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摘要：本文介绍了各种补偿器的特点及选型注意事项，并提出要综合考虑投资成本和管网压降造成的电厂运行效率下降的经济比较问题。
关键词：波纹补偿器、压降、成本
中图分类号：TU833+.12文献标识码：A文章编号：
引言：补偿器是蒸汽热网的薄弱部件，容易产生水击、腐蚀等故障。种类较多，每种都有各自的使用范围和特点，同型号补偿器各个厂家做法也不尽相同，若选型不当不但增加工程成本还给管道的安全运行带来隐患。设计和采购时需对设计温度、压力、疲劳寿命、稳定性、补偿量等综合考虑。本文对目前供热常用的几种补偿器的特点进行逐一分析。
波纹补偿器分为轴向型、铰链型、拉杆型、压力平衡型等若干种，在供热管网中轴向外压式的应用最为普遍（见图一）。它内部是由几层薄壁不锈钢套起来，焊接成套筒形，再用液压机液压成波纹，内设导流筒以减小管道流通阻力，外面设外护管起到对波纹的保护。波纹管的外侧承受蒸汽介质的压力，补偿器工作时波纹被拉伸。
图一轴向外压波纹补偿器
1. 进口端管 2. 进口端环3.导流筒4.限位环5.端接管6.波纹管7.外管
8.出口端环9. 出口端管
设计选型时考虑10%—20%的补偿余量，但最大补偿量不可超过管道的公称直径。有设计人员设计过于保守，补偿量放大30%甚至更大，殊不知这样做有害无益，补偿量越大则波纹越多，波纹越多补偿器抗水击的能力越低。有的厂家声称可以把补偿量做的很大，把波纹分成几组串联起来，补偿量过大，则有可能造成补偿器的失稳，即每个波纹的伸长量不一致，变形过大的波纹局部应力集中极易损坏。此外。补偿器导流筒一般建议厚度不小于3mm，厚度小则强度低，抗水击性差，管道启动运行时若发生水击可能将导流筒打翻。
建设单位在采购补偿器时经常发现相同补偿量、相同压力等级和疲劳寿命情况下各个厂家价格差别较大，主要原因有以下几点：<1>补偿器设计理念不同，有的波纹管采用薄壁多层，有的采用厚壁少层，从实践应用看厚壁多层可靠性较好，但造价也贵，并且薄壁多层的刚度较小，计算出来的补偿器弹性力也较小，应用在架空管道时可减少支架的土建费用。<2>为防止氯离子腐蚀，不锈钢应选用316L，但有的厂家偷工减料，在中间层甚至全部波纹都采用304不锈钢，造价可大幅降低，但这种补偿器时间一长容易造成波纹管的腐蚀。建设单位在补偿器的波纹加工好时最好用光谱仪对不锈钢的材质做检测。
与轴向外压向对应的是轴向内压式补偿器（见图二），其波纹管的内侧承受介质压力，补偿器工作时波纹管被压缩。从这点可以看出，内压式与外压式相比更容易失稳。但内压式由于波纹管直径较外压式小一号，造价也略低。
图二 轴向内压式波纹补偿器
1. 进口端管2.左焊环3.波纹管4.导流筒5.外管6.小焊环7.中间焊环
8.右焊环9. 出口端管10.耳板11.螺杆12.螺母
内压推力计算：F=PA
P:介质工作压力 A:波纹补偿器有效截面积
内压式由于波纹管直径较外压式小一号，其有效截面积也较小，计算得出波纹管的内压推力也小，当由于架空支架时，可减小主固定支架的土建费用。
为解决大口径管道内压推力过大，导致在某些地方很难设置主固定支架，架空管线上也常采用直管压力平衡式补偿器（见图三）。其最大特点是内压推力由補偿器的平衡拉杆承受，可大大降低主固定支架的推力。此类型补偿器不能和普通轴向型补偿器在同一管线串联使用，否则平衡式和普通式补偿器之间的支架将变成主固定支架，平衡式补偿器的使用就没用意义了。其由2个工作波纹管和1个平衡波纹管构成，平衡波纹管的有效截面积是工作波纹管的2倍。实际运行时，2个工作波纹管被压缩，平衡波纹管被拉伸，3组波纹管的变形量都一致，都为管道的实际热伸长量。由此可看出其造价也是普通内压式补偿器的约3倍，同时由于有2个导流筒，补偿器的局部阻力也较普通补偿器大。
图三 直管压力平衡式波纹补偿器
1.端管2.工作波纹管3.拉杆4.平衡波纹管5.端板6.导流筒7.端板
至于直管压力平衡式用在直埋蒸汽管线则毫无意义，国内目前主流直埋管的厂家直埋内固定支架推力均可做到50吨，在供热蒸汽热网压力1.0Mpa下，已大于理论计算得出的主固定支架的推力，用普通内压或外压式即可满足使用要求。
在直埋转架空管段我们也可采用大拉杆式补偿器（见图四），用以吸收垂直其轴线的横向位移，常用于“Z”形管线的中间段上，同压力平衡式补偿器一样，由拉杆承受内压推力。
图四 大拉杆补偿器
1.端板2.拉杆3.中间管4.波纹管5.球面、锥面垫圈6.端管
但在整条架空供热管线上则不推荐使用，布置图详见图五，理由如下：以DN500管道为例，在架空使用时需2组共同使用组成类似门形补偿的布置方式，2个大拉杆补偿器放置在外伸臂上，假设两固定支架间距约150米，虽然补偿器数量比普通补偿器少，且主固定支架的推力也大幅降低，但增加了4个弯头，由此造成管道的局部阻力大幅增加，查手册可知每个弯头的局部阻力当量长度为14.5,4x14.5=58,补偿器局部阻力当量长度2.9,2.9x2=5.8,则150米的局部阻力当量长度为63.8，采用普通轴向补偿器时，150米管段设3个补偿器，局部阻力当量长度为2.9x3=8.7。
图五 大拉杆补偿器和轴向补偿器布置图
假设蒸汽压力为0.8Mpa，温度220度，则查表蒸气密度为4kg/m3，DN500管道，当蒸汽流量为120t/h时，比摩阻经计算得出为98Pa/m，
当采用大拉杆补偿器时150米压降为（150+63.8）x98=20952.4 Pa
普通轴向补偿器时150米压降为（150+8.7）x98=15552.6 Pa
用大拉杆补偿器是普通轴向补偿器压降的1.35倍，
当管线长5公里时 ，用大拉杆时压降为
20952.4x5000/150=698410 Pa，约合0.698Mpa，
普通轴向补偿器压降15552.6x5000/150=518420Pa，约合0.52Mpa
用普通轴向补偿器时热电厂供热蒸汽压力可降低0.178 Mpa。
而热电厂供热压力每下降0.1 Mpa，发电量可提高至少5%，按全年发电1亿kw.h，上网电价0.4元/ kw.h计算，可增加发电量500万kw.h，增收200万元。
综上所述，对于直埋管线首选轴向外压波纹补偿器，其抗水击、抗失稳性均强于内压式，虽然造价比内压式略贵但考虑到埋地管线一旦出事，维修查漏都非常麻烦，在资金许可的情况下尽量采用外压式。用户支线管道在压降许可条件下首选架空敷设并采用自然补偿，造价便宜且运行可靠，特别是一些每天间断用汽的用户，即使波纹补偿器质量可靠，设计布局合理，也容易因每次启动时管道存水产生水击，时间一长补偿器容易损坏。主干线管道架空敷设时要根据现场土建条件和资金情况综合考虑，在做管网方案设计时，需做详细的经济分析，当用直管压力平衡式补偿器时应比较主固定支架节省的造价和平衡式补偿器增加的造价谁更大。
参考文献
1汤慧芬，范季贤 热能工程设计手册 机械工业出版社，1999
关键词：波纹补偿器、压降、成本
中图分类号：TU833+.12文献标识码：A文章编号：
引言：补偿器是蒸汽热网的薄弱部件，容易产生水击、腐蚀等故障。种类较多，每种都有各自的使用范围和特点，同型号补偿器各个厂家做法也不尽相同，若选型不当不但增加工程成本还给管道的安全运行带来隐患。设计和采购时需对设计温度、压力、疲劳寿命、稳定性、补偿量等综合考虑。本文对目前供热常用的几种补偿器的特点进行逐一分析。
波纹补偿器分为轴向型、铰链型、拉杆型、压力平衡型等若干种，在供热管网中轴向外压式的应用最为普遍（见图一）。它内部是由几层薄壁不锈钢套起来，焊接成套筒形，再用液压机液压成波纹，内设导流筒以减小管道流通阻力，外面设外护管起到对波纹的保护。波纹管的外侧承受蒸汽介质的压力，补偿器工作时波纹被拉伸。
图一轴向外压波纹补偿器
1. 进口端管 2. 进口端环3.导流筒4.限位环5.端接管6.波纹管7.外管
8.出口端环9. 出口端管
设计选型时考虑10%—20%的补偿余量，但最大补偿量不可超过管道的公称直径。有设计人员设计过于保守，补偿量放大30%甚至更大，殊不知这样做有害无益，补偿量越大则波纹越多，波纹越多补偿器抗水击的能力越低。有的厂家声称可以把补偿量做的很大，把波纹分成几组串联起来，补偿量过大，则有可能造成补偿器的失稳，即每个波纹的伸长量不一致，变形过大的波纹局部应力集中极易损坏。此外。补偿器导流筒一般建议厚度不小于3mm，厚度小则强度低，抗水击性差，管道启动运行时若发生水击可能将导流筒打翻。
建设单位在采购补偿器时经常发现相同补偿量、相同压力等级和疲劳寿命情况下各个厂家价格差别较大，主要原因有以下几点：<1>补偿器设计理念不同，有的波纹管采用薄壁多层，有的采用厚壁少层，从实践应用看厚壁多层可靠性较好，但造价也贵，并且薄壁多层的刚度较小，计算出来的补偿器弹性力也较小，应用在架空管道时可减少支架的土建费用。<2>为防止氯离子腐蚀，不锈钢应选用316L，但有的厂家偷工减料，在中间层甚至全部波纹都采用304不锈钢，造价可大幅降低，但这种补偿器时间一长容易造成波纹管的腐蚀。建设单位在补偿器的波纹加工好时最好用光谱仪对不锈钢的材质做检测。
与轴向外压向对应的是轴向内压式补偿器（见图二），其波纹管的内侧承受介质压力，补偿器工作时波纹管被压缩。从这点可以看出，内压式与外压式相比更容易失稳。但内压式由于波纹管直径较外压式小一号，造价也略低。
图二 轴向内压式波纹补偿器
1. 进口端管2.左焊环3.波纹管4.导流筒5.外管6.小焊环7.中间焊环
8.右焊环9. 出口端管10.耳板11.螺杆12.螺母
内压推力计算：F=PA
P:介质工作压力 A:波纹补偿器有效截面积
内压式由于波纹管直径较外压式小一号，其有效截面积也较小，计算得出波纹管的内压推力也小，当由于架空支架时，可减小主固定支架的土建费用。
为解决大口径管道内压推力过大，导致在某些地方很难设置主固定支架，架空管线上也常采用直管压力平衡式补偿器（见图三）。其最大特点是内压推力由補偿器的平衡拉杆承受，可大大降低主固定支架的推力。此类型补偿器不能和普通轴向型补偿器在同一管线串联使用，否则平衡式和普通式补偿器之间的支架将变成主固定支架，平衡式补偿器的使用就没用意义了。其由2个工作波纹管和1个平衡波纹管构成，平衡波纹管的有效截面积是工作波纹管的2倍。实际运行时，2个工作波纹管被压缩，平衡波纹管被拉伸，3组波纹管的变形量都一致，都为管道的实际热伸长量。由此可看出其造价也是普通内压式补偿器的约3倍，同时由于有2个导流筒，补偿器的局部阻力也较普通补偿器大。
图三 直管压力平衡式波纹补偿器
1.端管2.工作波纹管3.拉杆4.平衡波纹管5.端板6.导流筒7.端板
至于直管压力平衡式用在直埋蒸汽管线则毫无意义，国内目前主流直埋管的厂家直埋内固定支架推力均可做到50吨，在供热蒸汽热网压力1.0Mpa下，已大于理论计算得出的主固定支架的推力，用普通内压或外压式即可满足使用要求。
在直埋转架空管段我们也可采用大拉杆式补偿器（见图四），用以吸收垂直其轴线的横向位移，常用于“Z”形管线的中间段上，同压力平衡式补偿器一样，由拉杆承受内压推力。
图四 大拉杆补偿器
1.端板2.拉杆3.中间管4.波纹管5.球面、锥面垫圈6.端管
但在整条架空供热管线上则不推荐使用，布置图详见图五，理由如下：以DN500管道为例，在架空使用时需2组共同使用组成类似门形补偿的布置方式，2个大拉杆补偿器放置在外伸臂上，假设两固定支架间距约150米，虽然补偿器数量比普通补偿器少，且主固定支架的推力也大幅降低，但增加了4个弯头，由此造成管道的局部阻力大幅增加，查手册可知每个弯头的局部阻力当量长度为14.5,4x14.5=58,补偿器局部阻力当量长度2.9,2.9x2=5.8,则150米的局部阻力当量长度为63.8，采用普通轴向补偿器时，150米管段设3个补偿器，局部阻力当量长度为2.9x3=8.7。
图五 大拉杆补偿器和轴向补偿器布置图
假设蒸汽压力为0.8Mpa，温度220度，则查表蒸气密度为4kg/m3，DN500管道，当蒸汽流量为120t/h时，比摩阻经计算得出为98Pa/m，
当采用大拉杆补偿器时150米压降为（150+63.8）x98=20952.4 Pa
普通轴向补偿器时150米压降为（150+8.7）x98=15552.6 Pa
用大拉杆补偿器是普通轴向补偿器压降的1.35倍，
当管线长5公里时 ，用大拉杆时压降为
20952.4x5000/150=698410 Pa，约合0.698Mpa，
普通轴向补偿器压降15552.6x5000/150=518420Pa，约合0.52Mpa
用普通轴向补偿器时热电厂供热蒸汽压力可降低0.178 Mpa。
而热电厂供热压力每下降0.1 Mpa，发电量可提高至少5%，按全年发电1亿kw.h，上网电价0.4元/ kw.h计算，可增加发电量500万kw.h，增收200万元。
综上所述，对于直埋管线首选轴向外压波纹补偿器，其抗水击、抗失稳性均强于内压式，虽然造价比内压式略贵但考虑到埋地管线一旦出事，维修查漏都非常麻烦，在资金许可的情况下尽量采用外压式。用户支线管道在压降许可条件下首选架空敷设并采用自然补偿，造价便宜且运行可靠，特别是一些每天间断用汽的用户，即使波纹补偿器质量可靠，设计布局合理，也容易因每次启动时管道存水产生水击，时间一长补偿器容易损坏。主干线管道架空敷设时要根据现场土建条件和资金情况综合考虑，在做管网方案设计时，需做详细的经济分析，当用直管压力平衡式补偿器时应比较主固定支架节省的造价和平衡式补偿器增加的造价谁更大。
参考文献
1汤慧芬，范季贤 热能工程设计手册 机械工业出版社，1999