管道补偿(器)知识汇集

在供热系统中，补偿器得到了广泛的应用。在事业部乘银、让龙、登峰和东风等集中供热系统，管道补偿有自然补偿、波纹管补偿、套筒补偿、球形补偿。

按补偿形式有轴向补偿、横向补偿；按敷设方式又分为架空、直埋和井内三种情况。

管道补偿（器）的分类：

供热管道在温升和温降时，会因为热胀冷缩发生伸长或缩短而产生热应力，引起管道变形或破坏，因此在常规的管道设计和施工上往往设置补偿器，以吸收管道的热伸长和缩短，从而减少管壁的应力和作用在管件或支架等结构上的作用力，来维护和保证管网正常的安全运行。

1. 自然补偿

自然补偿就是利用管道本身自然弯曲所具有的弹性，来吸收管道的热变形。

特点是不必特设补偿器，热补偿时应尽量利用自然弯曲曲率的补偿能力，缺点是管道变形时会产生横向位移，补偿能力有限。

自然补偿就是利用管道本身自然弯曲所具有的弹性，来吸收管道的热变形。

主要用在二级管网，一级管网上用的相对较少。

2. 波纹管补偿器

是用单层或多层薄金属管制成的具有轴向波纹管状的补偿设备。工作是利用波纹变形进行管道热补偿。

供热管道上使用的波纹管，多用不锈钢制造。

其优点是结构紧凑，占用空间小。

缺点是易发生疲劳渗漏，存在完全断裂的安全隐患。

常用的是直埋波纹管补偿器和横向波纹管补偿器。

1 ）直埋波纹管补偿器

2 ）横向波纹管补偿器

横向波纹管补偿器安装在架空管道上，是利用波纹管的角向形变吸收管道轴向位移，对管道的热伸长起到补偿作用，类似于自然补偿的π形补偿器。

管波纹节处发生疲劳裂痕产生泄漏。

更为严重的发生大的断裂性故障，用在管网干线上存在极大的安全隐患。

套筒补偿器：套筒式补偿器称套管式伸缩节，主要由外套、芯管(又称内套)、密封材料等组成，用于补偿管道的轴向伸缩。

套筒补偿器：

套筒式补偿器分单向型和双向型补偿结构。

单向型套筒补偿器。

3. 套筒补偿器

套筒补偿器：套筒式补偿器分单向型和双向型补偿结构。

双向型套筒补偿器。具有二个相对安装的芯管构成的补偿器。补偿器两端的芯管相对运动。达到两端向中间的双向补偿作用。

概念辨析：在实际工作中，有时候对套筒补偿器单向和双向的概念混淆不清。正常概念是，有一个芯管的为单向，有两个芯管的为双向。

非正常概念（错误的理解）是将单向补偿器当作双向补偿器，安装在管网的两个固定墩之间，补偿器的芯管和外套发生相对位移，即芯管能动，外套也能动，将这种情况称之为双向补偿器。

按密封方式主要分为填注式、压盖式和胶圈式。

1 ）填注式套筒补偿器

填注式补偿器有很多种形式，但其主要结构跟其它套筒都差不多，都包括外套、芯管等，区别是补偿器发生泄漏时可以通过添加密封材料（如石墨等）来封堵介质外泄。

特点是在正常加填注料的情况下，能够长时期使用，安装时考虑水流方向。缺点是不能用于直埋，且实际中填料添加并不容易，逐渐被新式套筒补偿器取代。

2 ）压盖式套筒补偿器

该的密封方式是用密封胶条、聚四氟乙烯等为材料，通过法兰压紧的方式实现密封，图中的黑色密封圈和法兰压盖，类似于阀门的盘根和压盖结构。其特点能够用于直埋，渗漏紧固维修方便。其结构如下：

压盖式补偿器主要结构如下：其结构内部包括，紧固、冷缩量、补偿量等。

该类型的双向补偿器，与单项成对称状，主要结构如下：

3 ）胶圈式套筒补偿器

通过多道（3-4道）不同结构的胶圈（Y型和圆柱形），以及对芯管和外套的接触面经过抛光、镀铬等精细制作工艺，实现补偿和密封：

特点是Y形结构的胶圈能有效防止渗漏，有强固的防拉托结构，能够直埋，但渗漏后，维修较为困难。

胶圈式补偿器主要结构如下：

单项和双向成品如下：

球形补偿器：

球形补偿器，又称旋转球形补偿，又称万向补偿器。主要依靠球体的角位移来吸收或补偿管道一个或多个方向上轴向位移。该补偿器一般成对使用，单台使用没有补偿能力。它可作管道万向接头使用。

具有补偿能力大，流体阻力和变形应力小，无盲板力且对固定支座的作用力小，出现渗漏时，可不需减压、停运便可维护，十分方便快捷等优点。

并非成对出现

成对出现，让龙网DN1200管道，中间位置为固定支架。

球形补偿器相当于替换了，横向波纹管补偿器的波纹节，较横向波纹节而言，球补更安全、更可靠。

5. 无补偿

无补偿直埋敷设是根据《城镇直埋供热管道工程技术规程》的要求，依据管径、壁厚、敷设深度、管段长度、温度等参数对管道受力情况进行全面分析，采用大曲率半径的弯管（光滑弯头）替代了套筒、波纹管等补偿器，管道在受热时靠管材本身强度来吸收热应力。无补偿其本质就是弯管补偿。

管线应力的计算是无补偿直埋敷设的关键。

管道应力的计算是无补偿直埋敷设的关键。

r=10D ，应力为174MPa。

无补偿的最大优点是初投资少，维护量少，维护费用低。

补偿器常见问题及处理：

1. 直埋波纹管补偿器

直埋波纹管补偿器发生故障的问题常位于环形板与管道的连接部位，波纹节疲劳裂缝，根据渗漏情况、室外气温、抢修预计时间，如果在气温较低的情况下，一般采取补焊和打套袖的方式进行暂时处理，以维持正常供暖，待采暖期结束后进行彻底更换。如果气温比较高、管径较小、维修时间短，一般则采取暂停供暖、更新补偿器，彻底解决隐患。

2. 架空横向波纹补偿器

横向波纹管补偿器发生两次渗漏，均发生在波纹节处，波纹节是横向波纹管补偿器的薄弱点，易出现疲劳裂痕和断裂。因为该口径的补偿器位于让龙管网的干线上，一旦出现故障，一般采取“打套袖”处理，以维持千万平方米供暖面积的正常供暖。

3. 套筒补偿器

1 ）填注式套筒补偿器

渗漏时通过注料组合配件添加石墨等密封介质，防止热媒外泄。

2 ）压盖式套筒补偿器

渗漏位于芯管和外套之间的法兰处。通过紧固螺栓，挤压密封圈，实现封堵的目的。

单项补偿器：

渗漏位于芯管和外套之间的法兰处。通过紧固螺栓，挤压密封圈，实现封堵的目的。

当紧固空间小于1cm时，需要考虑更换计划。

双向补偿器：

3 ）胶圈式套筒补偿器

新进的补偿器，还没有实例，据厂家称没有太好的办法。

a 、出现渗漏时，在图中黑点位置开孔注胶的方式进行封堵。

b 、也可以拆开螺丝在法兰间添加胶条后再进行紧固密封。

球形补偿器的渗漏：

球形补偿器的故障主要发生在球体与法兰的连接部位，渗漏发生时通过采取紧固螺母，挤压球体两侧的密封圈，实现封堵作用。另一种形式的球补带有填注装置，即通过添加注料实现防止介质外泄的效果，但因效果较差，厂家基本生产该种产品。在泄漏较大情况下，也可以采取此方法，减小漏水量。

从理论上讲，直埋无补偿敷设方式问题一般发生在管道弯头处，可能的原因是设计没考虑周全、弯头角度不合适、存在内应力等问题。

在登峰直埋无补偿网建成后，分别在2007年和2010年供暖预热阶段发生过两次管网渗漏故障，故障生在直管段，并非弯头部位。

经现场分析，主要原因是管道存在预应力、焊口焊接不符合施工质量。采取措施是关断截断阀排水，在管道内部和外部分别焊接钢板，增加渗漏部位的强度。

管道补偿注意事项：

1. 补偿量的选择

补偿量△L计算：△L=α×L×(T _设计 —T _安装环境 )

线性膨胀系数α(钢材一般取0.0000122m/m·℃)

管道长度  L(100米)

管道设计温度(供水115℃/回水70℃)

安装环境温度(5℃)，其补偿量为供水13.4cm/回水8cm。

所以，应根据供回水管道的设计温度不同分别选取合适的补偿量，不要按照回水与供水相等的方式选择补偿量，防止回水补偿器补偿余量过大，可以降低管网的投资和维护费用。

需要注意，在安装时必须分清供回水，以免混淆引起故障。

让龙网最大干线补偿器补偿量设计为400mm，实际经过测量最大的补偿量150mm，不超过200mm，所以，以此种方法选取的补偿量有较大的富余量，所以满足。

2. 检查补偿器

1 ）首先要向厂家了解补偿器设计原理、结构和图纸说明。

补偿器的设计原理、结构等各不相同，一定要有针对性的分析了解。

2 ）查看补偿器铭牌，口径、补偿量、壁厚、总长等参数。

3 ）现场核实铭牌参数，特别是补偿量是否达到需求。

为了保障供热需求，对有外护板的补偿器，或者不能直接测量补偿量的补偿器，应该拆掉护板，或者其他措施确定补偿器的真实补偿量。最长的。

4 ）套筒补偿器套筒与芯管接续面是否光滑、无凹陷、无毛刺。

5 ）补偿器有无明显凹陷、不同轴等明显变形。

3. 补偿器设置原则

1 ）新建管网采用无补偿直埋敷设。

在条件具备的情况下，尽量采用无补偿直埋敷设，无补偿直埋敷设的概念并不是在系统中一个补偿器或固定墩都不设置，在条件不允许的情况下可以部分设置。

2 ）尽量少用补偿器、固定墩和双向补偿器。

原因：每一个补偿器和固定墩都是一个渗漏和故障的隐患点，所以越少越好。同时可以有效减少投资和运行后的维护成本，如双向补偿器价格一般是单向的两倍，可能的渗漏隐患点是两个。

3 ）选用套筒补偿器，不选用波纹管补偿器。

原因：波纹管隐患较大，容易导致“致命性的断裂”故障。

4 ）保证补偿器动作时的同轴度和稳定性

①应该将补偿器尽量靠近固定墩附近。

靠近固定墩安装的好处是该位置绝对固定，受补偿器上下、左右外力影响小，补偿器安装和供热伸缩过程中同轴度保持较好，不易发生因泥土下陷、管道弹性形变、管线挠度形等对补偿器不同轴的影响，对补偿器的正常工作影响较小。

尽量使用单向补偿器，少使用双向补偿器。从装配到受力等各种因素影响，双向的同轴度一般不如单向的好。图中位置可装双向。

一般要求单向补偿器外套一侧距管道固定支墩(架)的距离不大于4倍管道直径，芯管一侧距导向支架的距离不大于6倍管道直径，以减少该管段的挠度变形对补偿器造成的损害。规范明确要求在12米范围内的管段不应有变坡和转角。

②尽量不要在两个固定墩中间安装补偿器。

图中106#和104#在井内，可安装单向和双向。如果安装单向则尽量不要直埋。因为单向无论怎样安装，因为管道挠性和受力不均等情况也影响补偿器的正常工作。如果是直埋安装，还增加了土壤对外套法兰有阻挡作用，使补偿器外套端的正常热运动受影响。如下图所示的位置若为直埋敷设，最好选择安装双向补偿器，且尽可能安装在固定墩中间位置。即使选择双向补偿器，管道挠性、受力不均、补偿量不一致等影响因素依然存在。

所以，在管网设计时尽量选择单向补偿器靠近固定墩安装，不选择双向补偿器在固定墩中间。

104# 井内设置4个补偿器，供回水各两个。在2011年运行期间发生了固定支座加强肋板扎漏管道的事故。其安装结构图：

在故障发生后，没有确定是设计原因还是设备原因。从理论上来讲，设计没有问题，但后来该处补偿器移位安装时，设计单位将固定支座，改为了滑动管支座。

发生该问题的可能原因是补偿器运动受限，造成固定支座两侧的补偿器受力不等，管道周围受力不平衡，固定支座发生了相对硬性位移，对管线造成了损害。

在补偿量充足的情况下宜设置滑动支座，防止这种受力不均产生的隐患。

如果设置固定支架，则需在管道的周围均匀设置加强肋板，并在加强肋板与管道的焊接部位对管道进行加强处理，防止管道的向下移动、受力不均。

单向补偿器状况：

补偿量最大16cm，小于产品要求的40cm；实际活动量不小于27.5cm，大于补偿器的补偿量。

双向补偿器状况：

下图补偿量合计21厘米，小于设计要求40厘米。

上图为内部活动量痕迹长度约6cm，活动量过小。

从总体上看，3#井的单向补偿器和双向补偿器的补偿量约为20cm左右，较设计要求的补偿量40cm相差较大。

另外，有一种概念，就是芯管的一伸一缩合计为补偿量。

双向补偿器的实际活动量过小，可能存在卡阻问题，致使单向补偿器的法兰被顶而与管道的焊口撕裂、脱离。

存在补偿器的设置、补偿器质量等各方面的问题。

了解一下《城镇直埋供热管道工程技术规程》中几个概念：

A 、固定点(fixpoint)：管道上采取强制固定措施不能发生位移的点。如固定墩位置。

B 、活动端(free end)：管道上安装套筒、波纹管、弯管等能补偿热位移的部位。

C 、锚固点(natural fixpoint)：管道温度变化时，直埋直线管道产生位移段和不产生位移段的自然分界点。

D 、驻点(stagnation point)：两侧为活动端的直埋直线管段，当管道温度发生变化且全线管道产生朝向两端或背向两端的热位移，管段中位移为零的点。

E 、锚固段(fully restrainedsection)：在管道温度发生变化时，不产生热位移的直管段。

F 、过渡段(partly restrainedsection)：一端固定(指固定点或驻点或锚固点)，另一点活动端，当温度变化时，能产生热位移的直管段。

在循环温度130℃，安装温度0℃，管顶覆土1米，管道压力1.6MPa等大量条件下，不同管道的过渡段长度见下表：

保证补偿器受力对等，保证对管件的破坏最小。

4. 安装注意事项

1 ）表示水流方向：如轴向波纹管补偿器和填注式套筒补偿器。

因为结构原因，减少水流压力阻力。

2 ）表示补偿器芯管运动方向：如压盖式和胶圈式套筒补偿器。

补偿器上的箭头方向有很多人混淆，不仅仅是用户，即使厂家自己也不能自圆其说。最终箭头指的是什么，要看补偿器本身的设计原理。

确定补偿器的正确意思之后再确定如何安装？

如果补偿器是直埋敷设，一般要将补偿器的外套端焊接到固定墩侧，让补偿器的芯管作为活动端往复动作。如果安装反了，外套端作为活动端，外套的法兰面要克服土壤阻力运动相对较为困难，不利于管道正常伸缩，影响补偿器的正常使用。所以，对固定墩同一侧的补偿器来讲，两个补偿器沿两根管线的中心线是对称安装，不能相反。

因为，无论是供水还是回水，补偿器都是吸收来自同一个方向的热伸长量，所以，其安装方向应一致。虽然厂家说补偿器外套法兰受到土壤的阻力相对于管道的热应力来说不是很大，但是还是要避免为好。

3 ）更换既有管网补偿器安装要做好限位工作

从割断前至割断后开口增大差值，部分人成为被称为冷缩量或冷紧量。这个开口间距量增大的原因可能如下：

1 ）供热管道内的水被排出后，管道内温度发生变化，特别是经过昼夜大温差的变化，管道温度下降，所以被称为冷缩量和冷紧量。

2 ）管道内应力的力平衡状态被破坏。管道受到重力、土壤压力、摩擦力和固定墩束缚力等多种力的作用处于一个相对较平衡的状态，管道内力平衡破坏后，开口间距增大。不仅有轴向上的间距增大，还有径向上的偏口现象。

3 ）管道内水被排掉后，管道重力、摩擦力作用变小。421吨。

钢材线性膨胀系数0.0000122m/m·℃；冷缩管道长度95米，假定施工环境温度35℃，充水水温10℃，管道冷缩长度0.029米=2.9厘米。

所以该处管道被拉脱损坏，原因一是补偿器不合格，二是施工存在问题。

5. 补偿器试压

各种补偿器的试压方法要咨询厂家，特别是安装之前予以确认。

6. 充分考虑供热系统的投资和安全

在新建供热管网设计种，尽可能采用无补偿直埋敷设，因其在管网的安全性、初投资、维护费用等各方面均优于有补偿敷设方式。

在供热管道采用无不偿直埋系统中注意以下内容：

一是注意在设计时一定做好弯头部位的应力计算，避免错误计算的发生，并将弯头曲率半径考虑足够大，为管道安装应力、非规范施工等留出余量。

二是在不符合无补偿的状态下，设置必要的固定墩或补偿器。

三是要保证施工质量，一定要避免施工不当产生的管道应力，确保焊接工艺质量。

以下为有补偿与无补偿的简单比较：

1) 投资、管理方面。以让龙网宏伟电厂至垃圾场架空处的DN1200管网为例：

有补偿系统：

补偿器46个，5.5万元估算；固定墩12个，10万元估算；补偿器井11个，3元估算；累计更换补偿器62个， 5.5万元估算；检查井防水11个，0.5万元估算；以上费用超过750万元。

在这些工程施工、抢修和管理中，投入了大量的人力、物力和精力等管理工作。

无补偿系统：

在管道的拐点处安装8个大曲率半径的光滑弯头，费用最高估算100万元。

在管理各方面省去很多的工作内容。

以下为有补偿与无补偿的简单比较：

1) 投资、管理方面。以让龙网宏伟电厂至垃圾场架空处的DN1200管网为例：

2) 故障数量

按照保守估计，让龙登峰网和乘银网有补偿系统每年出现各种补偿器渗漏、更换等事故平均不少于25处，九年合计故障240处，

而无补偿系统出现渗漏等故障只3处，

这些数据虽然受到有补偿系统较无补偿器系统早运行4年至9年的影响，但多多少少体现出无补偿系统较有补偿系统故障率要少得多。

从以上两个方面，无不偿较有补偿要好。

《城镇供热管网设计规范》CJJ34-2010条文说明8.4.8：“直埋敷设管道上安装许多补偿器不仅管理工作量大，而且也降低了直埋敷设的经济性，另外，无论是管沟敷设型补偿器还是直埋敷设型补偿器都是管网的薄弱环节，降低了管道的安全性，因此有条件时宜采用无补偿敷设方式。”

从补偿器的结构特点、故障处理和相关注意事项，可看出有必要对管道补偿和补偿器进行充分地了解，对供热系统运行、管理、安全均有益处。

因此，在供热系统补偿（器）方面，我要在运行管理、过程维护、设计施工、和新旧管网等多方面做好充分的必要的准备，从安全性、科学性和经济性等各方面考虑，选择有益于发展的补偿方式和补偿器，为我们更好的服务。

本文来源于互联网，作者不详。暖通南社整理编辑于2021年4月30日。