摘  要  避免热风管道耐火砖衬损坏，减少波纹补偿器原位外包检修用时较长的弊端，进行波纹补偿器在线修复和移位修复，减少高炉休风时间，恢复管系热位移补偿效果。

关健词  补偿器泄漏  碳钢包   热位移   盲板力  管道大拉杆

1  前言

输送各种介质的管道都存在热胀冷缩的现象，为消除管道因温差变形所产生的应力影响，绝大部分管道都进行了补偿设计，其中，采用波纹补偿器进行管道热补偿的设计较普遍、经济，但因设备使用环境复杂，影响使用寿命的不确定因素较多，波纹补偿器的使用寿命难预计，当出现泄漏后，采取及时有效的处理方案，可最大限度的减少对生产的影响。

2013年4月8日，6号高炉热风直管补偿器发生腐蚀泄漏，通过综合分析判断，决定分阶段采取临时处理和彻底处理的两个方案，最终以相对较小的代价解决了本次热风直管波纹补偿器的泄漏故障。

2  方案可行性分析

该热风直管原采用自由复式波纹补偿器，外带四根Φ105管道大拉杆的形式，对轴向和径向产生的热位移进行补偿，以防止热风直管、高炉因温差变化产生的热位移，作用在热风围管上，造成送风装置移位、风口漏风，影响生产。

本次发生泄漏的补偿器已投用约8年，从不锈钢波纹的波峰处轴向开裂约100mm，属化学腐蚀。见图1：

临时处理方案采取在线原位安装碳钢包的措施，进行紧急封堵，以防止泄漏热风对流时间过长，冲刷砖衬裂缝，造成泄漏扩大、紧急停产。

彻底处理方案采取移位外包不锈钢波纹补偿器的措施，达到减少检修时间、恢复补偿器功能的目的。

下面就具体方案的可行性进行分析。

2.1  临时处理方案

在线原位安装碳钢包的临时处理方案，在高炉正常生产的过程中实施。此时，管道热膨胀已到位，只要生产正常，无休慢风导致管道冷却产生冷缩，碳钢包则不会变形、受力。

原管道外径为Φ2594，补偿器波纹高度80mm、新增耐高温纤维毡厚度约200mm,碳钢包最小直径D=2054mm,考虑卷管误差及拼装方便，碳钢包直径Image设定为3200mm,长度约2m。为保障措施安全，需对碳钢包壁厚进行核算。

2.1.1  碳钢包设计壁厚核算

（1）已知条件：1）工作压力P=0.4MPa；2）工作温度t=150℃。

（2）管道理论壁厚计算：

 Image=6.65mm公式（1）

上式中    δ——管道计算壁厚（mm）；

P ——设计压力（MPa）；

          Image——管道外径（mm）；

          Image——钢管在设计温度t下的许用应力（MPa）=113MPa；

          Image——焊接接头系数=0.85；

Y——系数，对于≤482℃钢管，Y=0.4，510℃，Y=0.5。

（3）管道设计壁厚计算：

  Image=δ+C=8mm公式（2）

C=Image =1.35mm公式（3）

上式中    Image——管道设计壁厚（mm）；

          C——管道壁厚附加量（mm）；

          Image管道壁厚负偏差附加量，包括加工、开槽和螺纹深度及材料厚度负偏差（mm）；

          Image——管道壁厚腐蚀附加量（mm）；

          δ——管道计算壁厚（mm）；

通过查表所知：Image=0.6mm；Image=0.75mm。

根据公式（2）计算，可采用δ8钢板卷制Φ3200碳钢包，在保障高炉不休风的前提下，进行泄漏波纹补偿器的临时紧急封堵。

2.1.2  方案实施内容

(1)在损坏的补偿器与碳钢包之间，填充约200mm厚耐高温纤维毡，防止泄漏点热辐射直吹碳钢包造成炭化，降低碳钢包强度。

(2)碳钢包制安。将补偿器泄漏点处的碳钢包预留约400mm长最后焊接，并安装DN50手动泄压球阀，保障焊接收口。

2.2  彻底处理方案

采取移位外包不锈钢波纹补偿器的彻底处理方案，主要达到减少检修时间、恢复补偿器功能的目的，防止热风直管、高炉因温差变化产生的热位移对热风围管及送风装置产生影响。见图2、图3：

外包不锈钢波纹补偿器长度约1800mm，紧邻旧碳钢包，其最大直径比原补偿器大，内压产生的盲板力已增大，为保障管系安全，需重新核算4根Φ105管道大拉杆的最大受力，以确定外包不锈钢波纹直径。

2.2.1  外包不锈钢波纹补偿器最大直径核算

（1）已知条件：1）工作压力P=0.4MPa；2）工作温度t=150℃；3）大拉杆抗拉许用应力[δ]= 1130kg/Image；

（2）盲板力：F=P×Image 公式（4）

上式中：  P——工作压力（MPa）；

          Image——补偿器最大截面积（Image），未知。

（3）单根螺栓承载力：Ne=π(2d-1.8763t)2[δ]/16=88421.7kg=884217N公式（5）  

上式中：  Ne——抗拉承载力(kg)

d——螺栓直径:10.5cm；

          t—— 螺纹间距：0.55cm；

          [δ]——抗拉许用应力：1130kg/Image    

（4）保守计算，按3根大拉杆受力，则：3×Ne≥F公式（6）

根据公式（4）、（6）Image≤Image≤Image Image ≤1453mm公式（7）

上式中：Image——补偿器最大半径（mm）

根据上述公式计算，补偿器最大直径D=2×Image2906mm公式（8）

故外包不锈钢波纹补偿器尺寸确定：通径D=2700mm，波高=75mm,最大截面直径=2850mm。 

2.2.2  方案实施内容

（1）将外包不锈钢波纹补偿器分成四瓣制作。

（2）高炉休风前，完成外包补偿器现场拼装，管道与新补偿器之间填充耐高温纤维毡，减少热辐射对不锈钢波纹的影响。

（3）高炉休风后，割除旧碳钢包，旧补偿器保护拉杆、环板、铠甲环。同时，为减少旧补偿器弹性反力，在不锈钢波纹上均布钻10个φ40通孔，新接短管与外包补偿器拼接后，安装补偿器新铠甲环，进行试压。

（4）注意事项：新接短管因承受补偿器弹性反力作用，需要一定的强度，故采用δ12钢板卷制。同时，新接短管、外包补偿器都存在制安误差，为方便对接，需提前在外包补偿器与新接短管连接端，焊接宽度约50mm—80mm的δ12环板。

3  结语

本次6#高炉热风直管补偿器泄漏故障，采取分两个阶段处理的方案，达到了以下几个目的。

（1）减少高炉休风频次，节约检修时间：

临时处理方案在线施工，不影响正常生产。

彻底处理方案中，较耗时的不锈钢波纹补偿器安装工作，提前在线焊接到位，不占用检修休风时间。

（2）恢复了该段管系补偿器的补偿功能，避免了热风直管、高炉因温差变化产生的热位移对热风围管及送风装置产生的影响。

同时，成功处理好6#高炉热风直管补偿器泄漏的故障，为今后热风管道补偿器泄漏故障的处理，提供了较好的技术支撑。

4  参考文献

[1] 《动力管道设计手册》编写组.动力管道设计手册.北京：机械工业出版社，2006.1.

[2] 徐灏主编.机械设计手册/第1卷/[M].北京：机械工业出版社，1991.9.