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1、燃气管道设计中补偿器的选择燃气管道设计中补偿器的选择山东设计部山东设计部吕忠良2008年年11月月山东技术部技术交流山东技术部技术交流补偿器的选择补偿器的选择1、前言、前言2、定义与公式、定义与公式3、自然补偿器、自然补偿器4、方形补偿器、方形补偿器5、波纹补偿器、波纹补偿器6、金属软管、金属软管7、总结、总结2公司名称信息1、前言补偿器又称为伸缩器、伸缩节或膨胀节，主要用于补补偿器又称为伸缩器、伸缩节或膨胀节，主要用于补偿管道受温度变化而产生的变形。如果温度变化时管道不偿管道受温度变化而产生的变形。如果温度变化时管道不能完全自由地膨胀或收缩，管道中将产生温度应力。在管能完全自由地膨胀或收缩，
2、管道中将产生温度应力。在管道设计中必须考虑这种应力，否则它可能导致管道的破裂，道设计中必须考虑这种应力，否则它可能导致管道的破裂，影响生产的正常运行。燃气管道中有各种形式的补偿器，影响生产的正常运行。燃气管道中有各种形式的补偿器，设计人员有必要了解各种补偿器的特点，并能够正确选择设计人员有必要了解各种补偿器的特点，并能够正确选择合适的补偿器。合适的补偿器。 下面就补偿器的选择向大家作简单的介绍。下面就补偿器的选择向大家作简单的介绍。3公司名称信息2、定义与公式为了更好的理解后面内容，首先介绍三个定义和两个计算为了更好的理解后面内容，首先介绍三个定义和两个计算公式公式（1 1）定义）定义a a、
3、滑动支架：、滑动支架：管道轴向、横向均不受限制，即允许管道前后、左右有位移；管道轴向、横向均不受限制，即允许管道前后、左右有位移；b b、导向支架：、导向支架：是滑动支架的一种，一般只允许管道有轴向位移，而不允许有是滑动支架的一种，一般只允许管道有轴向位移，而不允许有横向位移。横向位移。4公司名称信息2、定义与公式 对直管式导向支架进行定位，一般推荐：使补偿器靠近一个固定对直管式导向支架进行定位，一般推荐：使补偿器靠近一个固定支架，使第一个导向支架与补偿器端面的间距不超过管径的支架，使第一个导向支架与补偿器端面的间距不超过管径的4 4倍倍（L14DNL14DN） 。这种布设方式既可以使位移得到
4、正确的导向，又可以。这种布设方式既可以使位移得到正确的导向，又可以使补偿器的两端得到适当的支承。第二个导向支架与第一个导向支架使补偿器的两端得到适当的支承。第二个导向支架与第一个导向支架的间距不得超过管径的的间距不得超过管径的1414倍（倍（L2L214DN14DN）。其它导向支架的最大间距）。其它导向支架的最大间距可按公式计算，也可按燃规上的规定执行。如下图所示：可按公式计算，也可按燃规上的规定执行。如下图所示：5公司名称信息2、定义与公式c c、固定支架：、固定支架： 管道轴向、横向均受限制，不允许管道有位移。管道轴向、横向均受限制，不允许管道有位移。固定支架分主固定支架和次固定支架，主固
5、定支架一固定支架分主固定支架和次固定支架，主固定支架一般设置在管道的盲端、弯头、阀门及侧支管线连接处等位般设置在管道的盲端、弯头、阀门及侧支管线连接处等位置，置， 次固定支架一般设在直管段上两个轴向型补偿器之次固定支架一般设在直管段上两个轴向型补偿器之间。间。6公司名称信息2、定义与公式（2）管道伸长量的计算管道伸长量的计算由于温差引起的管道长度变化，由下式计算：由于温差引起的管道长度变化，由下式计算：L L LtLt式中式中L L管道的伸长量（管道的伸长量（m m）；）； 管道的线膨胀系数（管道的线膨胀系数（m/mm/m），其数值见表），其数值见表1 1L L管道长度（管道长度（m m）；）
6、；t t温差（温差（ ），架空管道在太阳直晒的情况），架空管道在太阳直晒的情况下计算温差可取下计算温差可取80 80 ；7公司名称信息2、定义与公式表表1 1 各种管材的线膨胀系数（各种管材的线膨胀系数（ m/mm/m ）管道材料管道材料管道材料管道材料普通钢普通钢碳素钢碳素钢镍钢镍钢镍铬钢镍铬钢不锈钢不锈钢12.012.01010-6-611.711.71010-6-613.113.11010-6-611.711.71010-6-610.310.31010-6-6黄铜黄铜紫铜紫铜铸铁铸铁聚氯乙烯聚氯乙烯13.413.41010-6-616.416.41010-6-610.410.41010-
7、6-670.070.01010-6-68公司名称信息（2 2）温度应力）温度应力 当管道两端固定时，温度应力为：当管道两端固定时，温度应力为：=EE式中式中温度应力（温度应力（MPaMPa）；）；E E弹性模数（弹性模数（MPaMPa），钢材取），钢材取2.1102.1105 5MPaMPa；管道的相对变形，管道的相对变形， L/LL/L 2、定义与公式9公司名称信息自然补偿器是利用管道自身进行补偿，常用的有自然补偿器是利用管道自身进行补偿，常用的有两种形式，两种形式，L型和型和Z型，如下图：型，如下图：3、自然补偿器10公司名称信息自然补偿器短臂的计算方法如下：自然补偿器短臂的计算方法如下：
8、（1 1）L L型补偿器短臂长度计算：型补偿器短臂长度计算：式中式中l lL L型补偿器的短臂长度型补偿器的短臂长度(m(m）；）；L LL L型补偿器长臂的热伸缩量（型补偿器长臂的热伸缩量（mmmm）；）；D D管道外径（管道外径（mmmm）3、自然补偿器11公司名称信息（2 2）Z Z型补偿器的短臂长度计算：型补偿器的短臂长度计算：式中式中 l lZ Z型补偿器的短臂长度型补偿器的短臂长度(m(m）；）； t t计算温差（计算温差（ ） ； E E弹性模数（弹性模数（MPaMPa）；）；D D管道外径（管道外径（mmmm）；）；允许弯曲应力（允许弯曲应力（MPaMPa）；）； k= k=
9、L L1 1/ / L L2 2 3、自然补偿器12公司名称信息 小结：自然补偿的管道的长臂臂长一般不超过小结：自然补偿的管道的长臂臂长一般不超过25m25m，弯曲应力不应超过，弯曲应力不应超过80MPa80MPa。 L L形与形与Z Z形补偿器可以利用管道中的弯头构成，且形补偿器可以利用管道中的弯头构成，且便于安装。在管道设计中，应充分利用这两种补偿器便于安装。在管道设计中，应充分利用这两种补偿器做补偿，然后再考虑采用其它种类的补偿器。自然补做补偿，然后再考虑采用其它种类的补偿器。自然补偿的优点是可以节省补偿器，缺点是管道变形时产生偿的优点是可以节省补偿器，缺点是管道变形时产生横向位移。架空
10、管道中自然补偿不能满足要求时才考横向位移。架空管道中自然补偿不能满足要求时才考虑装设其它类型的补偿器。虑装设其它类型的补偿器。3、自然补偿器13公司名称信息 方方型型补补偿偿器器又又称称型型补补偿偿器器，它它一一般般用用优优质质无无缝缝钢钢管管煨煨弯弯而而成成，当当管管径径较较大大时时常常用用焊焊接接弯弯管管制制成成。曲曲率率半半径径通通常常为为3DN-4DN3DN-4DN。方方型型补补偿偿器器分分为为4 4种种型型号号，补补偿偿能能力力为为30mm30mm一一250mm250mm。4 4、方型补偿器、方型补偿器14公司名称信息4、方型补偿器补偿能力L L(mm)(mm)型号公称直径（mm）2
11、53240506580100125150200250外伸臂长HA+2R50123465075085010607208309301120760870970114079088097010508609109801240930930980124010001000表表2 2补偿能力为补偿能力为50mm50mm的方型补偿器相关参数的方型补偿器相关参数15公司名称信息4 4、方型补偿器、方型补偿器补偿能力L L(mm)(mm)型号公称直径（mm）253240506580100125150200250外伸臂长HA+2R1001234910107012501600980117013601700105012401
12、430178011001250145017001200133014701710127014001500172014001530160017301590167017501840173018301830198020502100210021902300表表3 3补偿能力为补偿能力为100mm100mm的方型补偿器相关参数的方型补偿器相关参数补偿能力为补偿能力为30mm30mm、75mm75mm、150mm150mm、200mm200mm、250mm250mm的方型补偿器均有相关的参数列表。的方型补偿器均有相关的参数列表。16公司名称信息 小小结结：方方形形补补偿偿器器的的优优点点是是制制造造方方便便
13、，轴轴向向推推力力较较小小，补补偿偿量量大大，运运行行可可靠靠，严严密密性性好好，不不需需要要经经常常维维修修。其其缺缺点点是是介介质质流流动动阻阻力力大大、单单面面外外伸伸臂臂较较长长，占占空空间间较较大，当管径较大时不宜采用。大，当管径较大时不宜采用。4 4、方型补偿器、方型补偿器17公司名称信息5 5、波纹补偿器、波纹补偿器 波波纹纹补补偿偿器器是是采采用用先先进进的的、对对波波纹纹管管无无损损伤伤的的利利用用薄薄不不锈锈钢钢板板整整体体一一次次液液压压成成型型制制作作的的。波波纹纹补补偿偿器器在在管管线上可作轴向、横向和角向三个方向的补偿。线上可作轴向、横向和角向三个方向的补偿。波波纹
14、纹补补偿偿器器的的种种类类很很多多，包包括括轴轴向向型型波波纹纹补补偿偿器器 、自自由由复复式式型型波波纹纹补补偿偿器器 、拉拉杆杆型型波波纹纹补补偿偿器器等等。 后后两两种种结结构构较较为为复复杂杂，且且在在燃燃气气管管道道中中用用的的较较少少，主主要要介介绍绍轴向型波纹补偿器。轴向型波纹补偿器。18公司名称信息5 5、波纹补偿器、波纹补偿器轴轴向向型型波波纹纹补补偿偿器器由由一一个个波波纹纹管管和和两两个个接接管管构构成成。它它通通过过波波纹纹管管的的柔柔性性变变形形来来吸吸收收管管线线轴轴向向位位移移（也也有有少少量量横横向向、角角向向位位移移），一一般般通通过过法法兰兰与与管管道道连连
15、接接。补补偿偿器器上上的的小小拉拉杆杆主主要要是是运运输输过过程程中中的的刚性支承或作为产品预变形调整用，它不是承力件。如下图所示：刚性支承或作为产品预变形调整用，它不是承力件。如下图所示： 轴轴向向型型波波纹纹补补偿偿器器为为了了减减少少介介质质的的流流动动阻阻力力，在在内内部部设设有有内内套套管管，在在很很大大程程度度上上限限制制了了横横向向补补偿偿能能力力，故故一一般般仅仅用用以以吸吸收收或或补补偿偿管道的轴向位移；管道的轴向位移；19公司名称信息5 5、波纹补偿器、波纹补偿器 波纹补偿器波纹补偿器补偿能力为：补偿能力为： L= L= sNsN式中式中L L补偿器的补偿能力（补偿器的补偿
16、能力（mmmm）；）；N N波节数；波节数；s s单单节节波波纹纹的的补补偿偿能能力力（mmmm）；一一般般为为15-15-20mm20mm，产品说明书中有相关参数。，产品说明书中有相关参数。波纹补偿器允许的补偿能力一般按最大补偿能力的波纹补偿器允许的补偿能力一般按最大补偿能力的1 12 22 23 3计算。计算。 20公司名称信息5 5、波纹补偿器、波纹补偿器单节波纹的补偿能力单节波纹的补偿能力s s 可按下式计算：可按下式计算：式中：式中：E E补偿器钢材的弹性模量（补偿器钢材的弹性模量（MPaMPa）；）；s s补偿器钢材屈服极限（补偿器钢材屈服极限（MPaMPa）；）； d d管道内径
17、（管道内径（cmcm）；）； 补偿器壁厚（补偿器壁厚（cmcm）；）； k k安安全全系系数数。当当P0.25MPaP0.25MPa时时，k=1.2k=1.2；当当0.25MPa 0.25MPa P0.6MPaP0.6MPa时时，k=1.3k=1.3； 波形补偿器计算系数，据波形补偿器计算系数，据d/Dd/D值查表值查表3 3 D D波形补偿器的外径（波形补偿器的外径（cmcm）。）。21公司名称信息5 5、波纹补偿器、波纹补偿器表表4 4波形补偿器计算系数波形补偿器计算系数d/Dd/Dd/Dd/D0.400.460.500.540.580.600.6414.368.5106.0334.280
18、3.0162.5241.7620.680.700.720.760.800.840.901.2030.9870.80650.5120.3110.17250.047622公司名称信息5 5、波纹补偿器、波纹补偿器 为了使补偿器处于一个良好的工作位置和改善管道为了使补偿器处于一个良好的工作位置和改善管道的受力状态，在安装前对补偿器进行的受力状态，在安装前对补偿器进行“预变形预变形” 轴向型补偿器的轴向预变形量轴向型补偿器的轴向预变形量X X由下式确定：由下式确定：X=X1/2-X=X1/2-（T0-T0-TminTmin）/ /（Tmax-TminTmax-Tmin） 式中式中XX轴向补偿量轴向补偿
19、量 TmaxTmax最高使用温度最高使用温度 T0T0安装温度安装温度TminTmin最低使用温度最低使用温度23公司名称信息5 5、波纹补偿器、波纹补偿器 小小结结：波波纹纹补补偿偿器器具具有有工工作作可可靠靠、结结构构紧紧凑凑、重重量量轻轻、位位移移补补偿偿量量大大、变变形形应应力力小小等等优优点点，广广泛泛应应用用于于燃燃气气管管道道的的补补偿偿中中，但但由由于于其其管管壁壁较较薄薄、强强度度低低，不不能能承承受扭力、振动，安全性差，施工时应注意保护受扭力、振动，安全性差，施工时应注意保护 。24公司名称信息6 6、金属软管、金属软管 金属软管由金属软管由不锈钢波纹管、不锈钢网套、金属软
20、管不锈钢波纹管、不锈钢网套、金属软管接头组成。如右图所示：接头组成。如右图所示：不锈钢波纹管是不锈钢波纹管是由极薄壁的无缝不锈钢管经过高精由极薄壁的无缝不锈钢管经过高精度塑性加工而成。有两种形式度塑性加工而成。有两种形式: :一种是环形金属软管、一一种是环形金属软管、一种是螺旋型金属软管。如下图：种是螺旋型金属软管。如下图：环形金属软管环形金属软管螺旋型金属软管螺旋型金属软管25公司名称信息6 6、金属软管、金属软管 不锈钢网套不锈钢网套是金属软管安装在压力管路中的主要承是金属软管安装在压力管路中的主要承压件，同时压件，同时对金属软管对金属软管起保护作用，根据管道中的压力起保护作用，根据管道中
21、的压力大小及应用场所，可选择一层或多层的不锈钢丝或钢带大小及应用场所，可选择一层或多层的不锈钢丝或钢带按一定的参数进行按一定的参数进行编织。压力范围一般为编织。压力范围一般为 PN0.6PN0.632.0Mpa32.0Mpa，最高达，最高达42.0MPa42.0MPa。 金属软管接头主要包括螺纹连接、法兰连接、快速金属软管接头主要包括螺纹连接、法兰连接、快速接头连接。接头连接。 26公司名称信息6 6、金属软管、金属软管常用的金属软管主要参数：常用的金属软管主要参数：27公司名称信息 金属软管的主要外形尺寸：金属软管的主要外形尺寸：公称直径mm公称压力MPa最大横向位移量Y （mm）50100
22、150200250300350400金属软管全长L（mm）400.6-4.0550700900100011001200130014005065080010001100120013001400150065700900110012001300140015001600808001000120013001400150016001700100900120013001500160017001800190012510001200140016001800190021002200150100013001500160018001900210022006 6、金属软管、金属软管28公司名称信息 金属软管的主要技术特
23、性：金属软管的主要技术特性：6 6、金属软管、金属软管公称直径mm内径mm外径mm最小弯曲半径mm4039.8053.94005049.8063.95006574.80100.06508079.8010880010099.801301000125124.801711250150149.80196150029公司名称信息6 6、金属软管、金属软管 小结：小结：金属软管具备良好的柔软性、抗疲劳性、耐金属软管具备良好的柔软性、抗疲劳性、耐高压、耐高低温、耐蚀性等诸多特性，可广泛应用于燃高压、耐高低温、耐蚀性等诸多特性，可广泛应用于燃气管道中进行横向位移的补偿，也可用于燃气管道与用气管道中进行横向位移
24、的补偿，也可用于燃气管道与用气设备的连接，吸收设备的振动，气设备的连接，吸收设备的振动，降低振动对燃气管道降低振动对燃气管道的影响。的影响。 30公司名称信息7 7、总结、总结架空管道中补偿器的选择应首先应考虑自然补偿，架空管道中补偿器的选择应首先应考虑自然补偿，当自然补偿不能满足要求时才考虑装设方型补偿器、波当自然补偿不能满足要求时才考虑装设方型补偿器、波纹补偿器或金属软管。纹补偿器或金属软管。在进行燃气管道设计时应充分地考虑到管道的走向在进行燃气管道设计时应充分地考虑到管道的走向和支撑体系的设计，综合考虑补偿器的选型和配置，以和支撑体系的设计，综合考虑补偿器的选型和配置，以求达到安全、合理、适用、经济的最佳组合。求达到安全、合理、适用、经济的最佳组合。 31公司名称信息32公司名称信息
