定支架承受单侧推力,按补偿器刚度乘以位移计算。
- 中间固定支架承受两侧推力之差,理论上可互相抵消一部分,但仍按单侧满负荷设计。
- 固定支架间距不宜超过 50 m,超过后管道自重引起的挠度会影响补偿器动作。
- 固定支架与补偿器之间不设导向支架,让管道自由伸缩。
第四步核对安装长度
补偿器的实际安装长度与设计值偏差不能超过 5 mm。直埋管道在回填前要复核一次,回填后无法调整。安装长度偏差过大会让补偿器在投运初期就处于极限位置,运行一个采暖季就可能失效。
核算结果要形成一张表:管段编号、长度、温差、总伸长量、折减后位移、补偿器型号与数量、固定支架位置。这张表是施工和验收的依据,也是后期运行维护排查问题的起点。