热力管道安装及补偿器的预拉伸
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【摘 要】 随着国家不断加大对能源领域的投资力度，全国各地不断上马的大型化工项目越来越多，我单位在国内外承接了煤化工、石油化工等领域的多个大型化工项目，其中有装置工程也有系统管廊工程。系统管廊工程在整个化工项目中主要负责各装置间物料介质及公用工程介质的传送。输送蒸汽等高温媒介的管道通常被称作热力管道，热力管道内的媒介温度一般都比较高，最低的操作温度也能达到200℃，开车运行后会引起管道的热膨胀。管内媒介的温度越高，管道的热膨胀量就越大，热位移就越大。因此，热力管道的施工要求往往比较严格。那么施工单位如何才能以超高的水平完成热力管道的施工，一是要理解和掌握热力管道安装中应注意的问题，采取措施解决好施工技术要求；二是要充分考虑热力管道的热膨胀因素，依据设计文件和施工规范对热力管道上的补偿装置进行安装和预拉伸。
1 热力管道安装应注意哪些问题
（1）热力管道在预制时，要充分考虑预制管段的预留位置和预制管段的吊装措施，热力管道上的放净、放空开孔均应在地面预制时完成。管线在吊装之前应完成管托的安装，预留焊口位置不得刷油。由于热力管道对管内清洁度要求较高，所以上管前作业组需利用吊车将管段倾斜45～60度左右用木方轻轻敲打一端管口，使管内杂物尘土等倒出，对特殊管道的重要部位用抹布进行清理，且对接焊缝底层采用氩弧焊打底。
（2）热力管道的支架必须严格按照设计规定的位置进行安装，两个膨胀节之间必须设置一个固定支架，固定支架应焊接牢固。导向支架或滑动支架的滑动面应洁净平整，不得有歪斜和卡涩现象，滑动底板和钢结构之间要焊死，防止底板发生位移；导向支架或滑动支架的安装位置应从支撑面中心向位移反方向偏移，偏移量应为位移值的1/2。
（3）蒸汽热力管道安装时的坡度值应符合设计要求，当设计未规定时，取0.002～0.003之间，坡度应流向管道的疏水点。
（4）蒸汽系统管道应在低点加置放净阀或疏水阀，吹扫时应对所有的疏水器性能进行检验，疏水器的疏水性能应良好。蒸汽管道系统进行吹扫时，应将所有的疏水器前的放净阀打开，待各个放净点无大量凝结水时再关闭放净阀，以使疏水器正常投用。热力管道蒸汽吹扫之前的暖管阶段应对管道法兰进行热紧，热态紧固应在紧固作业温度保持2h后进行。在系统引入蒸汽后应时刻监视管道系统的运行状态，发现有泄漏的法兰要马上进行紧固，避免泄漏引起垫片损坏，难以更换。
2 热力管道补偿装置的安装及现场预拉伸
2.1 热力管道补偿器的一般分类介绍
施工中最常用的管道补偿器大致分为“∏”形或“Ω"形膨胀弯管、波纹管膨胀节、套筒补偿器（或填料式补偿器）、球形补偿器等。管道补偿器安装时如设计要求做预拉伸，则预拉伸工作必须在膨胀节两侧的固定支架施工结束后方可进行膨胀节的预拉伸。 “∏”形或“Ω"形补偿器预拉伸安装时，应在补偿器安装就位且最后一道焊口未焊接前测量该焊口之间的间距，作为预拉伸（压缩）的数值。
我单位今年承担的榆横煤化工项目一期I工程全厂工艺及供热外管主管廊的长度达到了1.4Km，在整个管廊系统中设计选用的全部是“∏”形膨胀弯管或者叫做方形补偿器。热力管道的预拉伸一般是用于消除二次应力的，通常情况下在冷态状态下对热补偿器进行预拉伸，在补偿器两侧进行预拉伸；拉伸量与温度有关系，300℃以下为膨胀量的50%，300℃以上为膨胀量的70%，如果设计有要求时，预拉长度应按设计要求拉伸。这样安装时管道各部分受到了拉应力，在热态工作发生膨胀后其受拉应力相对会小一些。
2.2 热力管道方型补偿器膨胀量的计算
式中L-管道的热膨胀量，mm；L-管道的计算管段长度m；α-管材的线性膨胀系数mm/m·℃，钢的线性胀系数一般取α=0.012mm/m·℃；t2-管道设计计算时的热态计算温度，通常取管内介质的最高温度℃；t1-管道设计计算时的冷态计算温度℃。
如管道是夏季安装，建议t1取20℃，如是春秋季安装，建议t1取10～15℃，如是冬季安装时，则取冬季采暖室外的计算温度。
2.3 热力管道方型补偿器的安装
（1）方型补偿器在安装前，应检查补偿器是否符合设计要求，补偿器的三个臂是否在一个水平上，安装时用水平尺检查，调整支架，使方型补偿器位置标高正确，坡度符合规定。（2）安装补偿器时应做好预拉伸工作，将补偿器按位置固定好，然后再与管道相连接。预拉伸方法可选用千斤顶将补偿器的两臂撑开或用拉管器进行冷拉，也可选用手动葫芦进行冷拉，施工单位可根据实际情况选用适合简便的操作方式进行管道补偿器的安装及拉伸工作。（3）预拉伸的焊口应选在距补偿器弯曲起点2～2.5m处为宜，冷拉前应将固定支座牢固固定住，并对好预拉焊口处的间距。
2.4 热力管道方型补偿器的工作原理
当方形补偿器安装在管段的两个固定支架的中间位置，因热媒通过使管道因温度变化而伸长。热伸长会产生对两侧固定支架水平推力，为了保持力的平衡，需要反作用力使方形补偿器产生压缩变形，以补偿因热膨胀而对固定支架产生的应力（如图1所示）。
为了减少方形补偿器在运行中的变形和承受的应力，应将方形补偿器预先拉伸其热伸长量的1/2（如图2所示）。图中表示出方形补偿器的制作位置、安装时位置与运行时的位置。图中显示当补偿器被压缩到补偿量（L）的1/2时，补偿器受到的应力等于零（即制作位置）。当补偿器完全补偿热伸长量时，对固定支架及补偿器也仅受到一半的应力。因此，在安装方形补偿器时需要进行预拉伸，因预拉伸量为ΔL/2，所以每侧臂应预拉ΔL/4。
2.5 热力管道方形补偿器预拉伸的方法
（1）采用千斤顶法预拉：如（图3）中所示，将千斤顶分别顶在补偿器的两臂位置，中间采用木方支撑（在拉伸前期时不要将补偿器两端管道与固定支架焊住）。在补偿器两边的直管段适当部位（一般在2～2.5m左右）留出ΔL/4的对口间隙，管口应对齐对正。然后两人分别操作两侧的千斤顶，使两臂靠千斤顶的压力将其撑开，直至与管口间隙相碰，即可将管口点焊住。管道找正调直后，管口进行焊接，最后取下千斤顶，预拉完毕。
千斤顶置放位置不宜靠顶臂太近或顶在弯头处，操作时应两侧用力均匀，拉伸宜缓慢。千斤顶规格应能满足对两臂撑开所需的压力，千斤顶与支撑木方应在同一水平直线位置上。
（2）采用拉管器预拉： 如图4中所示，可根据管径大小自行制作拉管器，补偿器两侧留出与直管段的预拉间隙，通常选在补偿器两边的直管段上（距离在2～2.5m左右）留出ΔL/4的预拉间隙（最大允许偏差为10mm），该位置处属于较省力的位置。把拉管器的法兰管卡通过双头长螺栓紧紧卡在被预拉间隙的管口两端，即一端是直管段，另一端为伸缩器；其中，穿在两个法兰管卡之间的双头长螺栓是作为调整和拉紧用的。将预拉间隙对好并用短角钢块在管口处贴焊，但只能焊在管道的一端，另一端用角钢卡住即可，可自由移动。然后操作人员同时拧紧拉管器两侧的螺母，使管口间隙靠拢，当焊口焊接完毕后取下拉管器。
采用拉管器进行预拉伸时。应保证拉管器的强度，双头螺栓的直径应进行力的计算。法兰管卡应保证卡紧管子，为此我们可以采取一定措施，比如分别在补偿器两边的直管段上焊接两个对称的卡块来阻挡法兰管卡的移动，从而避免在拧紧螺母时管卡在管子上移动而使预拉伸失败。
（3）采用倒链预拉：可在补偿器两边的直管段适当部位分别焊接对称的卡具2对，用倒链的挂钩和吊带分别连接焊好的卡具，通过两条倒链同时拉动，使管口间隙靠拢后即可将管口点焊住。管道找正调直后，管口进行焊接。
3 结语
热力管道的安装及补偿器的预拉伸是化工项目管道安装中比较重要的部分，能够将热力管道及补偿器的安装及预拉伸工作做好，才能充分体现出一个化工安装单位的施工能力，才能赢的业主的信任和同行业的口碑，为以后行业内的继续合作奠定基础。
参考文献
[1]SH3501-2011《石油化工有毒可燃介质钢制管道工程施工及验收规范》.
[2]GB50235-2010《工业金属管道工程施工规范》.