套筒補(bǔ)償器常用型式及其在蒸汽管道上的應(yīng)用
摘要：介紹了套筒補(bǔ)償器的工作原理和主要型式，分5類說明了套筒補(bǔ)償器的密封原理及裝配形式，列舉了各類產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)合實(shí)踐總結(jié)了套筒補(bǔ)償器的最常見破壞原因。提出了常見的選用及安裝注意事項(xiàng)。介紹了無(wú)孔注填套簡(jiǎn)補(bǔ)償器在四平昊華化工公司溫度310℃、壓力為1.0 MPa的過熱蒸汽管道上的應(yīng)用情況，介紹了適用于蒸汽管道使用的套筒補(bǔ)償器。 套筒補(bǔ)償器的常用型式
1.1普通套筒補(bǔ)償器
普通套筒補(bǔ)償器采用浸油石棉盤根作填料，以多環(huán)依次排列加入填料函內(nèi)，利用壓蘭進(jìn)行壓緊，當(dāng)管道膨脹時(shí)，內(nèi)管相對(duì)于外管移動(dòng)，浸油石棉盤根實(shí)現(xiàn)了兩者間的密封。用螺栓壓緊端環(huán)和壓蘭之間的填料。此種密封方式會(huì)隨著內(nèi)外套間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)次數(shù)的增加，逐漸摩損流失。所以它易泄漏，填料需經(jīng)常更換，因而維護(hù)和檢修工作量大。
1.2 密封圈式套筒補(bǔ)償器
密封圈式套筒補(bǔ)償器主體密封結(jié)構(gòu)充分考慮密封材料的物理密封原理和化學(xué)成分，采用寬唇撓性密封結(jié)構(gòu)．利用流體動(dòng)壓密封原理來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠的密封效果，徹底改變了傳統(tǒng)套筒補(bǔ)償器強(qiáng)制密封，從而減小摩擦力，密封效果更好。可根據(jù)使用溫度及工況，采用不同的耐溫且耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定的密封材料。
缺點(diǎn)是由于密封圈材質(zhì)的自身性能，橡膠的抗老化能力不如填料穩(wěn)定。決定了它的使用壽命比較短。又由于靠密封圈密封要求密封腔體的尺寸精度較高，成本會(huì)大些。其結(jié)構(gòu)形式如圖1。
1.3彈性式套簡(jiǎn)補(bǔ)償器
彈性套筒補(bǔ)償器的在彈簧的作用下，使密封填料始終處于在被壓緊的狀態(tài)，從而使管中介質(zhì)無(wú)法泄漏。彈性套筒補(bǔ)償器采用了耐腐蝕的不銹鋼套管，由于內(nèi)壁光滑和填料長(zhǎng)度短，軸向力很小，減少了填料損耗，避免了過多檢修工作量，延長(zhǎng)了使用壽命。 缺點(diǎn)是由于裝入了彈簧，成本較高。不太適用于熱力行業(yè)大范圍使用。
1.4注填式套簡(jiǎn)補(bǔ)償器
注填式套筒補(bǔ)償器是密封劑從外部通過注填孔注入，也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離注入。密封劑自潤(rùn)滑性能好、磨擦系數(shù)低，對(duì)相對(duì)工作面有保護(hù)作用。不同配方的密封劑可滿足不同溫度介質(zhì)。但由于注填孔的存在無(wú)法應(yīng)用于直埋管線。結(jié)構(gòu)見圖2。
圖2注填式套筒補(bǔ)償器
1.5取消固定支架的無(wú)孔注填式套筒補(bǔ)償器
無(wú)孔注填式套筒補(bǔ)償器是完全區(qū)別于以往的注填套筒補(bǔ)償器。它以安全可靠的密封形式和防腐措施解決了一般直埋補(bǔ)償器注填孔需要高置預(yù)留孔及密封圈式補(bǔ)償器一旦破壞無(wú)法修補(bǔ)等缺點(diǎn)。它是在內(nèi)、外工作套管形成的密封腔兩側(cè)裝入密封骨架層，然后在中間密封腔中間通過壓力裝入特種密封劑。由于這種補(bǔ)償器沒有了注填孔，所以加工簡(jiǎn)單，這種多種密封形式的組合，既保證了裝配產(chǎn)品的簡(jiǎn)單性，又保證了產(chǎn)品運(yùn)行的安全性。 又由于其內(nèi)部采用主、次承力圈的設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品本身可以承受管道的盲板力，取消管道的固定支架。簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)。
圖3取消固定支架的無(wú)孔注填式套筒補(bǔ)償器
如果在運(yùn)輸及裝配過程中出現(xiàn)密封填料的流失，使管道蒸汽有滲漏現(xiàn)象，可以在無(wú)孔套筒補(bǔ)償器外套筒開設(shè)緊急填充孔，達(dá)到不停汽維護(hù)。
套筒補(bǔ)償器破壞原因
套筒補(bǔ)償器的泄漏一般是由于內(nèi)套筒與外套筒間的間隙不均或是運(yùn)行中產(chǎn)生了很大的不同軸度，使密封材料周向受力不均而產(chǎn)生。也有補(bǔ)償器兩端支架高不一致或是管道錯(cuò)位造成了套筒補(bǔ)償器的破壞。
3套筒補(bǔ)償器的選用安裝注意事項(xiàng)
套筒補(bǔ)償器在管線布置中應(yīng)在其兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)向支架，以保證運(yùn)行時(shí)內(nèi)套與外套間的同軸度。套筒兩側(cè)管道的跨距應(yīng)比正?？缇嘈。乐褂捎诠艿雷陨碇亓υ斐裳a(bǔ)償器內(nèi)外套偏向一側(cè)。對(duì)于管道直徑大于等于600 mm的套筒補(bǔ)償器，在架空使用時(shí)可在補(bǔ)償器下方增設(shè)一個(gè)托架，防止由于自重造成內(nèi)套筒偏心。安裝前檢查內(nèi)套筒工作表面的防腐鍍層有無(wú)損傷。產(chǎn)品沿著管道中心線安裝，不同軸度不大于1%，防止運(yùn)行時(shí)摩擦力過大。[31安裝時(shí)考慮管道的溫度，留有足夠的冷拉量，出廠時(shí)產(chǎn)品已預(yù)留100 mm.管道托架必須接合管道保溫厚度設(shè)計(jì)其管托高度，避免高度過小造成管道移動(dòng)時(shí)保溫材料的破壞。施工時(shí)，確?；顒?dòng)支架管托與支架頂保持平滑，減少磨擦。
4在蒸汽管線上的應(yīng)用
四平昊華化工有限公司的雙二十萬(wàn)噸聚氯乙烯和離子膜燒堿項(xiàng)目中，需將原有的DN250管線移位。過熱蒸汽溫度310℃，壓力為1.0 MPa，管線距離為320 m，按熱力計(jì)算，需要設(shè)置補(bǔ)償器。蒸汽管道的熱補(bǔ)償一般有3種型武：傳統(tǒng)的脹形彎補(bǔ)償（即方形補(bǔ)償器）、金屬波紋補(bǔ)償器、套筒補(bǔ)償器。原管線采用的是最原始的方形補(bǔ)償形式。由于這次要移位的蒸汽管線左側(cè)為準(zhǔn)備廠房施工用地，右下邊緊臨廠內(nèi)通行的主道路。移位后的管線在一條廠內(nèi)的基建用主道路上邊穿過，而且在管線旁是在建的辦公樓規(guī)劃用地，也就是這條管線周圍沒有可占用間，傳統(tǒng)的門形補(bǔ)償器熱損失大，占地面積大，阻力損失大，且由于受到外部空間的限制和美觀要求不能使用。
波紋補(bǔ)償器因存在盲板力，改造時(shí)需重新核算及布置管線的固定支架。這條蒸汽管線架空在距地面6m的管架上，正好在主道路旁通過。波紋補(bǔ)償器由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，特別是針對(duì)蒸汽管線，一旦破壞就會(huì)產(chǎn)生爆破，很可能造成巨大損失。所以波紋補(bǔ)償器用于此處也存在很大的安全引患。 經(jīng)研究決定采用套筒補(bǔ)償器。這樣整條管線就可以不占用任何空間位置，采用直線走向。滿足道路的正常使用的同時(shí)又可以不阻礙廠房建設(shè)，也能減少振動(dòng)降低噪音。以往的普通套筒補(bǔ)償器一般都用在熱水管線上，很少有使用在高溫工業(yè)蒸汽管線的實(shí)例。原有的老式注填式套筒補(bǔ)償器用于管道時(shí)由于密封填料及填注方法不過關(guān)，使用過程中系統(tǒng)常會(huì)產(chǎn)生工作介質(zhì)的滲露，安全性低且維護(hù)費(fèi)用極高。因此，選擇了密封性能極其可靠的無(wú)注填孔式套筒補(bǔ)償器。這種補(bǔ)償器的特種密封劑是在預(yù)先裝配時(shí)就預(yù)壓入內(nèi)外套的組合密封腔中，在產(chǎn)品最初裝配時(shí)就存人了4倍管道設(shè)計(jì)壓力的初始密封壓力。這樣在產(chǎn)品運(yùn)行周期中，內(nèi)外套筒間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)也不會(huì)使密封劑流失、密封壓力降低。這種密封劑適合于不大于600℃的蒸汽，具有很高的抗水解性能。
在原管線進(jìn)行門形補(bǔ)償器彎頭處阻力損失的計(jì)算。彎頭內(nèi)的流動(dòng)由于流體的慣性，流體在流過彎頭時(shí)內(nèi)外壁面的壓力分布不同而使流線發(fā)生彎曲，流體受到向心力的作用，這樣，彎管外側(cè)的壓強(qiáng)就高于內(nèi)側(cè)的壓強(qiáng)，如圖4所示。圖中AB區(qū)域內(nèi)，流體壓強(qiáng)升高，B點(diǎn)以后，流體的壓強(qiáng)漸漸降低。與此同時(shí)，在彎管內(nèi)側(cè)的A'B’區(qū)域內(nèi)，流體作增速降壓的流動(dòng)．增壓減速流動(dòng)。在AB和B'C，這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)，由于流動(dòng)是減速增壓的，會(huì)引起流體脫離壁面，形成漩渦區(qū)，造成損失。此外，由于黏性的作用，管壁附近的流體速度小，在內(nèi)外壓力差的作用下，會(huì)沿管壁從外側(cè)向內(nèi)側(cè)流動(dòng)。
圖4蒸汽在彎管內(nèi)的流動(dòng)
同時(shí)，由于連續(xù)性，管中心流體會(huì)向外側(cè)壁面流去。從而形成一個(gè)雙旋渦形狀的橫向流動(dòng)，整個(gè)流動(dòng)呈螺旋狀。橫向流動(dòng)的出現(xiàn)，也會(huì)引起流體能量的損失。彎管的局部損失系數(shù)可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
系數(shù)k的計(jì)算式為
式中：R為彎管中線的曲率半徑；D為管徑。 一般情況下，流體在管路系統(tǒng)中的流動(dòng)必將存在若干沿程損失和局部損失，總的能量損失符合疊加原理。按式(1)計(jì)算，采用套筒補(bǔ)償器在這條蒸汽管線上阻力損失比采用門形補(bǔ)償器少了40%。
5結(jié)束語(yǔ)
這條蒸汽管線從2007年5月運(yùn)行至今，套筒補(bǔ)償器性能乎穩(wěn)可靠，沒有出現(xiàn)過跑冒滴漏的現(xiàn)象，熱補(bǔ)償效果顯著。證明無(wú)孔注填式套筒補(bǔ)償器在蒸汽管線上的應(yīng)用是成熟的。
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