一、前言
煙道、風(fēng)道、原煤、制粉、送粉管道等煙風(fēng)煤粉管道中，煙道和熱風(fēng)道內(nèi)部介質(zhì)溫度比較高，當管道受熱膨脹和遇冷縮時，將對與相連接的設(shè)備產(chǎn)生作用力，反之設(shè)備也將對管道產(chǎn)生反作用力，并在管道中引起應(yīng)力。管道自身的柔性可以使得熱膨脹量可得到一定的自我補償，但是如果管道自我補償能力不足，將會導(dǎo)致管道中有強大的熱應(yīng)力產(chǎn)生，管道兩端的固定支架將會承受嚴重的推力，與管道連接的設(shè)備管口也會承受一定的附加應(yīng)力，導(dǎo)致管道變形或破壞?？梢栽诠艿郎显O(shè)置補償器，以補償管道的熱伸長，對管道的膨脹量進行吸收。
二、管段熱膨脹量
1.補償器的作用
補償器有多種類型，而波紋補償器的應(yīng)用最為普遍。不論是波紋補償器、旋轉(zhuǎn)補償器，還是套筒補償器、方形自然補償器，它們都是為了保障管道的安全運行而設(shè)置，一般來說有以下四個主要作用：一，補償器對管道軸向、橫向、角向熱變形進行補償吸收。二，補償器具有較好的伸縮量，降低閥門管道的安裝和拆卸工作的難度，非常方便。三，補償器可以吸收設(shè)備振動，使設(shè)備振動對管道的影響得以減少。四，補償器可以吸收地震或地陷對管道的變形量。
另外值得一提的是方形自然補償器，它有兩個重要作用：一，管道從基礎(chǔ)梁或地下室墻穿過時，安裝方形補償器可以大大減輕甚至避免基礎(chǔ)的沉降對管道產(chǎn)生的壓力。二，如果熱力管道過長，安裝方形補償器可以大大減小熱脹冷縮對管道產(chǎn)生的拉伸。
2.管段熱膨脹量的計算方法
管道安裝通常是在常溫下進行的，當管道內(nèi)供熱介質(zhì)及周圍環(huán)境溫度發(fā)生變化時，將引起管道的熱脹冷縮。為使管道在熱狀態(tài)下穩(wěn)定和安全，管道受熱時的熱伸長量需要給予格外關(guān)注和準確計算。設(shè)備生產(chǎn)運行的時候，管道內(nèi)的高溫介質(zhì)，讓管段遇熱膨脹，此熱膨脹值可以按照下面這個公式來計算:
Δl=LaΔt
公式中，Δl代表管段的熱膨脹值，單位為mm。L代表管段的投影長度，單位為m。a代表鋼材的線膨脹系數(shù)，單位為mm/(m·℃)mm。Δt代表工作溫度和安裝溫度之間的差值，單位為℃。
3.應(yīng)用實例
比如在某管道工程中，熱風(fēng)道的設(shè)計溫度是320℃，其安裝溫度是20℃，選用Q235A風(fēng)道材質(zhì)，管道兩端的固定支架間距是16米，由這些數(shù)值可以計算出該管段生產(chǎn)運行時所能產(chǎn)生的熱膨脹量值。
首先，我們可以查看常用國產(chǎn)鋼材的平均線膨脹系數(shù)數(shù)據(jù)表，可以查出風(fēng)道材質(zhì)Q235A的鋼材線膨脹系數(shù)是0.013mm/(m·℃)。
然后按照上述公式，我們可以計算得出熱膨脹量值為
Δl=LaΔt=10×0.013×(300-20)=39mm
根據(jù)以上計算結(jié)果，我們可以得知在這個工作狀態(tài)下，我們需要選擇補償量大于39mm的通用補償器，就可以將此管段的熱膨脹量完全吸收。
三、補償器的應(yīng)用
1.補償量的計算
補償器可以單獨充當軸向補償或是橫向補償，但是單獨用作角補償時，效果并不是很好。但是，在實踐工程項目設(shè)計中，補償器在應(yīng)用中通常會同時充當角向補償?shù)淖饔?，也就是說在軸向補償、橫向補償、角向補償這三種補償中，補償器同時吸收任意兩種補償量，偶爾甚至?xí)杖咳N補償量。在這類應(yīng)用場合中，補償器的軸向補償量、橫向補償量和角向補償量的選取，應(yīng)當滿足下面這個關(guān)系式:
X1+XY1/Y+Xa1/a≤X
這個關(guān)系式中，X代表單獨進行軸向補償時的補償量，Y代表單獨進行橫向補償時的補償量，a代表單獨進行角向補償時的補償量。X1代表同時存在的軸向補償量的實際值，Y1代表同時存在的豎向補償量的實際值，a1代表同時存在的角向補償量的實際值。
2.補償量的吸收
當角向變化不大時，可應(yīng)用上述計算式進行計算，但是當角向變化比較大時，就需要在安裝的時候，通過對補償器進行預(yù)壓縮并偏裝，進行補償量的吸收。
某工程鍋爐一次熱風(fēng)道接口，水平方向，隨著爐膛溫度的上升而膨脹，膨脹量的變化值為垂直方向向下140mm，其他2個方向的位移為10mm,而一次熱風(fēng)總管中心線與熱風(fēng)道進口法蘭面僅相距2600mm。對補償器樣本進行查取，能夠水平安裝同時滿足垂直方向140mm的補償器長度太長了，不能滿足此工程的安裝要求。因此，選擇對補償器先進行預(yù)壓縮并偏裝，對其膨脹量進行吸收。
一次熱風(fēng)管道與鍋爐熱風(fēng)道進口連接的冷態(tài)安裝，如圖1所示。在冷態(tài)安裝的時候，相對于熱風(fēng)管道中心線，補償器中心線向上偏裝75mm， 當鍋爐正常生產(chǎn)運行時，熱風(fēng)道進口管段向下膨脹，補償器將隨其運動。熱態(tài)運行最終形態(tài)如圖2所示。
圖1 一次熱風(fēng)管道與鍋爐熱風(fēng)道進口連接的冷態(tài)安裝
圖2 一次熱風(fēng)管道與鍋爐熱風(fēng)道進口連接的熱態(tài)運行最終形態(tài)
對補償器進行預(yù)壓縮并偏裝處理后，使得原本需要大于140mm的橫向補償量大大縮減，被分解了，只要補償器的橫向補償量可以達到75mm，就足以滿足此安裝要求，一來解決了對安裝空間的約束和限制，二來也節(jié)省了補償器的投資成本。
四、補償器的選擇技巧
1.非金屬補償器和金屬補償器的選擇
非金屬補償器采用耐高溫材質(zhì)，金屬補償器則采用耐磨材質(zhì)。煙道和熱風(fēng)道內(nèi)部的介質(zhì)溫度相對比較高，補償器有被燙穿的危險，為了預(yù)防這個問題，通常都選擇使用耐高溫材質(zhì)的非金屬補償器。對熱風(fēng)送粉管道而言，此類管道里有一定量煤粉顆粒的存在，因此設(shè)置補償器時不但需要考慮滿足上述的熱補償要求，還應(yīng)當考慮防磨能力，盡量延長其使用壽命，此時則適宜選擇使用耐磨材質(zhì)的金屬補償器。
隔離振動的設(shè)備接口
補償器一來可以有效地吸收管道的膨脹量，二來可以有效地吸收管道振動，因此可以用在需要隔離振動的設(shè)備接口上。比如與風(fēng)機進出口連接的管道，其振動比較頻繁也比較大，因此可以在風(fēng)機進出口，安裝一個補償器，然后接風(fēng)道接管，幫助吸收風(fēng)機因為自身運行導(dǎo)致管道形成的振動，實現(xiàn)減少整個管系的振動，另外，也能夠有效防止管道上的荷載傳遞給設(shè)施設(shè)備，實現(xiàn)保護設(shè)施設(shè)備的作用。
選用技巧
補償器常用的是采用矩形截面，對于圓角波形，管道中單個膨脹節(jié)需承受二維方向位移。由2個膨脹節(jié)組成的肘接管道，則可以承受三維方向位移。矩形圓角金屬波紋膨脹節(jié)有全高和半高型。雖然各方面的制約因素比較復(fù)雜，但是不論是哪種管系，都可以采用若干個固定支架，設(shè)置在不同的部位，使其分解成若干形狀相對簡單的單獨管段。這樣分別確定出來各管段的變形及補償量，完全可以等同于未處理之前的變形和補償量。補償器種類繁多，因此需要合理、正確地選型。在煙風(fēng)煤粉管道的總體設(shè)計中，應(yīng)當充分考慮到管道的走向以及支撐體系的設(shè)計，同時綜合考慮補償器的造型和配置，實現(xiàn)安全、合理、適用、經(jīng)濟的最佳組合。
五、結(jié)語 **852
現(xiàn)代文明不斷前進，科技在飛速發(fā)展，補償器的工藝也在不斷提高，其形式不斷增多，功能應(yīng)用面也在不斷的擴展和提升，補償吸收管道軸向、橫向以及角向的冷熱變形。在煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計中，管道上設(shè)置補償器，以補償管道的熱伸長，從而減小管壁的應(yīng)力和作用在閥件或支架結(jié)構(gòu)上的作用力，應(yīng)當準確使用補償器的標準規(guī)范和要求，合理選擇使用適當?shù)难a償器安裝形式，幫助更好地實現(xiàn)管段熱膨脹的補償作用，更幫助減輕生產(chǎn)中煙風(fēng)煤粉管道的振動，從而避免補償器被拉壞的現(xiàn)象發(fā)生。
