淺談管道補償器的使用說明
由于工作介質及環境溫度的變化導致管道長度發生變化，并產生拉（壓）應力，當超過管道本身的抗拉強度時，會使管道變形或破壞。為此，在管道局部架空地段應設置補償器，即膨脹節。使由溫度變化而引起管道長度的伸縮加以調節得到補償
一、波紋膨脹節的形式
波紋管配備相應的構件，形成具有各種不同補償功能的波紋膨脹節。按補償形式分為軸向型、橫向型、角向型及壓力平衡型。
軸向型
普通軸向型、抗彎型、外壓型、直埋型、直管力平衡型、一次性直埋型。
橫向型
單向橫向型、萬向鉸鏈橫向型、大拉桿橫向型、小拉桿橫向型。
角向型
單向角向型、萬向角向型。
以上是基本分類，每類都具備共同的功能。在一些特定情況還可以有特殊功能，如耐腐蝕型、耐高溫型。按特定場合的不同，分為催化裂化裝置用、高爐煙道用。按用于不同介質分為：熱風用、煙氣用、蒸汽用等。
二、波紋膨脹節的結構
1．軸向型波紋膨脹節
普通抽向型
是最基本的軸向膨脹節結構。其中支撐螺母和預拉桿的作用是支撐膨脹節達到最大額定拉伸長度和到現場安裝時調整安裝長度（冷緊）。如果補償量較大，可用兩節，甚至三節波紋管。使用多節時，要增加抗失穩的導向限位桿。
抗彎型
增加了外抗彎套筒，使整體具有抗彎能力。這樣可以不受支座的設置必須受4D、14D的約束，支架的設置可以將這段按剛性管道考慮。
外壓型
這種結構使波紋管外部受壓，內部通大氣。外殼必須是密閉的容器，它的特點是：
1）波紋管受外壓不發生柱失穩，可以用多波，實現大補償量。
2）波紋內不含雜污物及水，停汽時冷凝水不存波紋內可從排污閥排掉，不怕冷凍。
3）結構稍改進也具有抗彎能力。
直埋型
它的外殼起到井的作用，把膨脹節保護起來．密封結構防止土及水進入。實際產品分防土型和防土防水型。對膨脹節的特殊要求是必須與管道同壽命。
一次性直理型
它的使用是裝在管線上后整個管線加熱升溫到管線的設計溫度范圍的中間溫度，管線伸長，波紋管被壓縮，兩個套筒滑動靠近，然后把它們焊死，再由檢壓孔打壓檢驗焊縫不漏即可。它的特點是：
1）焊死后波紋管再不起作用，它的壽命一次就夠。
2）波紋管的設計壓力按施工加熱的壓力設計。材質用普通碳鋼。
2．橫向型波紋膨脹節
單向橫向型
它只能在垂直于鉸鏈軸的平面內彎曲變形。
萬向橫向型
它可以對不在一個平面內的空間管道進行各方向的補償變形。
大拉桿橫向型
它屬于萬向橫向型，除了可以承受較大的橫向變形，還能吸收中間長接管的熱變形。如果不需要用拉桿平衡內壓的推力，它還可以補償來自管線的軸向變形，即所謂“萬能膨脹節”。由干彎曲和軸向變形同時發生且軸向變形由兩個波紋管均擔，則要求它們的變形量要在膨脹節結構上給以限位，以便均勻分配各波紋管的變形量，使其各自的變形量都小超過額定值。
小拉桿橫向型
在需要由拉桿平衡內壓推力時，它可以進行橫向和自身熱變形補償。如不需拉桿平衡內壓推力，它可以承受軸向補償，這也是萬能膨脹節的一種。橫向膨脹節具有下列優點：① 能進行大位移補償。② 內壓引起的軸向力由自身的拉桿及鉸鏈平衡，使它的支架成為次固定支架，降低支架的造價。③ 拉桿橫向式還具有吸收軸向變形的能力，在變形較復雜的管線上可以發揮它的作用。④ 它更大的優點是由子在結構上受拉桿及鉸鏈的保護，對管道的安裝誤差甚至事故不像軸向膨脹節那樣敏感，有時即使有管道事故也不致損壞膨脹節。在管系設計中如果可能盡量用橫向型膨脹節。
3．角向型波紋膨脹節
單向角向型
它只能彎曲變形，形成角位移。內壓推力由鉸鏈承受。
萬向角向型
萬向角向型波紋膨脹節特點是采用萬向鉸鏈，可以在過軸線的任何平面內彎曲。角向型一般由兩個或三個組合使用補償線位移。
4．力平衡型波紋膨脹節
波紋膨脹節內壓推力比較大，易對相連的設備產生不良影響。力平衡型膨脹節通過自身結構使內壓引起的推力保持平衡．而不作用或很少作用于相連的設備，且能保持本身的軸向補償功能。
直管力平衡型
它由兩個工作波紋管，一個平衡波紋管及端板、平衡拉桿組成。其中的關鍵是平衡波紋管的有效面積必須是工作波紋管有效面積的兩倍，這樣工作波紋管內壓引起的向外側的軸向推力通過平衡拉桿被平衡波紋管因內壓引起的相反方向的推力所抵消，而無軸向推力輸出，管道或設備不再受力在正常的補償過程中，它自身的力平衡關系不變。
彎管力平衡型
這是用于管道轉彎處進行軸向、橫向或兩者組合補償。由工作波紋管和平衡波紋管及平衡拉桿、彎頭組成。平衡波紋管的有效面積必須與工作波紋管的有效面積相等，則內壓引起的軸向推力正好方向相反，大小相等。通過拉桿相抵消。橫向位移校大時可用兩個工作波紋管，如橫向位移和軸向位移都比較小，可用一個工作波紋管。
注：以上膨脹節類型均參照石家莊巨力科技有限公司樣本。
三、 由于溫度變化引起鋼管的伸縮量計算
伸縮量（mm）
線膨脹系數（鋼：
）
管道長度（mm）
溫度（
）
—變化前溫度 
—變化后溫度
由上式可以得出：每米鋼管溫差
時，伸縮量為0.012mm，即若升高
，則伸長1.2mm。
四、 由于溫度變化引起鋼管的伸縮應力計算
—應力（帕）
—彈性模量（鋼：
帕）
—溫度（）
—線膨脹系數（
）
=
由上式可得出：每溫差應力值為2.47兆帕，即
例：Dg1000毫米管道，厚6毫米
則：承受力
=4683
即：當溫差時承受4683的拉（壓）應力。
五、 膨脹節預變位安裝的計算：
安裝前，對于補償量大的膨脹節可進行預變行安裝，這樣可以增加膨脹節的疲勞壽命、減少膨脹節的彈性反力，從而減少膨脹節對固定支架的推力。對于補償量小的膨脹節，一般不進行預變行。用于吸收震動的膨脹節，不要進行預變形。
預拉量
按下式計算：
式中：
—補償器的補償量，mm
—管道安裝溫度，
—管道最低溫度，
—管道運行時的最高溫度，
對于高溫管道（＞），預拉量為正，應將補償器預拉伸；對于低溫管道（＜），預拉量為負，應將補償器預壓縮。熱力管道屬于前者。當
時，
，所以一般資料介紹，預拉量可以取補償量的一半，但是這一結論的前提是管道的安裝溫度與最低溫度近似相等。當＞時，
；當＜時，
。
在分析管道軸向力的同時，還應注意到管道的橫向推力，由于在安裝管道時，管線的布置不可能絕對平直，因此受熱后不僅軸向移動，還會造成徑向位移。如果導向支架不能承受所加的橫向載荷或導向滑板側形狀不規則、表面粗造等，其摩擦阻力隨橫向推力的增大而增大，所以對平衡式波紋管補償器進行設計時，對導向問題也進行了專門的設計，以保證其橫向摩擦力最小，能最大限度地保證管道的安全運行。
當管道輸送常溫介質時：
安裝前應在施工現場將波紋管補償器預先壓縮或拉伸到“零點溫度”（施工地區年平均溫度）時的長度再進行安裝，此方法稱預拉伸。
預拉伸的長度可通過下式求得：
─拉伸或壓縮的長度（mm）
─溫度（）
L─補償器的長度（mm）
C─管壁線膨脹系數（
）
式中：
─零點溫度，即施工地區的年平均那溫度
─安裝時現場溫度
當
時，為正數，需要將補償器波紋管進行壓縮。
當
時，為負數，需要將補償器波紋管拉伸。
例：設計極端最高溫度42.5，極端最低溫度-19.7
全年平均溫度：
例如1：夏天，安裝溫度為30時，管道長度為50米時，L管壁線膨脹系數：=
=11.16(mm)
為正數，需將波紋管補償器壓縮11.16毫米。
例如2：冬天，安裝溫度為0時，管道長度為50米時，L管壁線膨脹系數：=
=-6.84(mm)
為負數，需將波紋管補償器拉伸6.84毫米。
六 限位螺栓的設置
補償器在運行過程中，由于存在內壓推力和彈性反力，會對補償器兩端的固定支座或其它設備產生巨大的推力，如不設法抵消這種力，就必將造成管線、支座或其它設備結構的破壞。限位螺栓就是為了克服這種力而設置的。限位螺栓一般四組，兩端國定在端板上，由大拉桿、螺母及球面墊圈組成，其計算見GB/T12777-2008《金屬波紋管膨脹節通用技術條件》中的規定。
波紋管兩端的固定支架或設備所受水平推力公式：
式中 
波紋管平均直徑
波紋管的軸向剛度 補償器的軸向位移
可以看出，補償器對兩端的推力是由
（盲板力）和
（補償器的彈性反力）組成的，由于設置了限位螺栓，所以，補償器對兩端的推力只有。
例：有一工程的冷凍水管為DN450的螺紋鋼管，為了抵消冷凍水管內溫差而產生的變形，就在管道上設置了金屬波紋管膨脹節。
該膨脹節對支架的推力如下：根據該膨脹節的剛度K為459N/mm，膨脹節的位移為25mm，冷凍水管的試驗壓力P為1.6 Mpa，而其有效壓面積A為2075
。
故：
Kg=34.34噸
拉桿計算：根據GB/T12777-2008的規定：
=
則拉桿的直徑
，取安全系數1.2，
所以此膨脹節對支架的推力為：
綜上所述，金屬波紋管膨脹節是一個即脆弱又重要的環節，在實際施工過程中，我們按照以上的正確方法預拉（壓）后進行安裝，通過有關力學計算，按照實際的需要是否設置大拉桿型及其它約束型膨脹節，使整個管線長期、穩定、安全的工作。可參照石家莊巨力科技有限公司產品樣本。
七 一般安裝要求
1、補償器在安裝前應先檢查其型號、規格及管道配置情況，必須符合設計要求，包括產品外觀檢查，特別是波紋管表面有無運輸及吊運中造成的機械損傷。
2、當設計不要求進行預變位安裝時，則在整個安裝期間不要松動定位螺母或拆除運輸拉桿或“過橋”，當膨脹節和各類管架都裝設完畢檢查合格后，壓力試驗前，必須立即將大拉桿上內側定位螺母擰至螺紋根部，立即拆除專用運輸螺桿或“過橋”。注意，不要松動大拉桿外側螺母。
3、安裝方向：裝有導流筒的膨脹節上附設有介質流向標牌，與介質流向一致，防止倒坡向，沖蝕及腐蝕波紋管，影響介質流速。
4、安裝誤差：對連接膨脹節兩端的管道的端面或法蘭端面尺寸偏差和位置偏差如下：
⑴ 面間長度偏差：
⑵ 面間同軸度偏差： 
且
（
管道公稱通徑）
⑶ 各面對其管道軸線垂直度偏差 
且
同時，安裝時不要使膨脹節承受扭矩，嚴禁用補償器的變形方法來調整管道的安裝誤差。
5、用來保護和預變性的輔助構件，應該在管道安裝完并試壓完畢后方可拆除。通用型膨脹節把運輸拉桿的螺母擰到螺紋根部或去掉；大拉桿膨脹節把大拉桿內側螺母擰至螺紋根部，運輸拉桿螺母處理方式同通用型膨脹節；補償器所有活動元件，不得被外部構件卡死或限制其活動范圍，應保證活動部件的正常運行。
6、系統壓力試驗
試驗壓力不得超過規定值（常溫水壓試驗不得超過設計壓力的1.5倍，氣壓試驗不得超過設計壓力的1.1倍）。對不銹鋼波紋管，水壓試驗用水應不含氯離子。系統壓力試驗必須在所用管架和膨脹節都裝設好之后進行。
7、膨脹節與管道的裝配
預變位膨脹節，預位后于管道裝配，預變位前拆除專用運輸螺母或“過橋”。不要求預變位安裝推薦采用：
⑴預留間距裝配法；⑵順序裝配法。
八 膨脹節的安裝和使用要求
1、補償器在安裝前應先檢查其型號、規格及管道配置情況，必須符合設計要求。
2、對帶內套筒的補償器應注意使內套筒子的方向與介質流動方向一致，鉸鏈型補償器的鉸鏈轉動平面應與位移轉動平面一致。
3、需要進行“冷緊”的補償器，預變形所用的輔助構件應在管路安裝完畢后方可拆除。
4、嚴禁用波紋補償器變形的方法來調整管道的安裝超差，以免影響補償器的正常功能、降低使用壽命及增加管系、設備、支承構件的載荷。
5、安裝過程中，不允許焊渣飛濺到波殼表面，不允許波殼受到其它機械損傷。
6、管系安裝完畢后，應盡快拆除波紋補償器上用作安裝運輸的黃色輔助定位構件及緊固件，并按設計要求將限位裝置調到規定位置，使管系在環境條件下有充分的補償能力。
7、補償器所有活動元件不得被外部構件卡死或限制其活動范圍，應保證各活動部位的正常動作。
8、水壓試驗時，應對裝有補償器管路端部的次固定管架進行加固，使管路不發生移動或轉動。對用于氣體介質的補償器及其連接管路，要注意充水時是否需要增設臨時支架。
水壓試驗用水清洗液的96氯離子含量不超過25PPM。
9、水壓試驗結束后，應盡快排波殼中的積水，并迅速將波殼內表面吹干。
10、與補償器波紋管接觸的保溫材料應不含氯離子。
九 膨脹節的許用疲勞壽命
補償器中的波紋管元件是在材料屈服極限的高應力狀態下工作，每一次變化都不能恢復到其原來狀態而留有殘余應力，往復循環，殘余應力累積到一定程度，波紋管就會產生腐蝕破壞，而破壞的循環次數稱之為補償器的疲勞壽命
。實際應用時，取一定的安全系數
倍數。補償器的許用疲勞壽命
，而一般為10～15，由于有些廠家設計選取值不同，
也大不相同，一般要求≥1000次以上。
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