供热管道波纹补偿器监测和运行寿命研究

摘 要：通过采集金属波纹补偿器在供热运行中补偿量的数据，进行分析，为供热管网的全寿命运行提供数据依据。利用这些数据建立波纹补偿器数据抄录预警机制，分析波纹补偿器运行疲劳度及剩余寿命的计算。确保能源中心供热管网的安全运行。

关键词：补偿量 温度 支架 寿命

中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（b）-0116-01

上海虹桥机场西区能源中心至T2航站楼各热交换机房供热管网长约6000 m，供热管网中的波纹补偿器有95个，使用的类型有：外压轴向型波纹补偿器，半平衡旁通轴向型波纹补偿器[1]。由于管网只有一根，没有备份，所以对波纹补偿器的检测，掌握其在供热管网中各种状态，研究其运行寿命，对于保证正常安全供热运行是十分重要的。

共同沟管网系统就好比是一根大动脉，连通能源中心和航站楼的各热交换机房。这根大动脉，不像能源中心内的冷冻机、锅炉坏了一台，还有备份。共同沟管网系统有故障，只能停止运行，立即抢修，只有在抢修完成后，整个管网才能恢复运行。

这就要求我们更好的管理共同沟，我们根据供热运行的实际情况，对供热管网重要的设备波纹补偿器位进行移量监测，采集位移数据并进行综合分析，研究不同温度下，波纹补偿器的补偿范围、最大补偿量，分析波纹补偿器的疲劳度及其剩余寿命，保证正常的运行。

1 波纹补偿器最大补偿量的确定

能源中心的补偿器的安装方式基本上是一个固定支架，一个波纹补偿，一个导向支架的形式，如图1所示。

为了观测补偿器的数据方便，我们把靠近补偿器的第一个移动支架的位移量近似等于波纹补偿器的伸缩量。我们在2012年供热季为每个补偿器第一个移动支架作了标尺，方便数据抄录。

在2011年至2012年供热季中，每天巡检观测记录这些数据，并做记录。

我们用华东设计院给的参照标准[2]，比较整个供热季波纹补偿器的补偿数据，共同沟内所有波纹补偿器的补偿量都在最大补偿量的范围之内（参照标准：华东设计院提供的热水供水管上波纹补偿器的最大伸缩量为74.1 mm；热水回水管上波纹补偿器的最大伸缩量为53.3 mm）。但有9个波纹补偿器的补偿量达到或超过最大补偿量的1/2（见表1）。

我们把这些数据汇报给波纹补偿器的厂家。厂家根据此数据按照厂家标准规范[3]重新计算补偿量，计算结果为能源中心供热管网上波纹补偿器整个供热季的补偿数据在允许的补偿范围内。以管径为DN300为例，厂家取了一个补偿量最大的值60 mm进行计算，得出单波总当量轴向位移量为12.55 mm，能源中心所使用的波纹补偿器都有8个波，故计算下来，都在允许补偿范围内。

通过2011年至2012年供热季补偿器补偿量数据积累、分析，把热水供水管波纹补偿器的最大伸缩量74.1 mm；热水回水管波纹补偿器的最大伸缩量53.3 mm定为补偿器的最大补偿量。

2 波纹补偿器数据抄录预警机制的建立

确定补偿器的补偿量之后，我们把此标准加入每日巡检表格中，建立每天巡检数据预警机制，方便巡检人员在现场数据的抄录。同时，我们把2011年至2012年供热季补偿器补偿量数据作为预警线，接近或超过就要加强巡检力度，时刻关注。

我们在整理分析整个供热季的补偿数据时，发现每天巡检人员进入共同沟巡检抄录的数据，因人员不同，有时会抄录错误。而且发生抄错的概率还是比较大的。如何减少抄错率，在发现有误抄的情况下，如何判定是我们2012年至2013年供热季所需解决的最大的问题。正确的数据是数据积累的基础。

我们在2011年11月，制定一个实验计划，通过基础数据，来判定抄表的正确性，从而建立巡检数据录入预警机制。

我们根据不同管径，不同用途、接近转弯、管径变化以及上个供热季补偿器补偿量较大等因素，选择11个波纹补偿器进行实验。

在实验方案制定时，设想管网每上升5℃，巡检人员抄录数据一次，但考虑到供热系统的安全运行，最后采用每10 ℃，巡检人员抄录数据一次（能源中心供热系统最小水量475吨，以锅炉最小燃烧负荷计算，预计整个管网升温10 ℃所需的时间为2.47 h。管网由20 ℃升至100 ℃时的补偿器补偿量变化情况如图2所示。

由图2发现管网温度在每上升10 ℃，波纹补偿器的补偿量是基本相同的。

根据这个性质，我们计算出比较常用85 ℃时（因为2012年至2013年供热季供热系统降温管的使用，使能源中心供给各热交换机房的水在80 ℃～85 ℃之间），管网上补偿器补偿量的数据，并通过实施现场抄录的数据做对比，对比的结果是现场抄录的数据和计算出来的数据，结果一致。

2012年12月15日，供热工程师在汇总当天的巡检数据时，发现26号波纹补偿器的抄录数据与前几天差距比较大。供热工程师马上让巡检人员进入共同沟对该支架重新复核，同时查看巡检该支架的巡检时间，找出此时间段的管网温度，最后查询管网升温（20 ℃升至100 ℃）补偿器补偿量表，确认当时在此温度下26号波纹补偿器的补偿量应该是-30 mm，属于误抄。同时进入共同沟复核的人员，回来汇报，26号波纹补偿器的补偿量应该是-30 mm。

根据这次事件，我们在波纹补偿器补偿量汇总表上利用此次实验的数据增加了预警功能，方便工程师的数据的汇总。

3 波纹补偿器疲劳度的分析

波纹补偿器疲劳度的分析是补偿器全寿命运行的一个关键问题。只有掌握了补偿器的疲劳度，我们才能更好的了解补偿器的运行寿命，为安全运行打下结实的基础。

我们用数据分析的方式来分析波纹补偿器的疲劳度。我们通过三个问题来对波纹补偿器的疲劳度进行分析。

问题1：由于热水供水管的水温范围比回水管的高，供水管的补偿次数是否比回水管多？

问题2：通宵供热补偿器补偿次数是否比非通宵供热要来的多？

问题3：现在我们的供热方式是否对管网有保护作用？

根据管网由20 ℃升至100 ℃时波纹补偿器补偿量的数据显示，补偿量与管网温度是相对应的，我们可以近似的把补偿量的变化看成温度的变化。

我们收集了2012年12月8日18时至12月10日的数据，并绘制成曲线图（见图3，图4）

2012年12月8日18时，能源中心开始了2012年至2013年度供热季。管网温度由60 ℃到100℃用了6个小时，从8日18时首次点火运行到9日晚10点停止供热，连续运行了28个小时，10日5时开始第二次供热与晚上23时结束。

分析这两天的数据，我们发现：（1）供水管的温度不管是通宵运行，还是非通宵运行，温度还是比较稳定的（除升温阶段）。（2）回水管的温度，是随着航站楼对热量的需求的变化而变化的。

我们还从2011年至2012年供热季的数据中，挑出了几个通宵运行和非通宵运行的例子进行分析，结果发现与上述结果相同。

这样，我们对前两个问题就好做出回答。由于供水管的水温比较稳定，而回水管的水温是随航站楼对热量的需求变化而变化的，故在运行中回水管补偿器补偿次数要多于供水管。在通宵供冷期间和非通宵供冷期间，波纹补偿器补偿次数是一样的。

对于问题三，通过把2011年至2012供热的运行状态（供水温度100 ℃）与2012年至2013供热季的运行状态（供水温度80 ℃）的补偿器补偿量做对比，发现2012年至2013年供热季管网波纹补偿器补偿量比2012年至2013年供热季最少减少1/3，这样减少了补偿量，对波纹补偿器的运行寿命有了一定的保护。

对上述三个问题的解答，也是我们对波纹补偿器的疲劳度有了一定的了解，同时也为我们对波纹补偿器剩余寿命的计算，打下了一个基础。

4 波纹补偿器剩余寿命的计算

根据图3和图4，我们可以看出补偿器一天（24h）中，变化波动比较明显的有两次：晚上停止供热时（通宵供热时是航站楼冷负荷较少时）一次；航站楼用量较大时（通宵供热时是航站楼冷负荷较高时）一次。

我们根据这一变化规律和上面问题一得出的结论，制出了一张波纹补偿器使用寿命估算表（见表2），提供给补偿器厂家，让他们为我们做出解答。在表中，我们根据波动一次算补偿器补偿1次还是2次，分了两项同时根据上面得出的在运行中回水管补偿器补偿次数要多于供水管，把补偿次数增加了一点。

5 后续展望

我们这次对于补偿器的研究仅仅是从温度的角度来分析，而且还分析的不够透彻。波纹补偿器全寿命的分析，不仅仅是温度，还有很多的因素（例如：补偿漆的金属特性，内外腐蚀情况等），我们会在以后的运行中，把这些条件加入到研究中去，确保管网安全稳定的运行。

参考文献

[1]虹桥综合交通枢纽地下工程技术吴念组.

[2]GBT12777-2008.金属波纹管膨胀节通用技术条件[S].

[3]南京晨光东螺波纹管有限公司.波纹管计算书EJMA-2000第七版[R].