為了防止管道熱膨脹產(chǎn)生的破壞作用，在管道設計中，應當對高溫管道進行熱補償設計。管道的熱補償方法有兩種：一種是利用管道自身的柔性吸收其位移變形的自然補償法；另一種是利用在管道中設置適當形式的補償器對管道進行補償?shù)姆椒ā?/span>

  管道在現(xiàn)場的走向是根據(jù)工藝設備的布置情況決定的。利用改變管道走向、調整支撐點的位置或改變支吊架的形式，增加管道自身的柔性，以補償其熱膨脹和端點附加位移的辦法稱為管道自然補償。例如在管道中布置適當?shù)腖形、Z形或I形管段，即可有效地增加管道的柔性。這種補償辦法結構簡單、運行可靠、投資少，所以被廣泛采用。

1. 金屬波紋管膨脹節(jié)

  隨著大直徑高溫管道的增多和金屬波紋管膨脹節(jié)制造技術的提高，近年來金屬波紋管膨脹節(jié)在壓力管道中得到了廣泛應用。此種補償器制造技術較為復雜，價格高。一般采用0.5~3mm薄不銹鋼板制造，耐壓低，補償能力大，適用于低壓大直徑高溫管道。但應當指出，在強度上它是管道中的薄弱環(huán)節(jié)，與自然補償比較可靠性差，應正確選用與安裝。目前此種補償器尚無國家標準，各企業(yè)標準的波紋管參數(shù)尚不統(tǒng)一，但其制造技術條件已有國家標準GB/T 12777《金屬波紋管膨脹節(jié)制造技術條件》。

  根據(jù)金屬波紋管膨脹節(jié)的結構和功能，其基本形式可分十大類。如表3-16所示。

  壓力管道常用的金屬波紋管膨脹節(jié)主要有單式軸向型、復式拉桿型、單式鉸鏈型及彎管壓力平衡型等幾種。

  ①. 單式軸向型膨脹節(jié)

   單式軸向型膨脹節(jié)結構簡單、價格低，主要用于吸收軸向位移，在一定條件下可吸收少量角位移和軸向位移。用于吸收軸向位移的單式軸向型膨脹節(jié)的典型布置如圖 3-15 所示。

   單式軸向型膨脹節(jié)屬于無約束型波紋膨脹節(jié)，不能承受波紋管壓力推力。選用時應注意下列問題。

    a. 兩固定支座之間的管道上只能布置一個該型膨脹節(jié)。

    b. 固定支座必須有足夠的強度，以承受波紋管壓力推力。

    c. 對管道必須進行嚴格保護，尤其是靠近波紋管膨脹節(jié)的部位應設置導向架，第一個導向支架與膨脹節(jié)的距離應小于4DN,第二個導向支架與第一個導向支架的距離應不大于14DN,以防止管道有彎曲或徑向偏移造成膨脹節(jié)破壞。

  ②. 復式拉桿型膨脹節(jié)

   復式拉桿型膨脹節(jié)的安裝示意圖如圖3-16所示。管道呈Z形，補償器可吸收拉桿之間管道的軸向膨脹量，拉桿承受內壓推力，兩側管道的膨脹使補償器產(chǎn)生橫向位移，兩個膨脹節(jié)均產(chǎn)生角位移。

  ③. 單式鉸鏈型膨脹節(jié) 

    一般將兩個或三個單式鉸鏈型膨脹節(jié)布置在一個平面內，如圖3-17所示。工作時利用每個膨脹節(jié)產(chǎn)生的角位移來吸收管道的熱膨脹。這種布置方法可吸收較大的膨脹量。

  ④. 彎管壓力平衡型膨脹節(jié)

    能平衡膨脹節(jié)的壓力推力，可避免壓力推力作用在與其連接的機器管嘴上，所以在與汽輪機、離心壓縮機等敏感設備連接的管道上應用較多。安裝示意圖如圖3-18所示。

 2. 球形補償器

  ①. 結構及工作原理

   球形補償器的結構如圖3-19所示，其工作原理如圖3-20(a)所示，球體可以繞本身軸線旋轉［見圖3-20(b)],還可以向任意方向做折曲運動［見圖3-20(c)].利用球形補償器的這些特點，可將其角度位移轉變?yōu)楣艿赖闹本€位移來吸收管道的熱膨脹量，在轉變過程中，為保證管道的直線性，球形補償器本身的角度也需要給予補償，因此，必須要兩個或三個組成一組來使用，單個球形補償器是不能吸收直線位移的［見圖3-20(d)]。

  球形補償器的三個重要參數(shù)指標是：球心距R、折曲角0和位移量Δ.θ的大小由制造廠提供，與結構尺寸有關，國內產(chǎn)品一般為30°,國外產(chǎn)品有30°、15°等多種形式，其余兩項R和Δ由設計確定。

  ②. 使用場合

    a. 適用范圍  公稱壓力PN≤1.6MPa;設計溫度T≤350℃;公稱尺寸DN50~600mm.

    b. 適用于輸送非易燃和無毒的熱介質管道，如蒸汽、熱水、凝結水、熱油、熱空氣等管道。有腐蝕性熱介質的管道不宜使用。

    c. 球形補償器的補償量大，最適合在廠際之間或區(qū)域性的較長距離的熱管道上使用。由于采用球形補償器比U形膨脹彎管少用很多彎頭，故也適用于對壓力降有要求的熱管道。另外，還可以使用在對接管載荷有限制的設備進出口管道上。

   d. 球形補償器可吸收布置在建筑物或儲罐之間的管道因基礎下沉而引起的相對位移。

   e. 球形補償器可以緩解或消除管道系統(tǒng)因地震而產(chǎn)生的超載應力。

  ③. 布置方式和補償量計算

   a. 直線管道固定支架間   距如表3-17所示。

   b. 水平Z形布置  有單向式、雙向式和三球式三種布置方式。

    · 單向式  

     單向式包括單向A式和單向B式2種，如圖3-21所示。

     單向A式的主要特征是球形補償器設在兩個固定支架之間，離其中一個固定支架（A點）很近，離另一個固定支架（B點）較遠，這種布置只吸收一個方向的位移。一般受到地形位置限制時用此布置方式。

     單向B式的特征與單向A式相同，用在無位置限制的條件下，與單向A式不同之處是熱脹終止位置不同，以及固定支架1與②承受推力大小不同，如固定支架②與支架1相比，需要考慮管道載荷的摩擦力，而固定支架1與支架②相比，需要考慮球形補償器動作時的側向力。

  單向式的位移量Δ、折曲角0、球心距R間關系為： 單向A式 Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 單向B式Δ=2Rsin(0/2) （3-2)

  · 雙向式 

    球形補償器設在兩固定支架中間，而且離兩支架距離都較遠時，能吸收兩個方向的位移（見圖3-22),位移量Δ=Δ1+Δ2.布置時盡量使兩邊管段（A段、B段）相等，其Δ、R、0的關系式為： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)

 · 三球式 

  當整條管道不能吸收橫向位移時，應采用此種形式，用第三個球吸收管道的橫向位移（見圖3-23).位移Δ、球心距R、折曲角0的關系式為Δ=2Rsin(0/2)（3-4)

    圖3-23中R1、β和橫向位移Δ:的關系式為 Δ=Risinβ（3-5)式中，β不能大于球形補償器全折曲角8的一半。

  c. 水平L形布置

   水平L形布置可吸收兩段相互垂直管道的位移（見圖3-24)。

   確定兩球中心間距R1、R2時，先用直線段L1、L2按式（3-6)計算位移量Δ1、Δ2,兩者中的較大值Δ,并按式（3-1)計算出中心距，而后將求出的數(shù)值乘以1.5,作為＝R2的數(shù)值，然后用R1、R2按式（3-7)及實際的Δ1及Δ2重新求出01和02.檢查01＋02=0:是否超過制造廠規(guī)定的折曲角（03<30°),如果超過則需加長球心距，然后重計算。

    Δ=αtL(t1-to)（3-6)

     中Δ 熱膨脹量，mm;

    L-管道直線長度，mm;

    r1-管道工作溫度，℃;

    t0-管道安裝溫度，℃;

    Q:-管材在工作溫度下的線脹系數(shù)，1/℃.

  必須注意，實際R1、R2值要比計算值大，以保證留有余量。

 d. 垂直面布置

  · 垂直Z形布置的原理及計算式與水平Z形布置相同（見圖3-25).

  · 兩組球形補償器組合垂直布置 利用球形補償器的工作原理，在實際應用中，將訴組布置在一起，既方便支架的布置，又整齊美觀。但要注意，兩組中間一定要用固定支架（見圖3-26).

 e. 球形補償器附近的彎頭至第一個導向支架的距離

   例如圖3-21(a)及圖3-25中彎頭E點至導向支架G點的距離，應滿足柔性的要求。球形補償器前后兩個彎頭之間的管長的熱膨脹量設為Δ,可作為EG段柔性計算依據(jù)，但由于球形補償器在位移過程中，其軌跡是弧線，所以在球形補償器附近將產(chǎn)生偏移量y,當球形補償器從中心線向一個方向擺動時,對于垂直Z形布置的管道（見圖3-25),如有特殊要求，必須在彎頭E點附近設置支架時，應采用彈簧支架。

  f. 在分支管上布置球形補償器

  當主管與分支管在同一平面時，可按圖3-27所示方式布置。當主管有較大位移時，可按圖3-27(a)布置。帶球形補償器的分支管的x長度應滿足前面第e點所述位移ΔR的要求。當不能布置成吸收段“x”時，可采用三球布置方式，見圖3-27(b),其計算方法與L形布置計算相同。

 ④. 反作用力計算 

  球形補償器轉動力矩M引起的反作用力F1可按下式計算

    F1=2M/R1（3-12)

   式中 F1-轉動力矩而引起的反作用力，N;

   M-球形補償器轉動力矩（由制造廠提供），N·m;

   R1-球心距在作用面上的投影長度，m,R1=Rcos(0/2)(當0小于30°時，可取R1~R).

 3. 套筒式補償器（填料函式管道伸縮節(jié)）

  ①. 主要結構類型

   a. 重載套筒式補償器

   其內部沒有內壓平衡結構，端部固定點需承受彎管或閥門、盲板的內壓推力（見圖3-28).

   b. 減載套筒式補償器

   其內部有內壓平衡結構，端部的彎管或閥門、盲板的內壓推力與補償器內部構件的軸向承壓面所受的內壓推力平衡，所以固定支架可以不考慮內壓推力的作用，但目前尚無定型產(chǎn)品和標準，選用時要慎重。

  ②. 使用場合

   a. 適用范圍。公稱壓力：PN≤2.5MPa;工作溫度≤200℃;公稱尺寸：DN50~600mm;輸送介質：蒸汽、水。

   b. 這種補償器有易泄漏和軸向推力較大的缺點，一般很少選用，尤其在裝置內或寒冷地區(qū)更不能選用這種補償器。在裝置外、廠區(qū)內或廠際之間的熱管道上，在布置U形膨脹彎管受空間位置限制時可以選用，但盡量少用。

  ③. 布置方式 

  套筒式補償器只能用于直線熱管道上吸收熱伸長，不能用于彎管和空間管系。

  套筒式補償器兩邊直管端點（根據(jù)補償器的補償能力計算固定點的位置），必須設置固定架。導向支架布置要求和波紋管膨脹節(jié)的布置要求相同。