管道伸缩节保护套管的研究及应用

牛圣良

摘要：针对管道伸缩节在使用过程中，因受条件（地理、自然环境、温度）等限制，易产生径向运动，从而影响伸缩节的正常使用，危及安全生产，甚至破坏事故造成一系列不良影响，危及人身生命安全、财产损失等，为此经过一系列探索研究，设计制作了一套管道伸缩节保护套管装置，并成功运用于生产中，取得良好的效果，杜绝了因管路伸缩节径向（横向）位移而造成的安全生产事故隐患。

关键词：管道套管 伸缩节 位移 补偿量 滑板

1 管道伸缩节概述

伸缩节就是通常所说的管道伸缩节。管道伸缩节，顾名思义就是控制管路因受条件（地理、自然环境、温度）等限制而产生的轴向位移，防止管路损坏，而进行的轴向补偿，少量伸缩节也可以进行适当的径向补偿，但最大径向位移补偿量不超过10°，伸缩节分的类型有很多种，常见的有方形自然补偿伸缩节、套筒伸缩节和波纹伸缩节，而工程中应用最多的则是波纹伸缩节，其作用有三：一是补偿吸收管道轴向、横向、角向受热引起的伸缩变形；二是吸收设备振动，以免设备振动过多的扰动管道；三是吸收地陷、地震对管道的变形量。因为管道的热胀冷缩，所以对于管道来说，就要产生管壁的应力和推拉力；管壁应力大小，影响管道的强度，推拉力增大，管道的固定支架就要做的很大，来承受管道伸缩所产生的推拉力；所以利用伸缩节补偿的变开量办法，以降低管壁应力和推力。

2 管道伸缩节分类

温度变化会使管道伸缩变形，伸缩节可以弥补伸缩变形，也能用来不畅安装调整中所需的管道长度。伸缩节（膨胀节）包括套管、波纹管和弯管式三种类型。

2.1 弯管式膨胀节

弯管式膨胀节是把管道弯成U形或其他形状，通过形体的弹性变形进行补偿的一种膨胀节。它便于现场安装制作，强度大，可长时间使用，但是会占用大量空间、钢材消耗量和摩擦阻力都比较大，因此适用于各种蒸汽管道、长管道。

2.2 波纹管膨胀节

波纹管膨胀节是用金属波纹管制成的一种膨胀节。它可以少量弯曲，能沿轴线方向伸缩。波纹管膨胀节是轴向式波纹管膨胀节的一种，它在管道上可以弥补轴向长度。波纹管两侧装有保护环或保护拉杆，以免补偿量超出限定值，同时在与它联接的两端管道上也装设了导向支架。另外还有转角式和横向式膨胀节，可用来补偿管道的转角变形和横向变形。这类膨胀节的优点是节省空间，节约材料，便于标准化和批量生产，缺点是即使安装导向支架，特别是大口径管路承载横向力强度不能满足要求，往往造成严重事故。波纹管膨胀节一般用于温度和压力不很高、长度较短的管道上。随着波纹管生产技术水平的提高，这类膨胀节的应用范围正在扩大。

2.3 套管伸缩节 套管伸缩节由能够作轴向相对运动的内外套管组成（套管伸缩节）。内外套管之间采用填料函密封。使用时保持两端管子在一条轴线上移动。在伸缩节的两端装设导向支架。它的优点是对流体的流动摩擦阻力小，结构紧凑；缺点是密封性较差，对固定支架推力较大。套管伸缩节主要用于水管道和低压蒸汽管道。①鉴于以上几种情况，往往很难满足现实需要。这里以山东能源集团贵州矿业公司柏杨煤矿取排水工程为例介绍一下伸缩节保护套管设计加工使用情况。②控制管道伸缩节径向位移量，前提伸缩节行程必须满足轴向位移伸缩量的情况下进行，柏杨煤矿取排水工程其中二级提水管道为DN200管路，外径为￠219，根据力学计算，选择外套管时应选择壁厚大于或等于提水管道的钢管较为合适，其材质相同，套管内径应大于伸缩节5-10mm较为适中，其套管长度两端分别长于伸缩节连接法兰500mm。③套管中间滑板采用厚度20mm钢板，其滑板与套管采用焊接方式连接，其加工、焊接精度必须满足要求，滑板内圈与被保护的管道间隙必须保持2-5mm精度，用以保证伸缩节轴向运动灵活可靠。④套管连接采用厚度20mm钢板，连接螺栓孔尽量靠近套管，同时保证便于安装，保证连接可靠性，螺栓选择必须满足强度、刚度要求。⑤保护套管材质、厚度选用；首先材质应和被保护管路材质一致或物理性能高于被保护管路材质，保护套管厚度大于或等于被保护管路厚度。

附例图（如图1所示）。

3 市场前景分析

该装置的研制隶属国内首创，经过几年的应用实践，其装置安全、可靠、实用、便于设计制作安装、维护更换方便快捷、成本低，已经取得重大经济效益。打破了因管道伸缩节在使用过程中，因受条件（地理、自然环境、温度）等限制，易产生径向位移问题的控制。可以应用于多种输水管路、化工、石油等管路，特别是易燃、易爆管路使用，必须加装接地装置，便于因套管移动产生静电及时消除。

参考文献：

[1]水电站压力管道[M].中国电力出版社，2010-04.

[2]闻邦椿.机械设计手册[M].机械工业出版社，2004.

[3]张晞.机械制图与CAD[M].中国标准出版社，2006-9-01.