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补偿器又称为伸缩器或伸缩节、膨胀节,主要用于补偿管道受温度变化而产生的热胀冷缩。如果温度变化时管道不能完全自由地膨胀或收缩,管道中将产生热应力。在管道设计中必须考虑这种应力,否则它可能导致管道的破裂,影响正常生产的进行。作为管道工程的一个重要组成部分,补偿器在保证管道长期正常运行方面发挥着重要的作用。
1 常用补偿器的种类和选用原则
根据补偿器的形成和外形可分为两类:凡是因工艺需要在布置时自然形成的弯曲管段称为自然补偿器,如L形补偿器和Z形补偿器。凡是专门设置的用来吸收管道热膨胀的弯曲管段和伸缩装置称为人工补偿器,如П形补偿器、波纹式补偿器、套管式补偿器(填料式补偿器)等。
 自然补偿器
由于自然补偿器是布置管道时自然形成的,不必多费管材,也不增加介质的流动阻力,因此应尽量利用自然补偿器,只有在自然补偿器不能满足要求时,才采用人工补偿器。当弯管转角大于150°时不能用自然补偿,自然补偿的弯曲应力不应超过80MPa。
最常用的人工补偿器。它是用无缝钢管弯制成的,由4个90°弯管组成。П形补偿器的补偿能力大(可达400mm),使用和维护都很简便。缺点是尺寸大,占地面积大,结构也比较复杂,还增加了介质的流动阻力。由于优点多于缺点,П形补偿器在油库和炼油厂得到广泛应用,只有当安装地点受限制时才选用其它类型补偿器。
 波纹式补偿器
这种补偿器是用3~4mm的钢板、红铜、铝板等金属薄片制成的。它利用金属本身的弹性伸缩来减小管道的热应力。每个波纹可吸收膨胀值5~15mm,波纹总数一般不超过6个。波纹补偿器的优点是体积小和结构严密,缺点是强度低,补偿能力小,。
 套管式补偿器
这种补偿器是用铸铁或钢制成的。用铸铁制成的用于内压不超过10MPa的管道上,。这种补偿器的优点是体积小,补偿能力大(可达150~300mm),使用于因地域受到限制不宜采用П形补偿器的管道上,如地沟中的管道和油码头上的管道等。这种补偿器的最大缺点是结构难于做得十分严密,填料压得太紧会妨碍伸缩,太松易漏油,需要经常检修更换填料。因此这种补偿器不宜用于轻油管道及埋地铺设的管道上。
2 补偿器的安装
 自然补偿器
自然补偿器的安装最简单,但是占用空间大,有一定的局限性。通常情况下,L形补偿器长臂的长度不宜过大,一般为20~25m,否则会造成短臂的侧向移动力过大而失去作用;Z形补偿器的有效长度一般控制在40~50m的范围内。
在制作安装自然补偿器时应严格按照施工图进行,不宜对其长短臂和支架进行随意改动,以免补偿器失去应有的作用。
安装П形补偿器前必须对补偿器进行预拉伸或预压缩。补偿器吊装就位后,对正式生产运行后管道膨胀的进行预拉伸,对管道收缩的进行预压缩。预拉伸或预压缩的值为其设计补偿量的一半,偏差不得大于±10mm,以充分利用其补偿能力。预拉伸、~。
П形补偿器通常采用水平安装,只有在空间狭小不能水平安装时,才允许垂直安装。水平安装时,平行臂应与管线坡度相同,两垂直臂应平行并呈水平状态。垂直安装时应根据不同介质设置排气或疏水装置,但不得设置在弯曲处。埋地管道补偿器上下游2m范围内,应采用易压缩土替换较硬的土质,敷设于冻土地带的补偿器,应水平安装在不冻土层。
安装П形补偿器时,应用3个以上受力点起吊,将两垂直臂撑牢,并把撑拉结构和补偿器一起固定好,以防变形。当补偿器与两个固定支架之间的管道组对焊接后,才可把撑拉结构从补偿器上取下。
 波纹式补偿器
波纹式补偿器安装时,应根据补偿零点温度(t补)定位,补偿零点温度就是在管道设计时考虑达到的最高和最低温度的中点。当环境温度(t环)等于补偿零点温度时安装,可不进行预拉伸或预压缩;当环境温度高于补偿零点温度时安装,应进行预压缩;当环境温度低于补偿零点温度时安装,应进行预拉伸。预拉伸或预压缩的数值见表1。
波纹式补偿器的预拉伸或预压缩应在干净平整场地上进行,并保证各波节的周围方向受力均匀,拉伸或压缩的偏差应小于5mm,当拉伸或压缩达到要求的数值时,应立即安装固定。
水平安装时应注意使管道内输送介质的流动方向从有焊缝的一端流向另一端,并与管道的坡向一致,防止凹槽内大量积水,同时还需在波峰下端设置防水装置。垂直安装时内套有焊缝的一端应置于上部。波纹式补偿器的中心线不得偏离管道中心线。吊装过程中,不得将吊绳绑扎在波节上,更不能在波节上焊接支架和其它附件。波纹式补偿器安装完毕应对其进行仔细检查,确认波纹管没有损坏。
 套管式补偿器
套管式补偿器应按设计文件规定的安装长度及温度变化留有剩余收缩余量。剩余收缩余量可按下式计算,其允许偏差为±5mm。
式中:S—插管和套管挡圈间的安装剩余收缩余量,mm;
S 0 —补偿器的最大行程,mm;
T0 —室外最低设计温度,℃;
T1 —补偿器安装时的温度,℃;
T2 —介质的最高设计温度,℃。
套管式补偿器在安装时也可不经过计算,按2所示条件留出剩余收缩余量。
套管式补偿器分为单向和双向补偿两种,单向补偿器应安装在固定支架旁边的平直管道上;双向补偿器应安装在两固定支架中部,同时两侧应设1~2个导向支架。安装前应将补偿器拆开,检查内部零件是否齐全,质量是否符合要求,填料石棉绳应涂以石墨粉,并应逐圈装入,逐圈压紧,各圈接口应相互错开。安装时,要求补偿器中心线和直管段中心线一致,不得偏斜,否则在管道投入运行时,可能发生补偿器的插管和套管咬住事故。在靠近套管补偿器的两侧,至少应各有一个导向支架,以保证补偿器在管道运行时不偏离中心,自由收缩。插管应安装在介质的流入端,摩擦部分应涂上机油,非摩擦部分应涂上防锈漆。