旋轉補償器是一種新型無推力的管道補償器,在城市供熱管網工程的應用中具有極大的優越性和靈活性。本文就旋轉補償器在熱網管道改造工程中的應用做一下分析。
供熱熱作為城市重要的基礎設施之一,因其符合國家節能、環保的政策,近幾年得到了較快的發展。熱網建設中補償器形式的選擇作為熱網工程的關鍵技術之一,直接關系到熱網的安全性和經濟性。旋轉補償器作為一種新型的補償器,在補償量、工程投資、運行可靠性等方面與傳統補償器相比,都有其獨到之處,近年來在熱網工程中得到了越來越多的應用。
1 旋轉補償器的工作原理
其工作原理是安裝在熱網管道上的兩個旋轉補償器和旋轉臂組成旋轉補償器組,當管道布置成雙向補償的形式時,旋轉臂環繞著z軸中心旋轉;當管道布置成單向補償的形式時,旋轉臂環繞著固定端的補償器旋轉。通過旋轉以達到吸收直管段上產生的熱膨脹量的目的。
2 旋轉補償器常見布置方式
旋轉補償器的布置方式多種多樣,
3 旋轉補償器與傳統補償器性能比較
蒸汽管道的熱補償有兩種形式,一種是通過改變管道方向的自然補償,另一種是補償器補償。傳統的補償器主要有方形補償器和套筒補償器。
上述傳統補償器各有優點,但在實際應用中也存在一些缺陷:(1)方形補償器具有安全性高、占地面積大、補償距離小、流動阻力大、彎頭和管材消耗高等缺點,工程造價高。(2) 波紋補償器有軸向、橫向、鉸鏈式等多種形式。距離大、軸向壓力大、易補償的缺點。雖然橫向波紋管和鉸接波紋管在上述方面有所改進,但由于不銹鋼波紋管受氯離子腐蝕和應力腐蝕的影響明顯,容易造成突發事故,水錘承載能力差,使用壽命短(受使用次數限制),無法保證長期正常運行。(3) 套筒補償器的優點是管路布置成直線,壓力降小。缺點是內壓推力大,補償距離小,工程造價高;填料函容易泄漏,特別是啟停次數過多或蒸汽流量不穩定時,不能保證長期正常運行。與上述傳統補償器相比,旋轉補償器具有以下特點。
(1) 補償距離長,壓力損失小。一般按200-500m設計一組旋轉補償器,可布置在管道兩固定點之間直線上的任意位置,由于補償器數量較少,旋轉補償器本身不產生壓降,而蒸汽輸送的壓降相對較小,比軸向波紋管補償的壓降小0.02-0.03兆帕/公里,這對長距離供熱尤為重要。
(2) 安全性能高,使用壽命長。旋轉補償器主體剛性好,不怕水錘,不需要考慮氯離子腐蝕和應力腐蝕的突然破壞,保證了管道的安全運行。由于旋轉補償器采用徑向密封,不會產生軸向位移。在保證密封材料質量的前提下,管網可長時間運行,無需維護。
(3) 水平推力小,工程造價低。由于旋轉補償器采用螺栓剛性連接,不會產生內壓推力,因此固定支架的水平推力較小;另外,由于補償點較少,固定支架的數量和體積也大大減少。應用于架空管道,與其它補償方法相比,采用旋轉補償器的管網費用可降低5%以上。旋轉補償器的工作原理決定了其布置時會占用較大的三維空間,因此一般只適用于景觀要求低、管道直線距離較長的工業區或城市郊區的熱網工程。由于地下空間有限,使用旋轉補償器比較困難。盡管許多新建道路綠化帶較寬,可供旋轉補償器使用的空間較大,但從工程造價和施工難度來看,如果補償裝置不能從地面引出,必須安裝在地下鋼箱中,旋轉補償器可能不是最佳選擇。
1987年,在某公司投運的一期熱網工程(X377管線)中,大部分采用方型補償器,還有一些套筒補償器。到目前為止仍在運行,但存在一些問題,主要是部分支柱出現傾斜、部分套筒補償器泄漏、引起管損升高。近年來公司對部分管網進行了技術改造,具體是:(1)用三組旋轉補償器代替10只套筒補償器(近500 m熱網管道改造);(2)在地面用一組旋轉補償器代替l00m埋地管的熱補償。改造后,消除(原套筒補償器)泄漏,降低了管損;原l00 m埋地管安裝至少需3個固定支架和2個全埋波紋補償器,現在整條埋地管無管件既安全,同時節約資金約5萬元。
2001年,公司投運的屺亭熱網一期和2004年投運的屺亭熱網二期熱網(均為X377)工程,總長約22 km,除自然補償、地溝內用波紋補償器外,其他都采用了旋轉補償器。運行后,節約效益顯著,體現在(1)供熱半徑擴大。由原來的小于8 km擴大到目前的14 km,在此供熱半徑范圍內無一小鍋爐,達到節能減排目的。(2)在滿足熱用戶的同時,該管線對外供熱出口壓力由1.1 MPa下降到1.03 MPa,降低0.07 MPa,產生的效益是可觀的。
公司在對華法紙業和國豐制衣供熱的熱網(均X219)管線上,采用了套筒補償器,運行后發現,土建支架水平度和直線度都不符合要求,套筒補償器制造質量也有問題,致使管線內蒸汽參數變化較大。
公司在2006--2009年間利用節假日停汽機會,用旋轉補償器更換套筒補償器獲得成功。在應用旋轉補償器的管網建設中,尤其采用了國家星火計劃項目產品“免維護旋轉補償器”,其性能更優越。
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