摘 要：通過(guò)采集金屬波紋補(bǔ)償器在供熱運(yùn)行中補(bǔ)償量的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，為供熱管網(wǎng)的全壽命運(yùn)行提供數(shù)據(jù)依據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)建立波紋補(bǔ)償器數(shù)據(jù)抄錄預(yù)警機(jī)制，分析波紋補(bǔ)償器運(yùn)行疲勞度及剩余壽命的計(jì)算。確保能源中心供熱管網(wǎng)的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：補(bǔ)償量 溫度 支架 壽命

中圖分類號(hào)：TU995 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）02（b）-0116-01

上海虹橋機(jī)場(chǎng)西區(qū)能源中心至T2航站樓各熱交換機(jī)房供熱管網(wǎng)長(zhǎng)約6000 m，供熱管網(wǎng)中的波紋補(bǔ)償器有95個(gè)，使用的類型有：外壓軸向型波紋補(bǔ)償器，半平衡旁通軸向型波紋補(bǔ)償器[1]。由于管網(wǎng)只有一根，沒(méi)有備份，所以對(duì)波紋補(bǔ)償器的檢測(cè)，掌握其在供熱管網(wǎng)中各種狀態(tài)，研究其運(yùn)行壽命，對(duì)于保證正常安全供熱運(yùn)行是十分重要的。

共同溝管網(wǎng)系統(tǒng)就好比是一根大動(dòng)脈，連通能源中心和航站樓的各熱交換機(jī)房。這根大動(dòng)脈，不像能源中心內(nèi)的冷凍機(jī)、鍋爐壞了一臺(tái)，還有備份。共同溝管網(wǎng)系統(tǒng)有故障，只能停止運(yùn)行，立即搶修，只有在搶修完成后，整個(gè)管網(wǎng)才能恢復(fù)運(yùn)行。

這就要求我們更好的管理共同溝，我們根據(jù)供熱運(yùn)行的實(shí)際情況，對(duì)供熱管網(wǎng)重要的設(shè)備波紋補(bǔ)償器位進(jìn)行移量監(jiān)測(cè)，采集位移數(shù)據(jù)并進(jìn)行綜合分析，研究不同溫度下，波紋補(bǔ)償器的補(bǔ)償范圍、最大補(bǔ)償量，分析波紋補(bǔ)償器的疲勞度及其剩余壽命，保證正常的運(yùn)行。

1 波紋補(bǔ)償器最大補(bǔ)償量的確定

能源中心的補(bǔ)償器的安裝方式基本上是一個(gè)固定支架，一個(gè)波紋補(bǔ)償，一個(gè)導(dǎo)向支架的形式，如圖1所示。

為了觀測(cè)補(bǔ)償器的數(shù)據(jù)方便，我們把靠近補(bǔ)償器的第一個(gè)移動(dòng)支架的位移量近似等于波紋補(bǔ)償器的伸縮量。我們?cè)?012年供熱季為每個(gè)補(bǔ)償器第一個(gè)移動(dòng)支架作了標(biāo)尺，方便數(shù)據(jù)抄錄。

在2011年至2012年供熱季中，每天巡檢觀測(cè)記錄這些數(shù)據(jù)，并做記錄。

我們用華東設(shè)計(jì)院給的參照標(biāo)準(zhǔn)[2]，比較整個(gè)供熱季波紋補(bǔ)償器的補(bǔ)償數(shù)據(jù)，共同溝內(nèi)所有波紋補(bǔ)償器的補(bǔ)償量都在最大補(bǔ)償量的范圍之內(nèi)（參照標(biāo)準(zhǔn)：華東設(shè)計(jì)院提供的熱水供水管上波紋補(bǔ)償器的最大伸縮量為74.1 mm；熱水回水管上波紋補(bǔ)償器的最大伸縮量為53.3 mm）。但有9個(gè)波紋補(bǔ)償器的補(bǔ)償量達(dá)到或超過(guò)最大補(bǔ)償量的1/2（見(jiàn)表1）。

我們把這些數(shù)據(jù)匯報(bào)給波紋補(bǔ)償器的廠家。廠家根據(jù)此數(shù)據(jù)按照廠家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[3]重新計(jì)算補(bǔ)償量，計(jì)算結(jié)果為能源中心供熱管網(wǎng)上波紋補(bǔ)償器整個(gè)供熱季的補(bǔ)償數(shù)據(jù)在允許的補(bǔ)償范圍內(nèi)。以管徑為DN300為例，廠家取了一個(gè)補(bǔ)償量最大的值60 mm進(jìn)行計(jì)算，得出單波總當(dāng)量軸向位移量為12.55 mm，能源中心所使用的波紋補(bǔ)償器都有8個(gè)波，故計(jì)算下來(lái)，都在允許補(bǔ)償范圍內(nèi)。

通過(guò)2011年至2012年供熱季補(bǔ)償器補(bǔ)償量數(shù)據(jù)積累、分析，把熱水供水管波紋補(bǔ)償器的最大伸縮量74.1 mm；熱水回水管波紋補(bǔ)償器的最大伸縮量53.3 mm定為補(bǔ)償器的最大補(bǔ)償量。

2 波紋補(bǔ)償器數(shù)據(jù)抄錄預(yù)警機(jī)制的建立

確定補(bǔ)償器的補(bǔ)償量之后，我們把此標(biāo)準(zhǔn)加入每日巡檢表格中，建立每天巡檢數(shù)據(jù)預(yù)警機(jī)制，方便巡檢人員在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的抄錄。同時(shí)，我們把2011年至2012年供熱季補(bǔ)償器補(bǔ)償量數(shù)據(jù)作為預(yù)警線，接近或超過(guò)就要加強(qiáng)巡檢力度，時(shí)刻關(guān)注。

我們?cè)谡矸治稣麄€(gè)供熱季的補(bǔ)償數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)每天巡檢人員進(jìn)入共同溝巡檢抄錄的數(shù)據(jù)，因人員不同，有時(shí)會(huì)抄錄錯(cuò)誤。而且發(fā)生抄錯(cuò)的概率還是比較大的。如何減少抄錯(cuò)率，在發(fā)現(xiàn)有誤抄的情況下，如何判定是我們2012年至2013年供熱季所需解決的最大的問(wèn)題。正確的數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)。

我們?cè)?011年11月，制定一個(gè)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，來(lái)判定抄表的正確性，從而建立巡檢數(shù)據(jù)錄入預(yù)警機(jī)制。

我們根據(jù)不同管徑，不同用途、接近轉(zhuǎn)彎、管徑變化以及上個(gè)供熱季補(bǔ)償器補(bǔ)償量較大等因素，選擇11個(gè)波紋補(bǔ)償器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)方案制定時(shí)，設(shè)想管網(wǎng)每上升5℃，巡檢人員抄錄數(shù)據(jù)一次，但考慮到供熱系統(tǒng)的安全運(yùn)行，最后采用每10 ℃，巡檢人員抄錄數(shù)據(jù)一次（能源中心供熱系統(tǒng)最小水量475噸，以鍋爐最小燃燒負(fù)荷計(jì)算，預(yù)計(jì)整個(gè)管網(wǎng)升溫10 ℃所需的時(shí)間為2.47 h。管網(wǎng)由20 ℃升至100 ℃時(shí)的補(bǔ)償器補(bǔ)償量變化情況如圖2所示。

由圖2發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)溫度在每上升10 ℃，波紋補(bǔ)償器的補(bǔ)償量是基本相同的。

根據(jù)這個(gè)性質(zhì)，我們計(jì)算出比較常用85 ℃時(shí)（因?yàn)?012年至2013年供熱季供熱系統(tǒng)降溫管的使用，使能源中心供給各熱交換機(jī)房的水在80 ℃～85 ℃之間），管網(wǎng)上補(bǔ)償器補(bǔ)償量的數(shù)據(jù)，并通過(guò)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)抄錄的數(shù)據(jù)做對(duì)比，對(duì)比的結(jié)果是現(xiàn)場(chǎng)抄錄的數(shù)據(jù)和計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)，結(jié)果一致。

2012年12月15日，供熱工程師在匯總當(dāng)天的巡檢數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)26號(hào)波紋補(bǔ)償器的抄錄數(shù)據(jù)與前幾天差距比較大。供熱工程師馬上讓巡檢人員進(jìn)入共同溝對(duì)該支架重新復(fù)核，同時(shí)查看巡檢該支架的巡檢時(shí)間，找出此時(shí)間段的管網(wǎng)溫度，最后查詢管網(wǎng)升溫（20 ℃升至100 ℃）補(bǔ)償器補(bǔ)償量表，確認(rèn)當(dāng)時(shí)在此溫度下26號(hào)波紋補(bǔ)償器的補(bǔ)償量應(yīng)該是-30 mm，屬于誤抄。同時(shí)進(jìn)入共同溝復(fù)核的人員，回來(lái)匯報(bào)，26號(hào)波紋補(bǔ)償器的補(bǔ)償量應(yīng)該是-30 mm。

根據(jù)這次事件，我們?cè)诓y補(bǔ)償器補(bǔ)償量匯總表上利用此次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)增加了預(yù)警功能，方便工程師的數(shù)據(jù)的匯總。

3 波紋補(bǔ)償器疲勞度的分析

波紋補(bǔ)償器疲勞度的分析是補(bǔ)償器全壽命運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。只有掌握了補(bǔ)償器的疲勞度，我們才能更好的了解補(bǔ)償器的運(yùn)行壽命，為安全運(yùn)行打下結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。

我們用數(shù)據(jù)分析的方式來(lái)分析波紋補(bǔ)償器的疲勞度。我們通過(guò)三個(gè)問(wèn)題來(lái)對(duì)波紋補(bǔ)償器的疲勞度進(jìn)行分析。

問(wèn)題1：由于熱水供水管的水溫范圍比回水管的高，供水管的補(bǔ)償次數(shù)是否比回水管多？

問(wèn)題2：通宵供熱補(bǔ)償器補(bǔ)償次數(shù)是否比非通宵供熱要來(lái)的多？

問(wèn)題3：現(xiàn)在我們的供熱方式是否對(duì)管網(wǎng)有保護(hù)作用？

根據(jù)管網(wǎng)由20 ℃升至100 ℃時(shí)波紋補(bǔ)償器補(bǔ)償量的數(shù)據(jù)顯示，補(bǔ)償量與管網(wǎng)溫度是相對(duì)應(yīng)的，我們可以近似的把補(bǔ)償量的變化看成溫度的變化。

我們收集了2012年12月8日18時(shí)至12月10日的數(shù)據(jù)，并繪制成曲線圖（見(jiàn)圖3，圖4）

2012年12月8日18時(shí)，能源中心開(kāi)始了2012年至2013年度供熱季。管網(wǎng)溫度由60 ℃到100℃用了6個(gè)小時(shí)，從8日18時(shí)首次點(diǎn)火運(yùn)行到9日晚10點(diǎn)停止供熱，連續(xù)運(yùn)行了28個(gè)小時(shí)，10日5時(shí)開(kāi)始第二次供熱與晚上23時(shí)結(jié)束。

分析這兩天的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)：（1）供水管的溫度不管是通宵運(yùn)行，還是非通宵運(yùn)行，溫度還是比較穩(wěn)定的（除升溫階段）。（2）回水管的溫度，是隨著航站樓對(duì)熱量的需求的變化而變化的。

我們還從2011年至2012年供熱季的數(shù)據(jù)中，挑出了幾個(gè)通宵運(yùn)行和非通宵運(yùn)行的例子進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與上述結(jié)果相同。

這樣，我們對(duì)前兩個(gè)問(wèn)題就好做出回答。由于供水管的水溫比較穩(wěn)定，而回水管的水溫是隨航站樓對(duì)熱量的需求變化而變化的，故在運(yùn)行中回水管補(bǔ)償器補(bǔ)償次數(shù)要多于供水管。在通宵供冷期間和非通宵供冷期間，波紋補(bǔ)償器補(bǔ)償次數(shù)是一樣的。

對(duì)于問(wèn)題三，通過(guò)把2011年至2012供熱的運(yùn)行狀態(tài)（供水溫度100 ℃）與2012年至2013供熱季的運(yùn)行狀態(tài)（供水溫度80 ℃）的補(bǔ)償器補(bǔ)償量做對(duì)比，發(fā)現(xiàn)2012年至2013年供熱季管網(wǎng)波紋補(bǔ)償器補(bǔ)償量比2012年至2013年供熱季最少減少1/3，這樣減少了補(bǔ)償量，對(duì)波紋補(bǔ)償器的運(yùn)行壽命有了一定的保護(hù)。

對(duì)上述三個(gè)問(wèn)題的解答，也是我們對(duì)波紋補(bǔ)償器的疲勞度有了一定的了解，同時(shí)也為我們對(duì)波紋補(bǔ)償器剩余壽命的計(jì)算，打下了一個(gè)基礎(chǔ)。

4 波紋補(bǔ)償器剩余壽命的計(jì)算

根據(jù)圖3和圖4，我們可以看出補(bǔ)償器一天（24h）中，變化波動(dòng)比較明顯的有兩次：晚上停止供熱時(shí)（通宵供熱時(shí)是航站樓冷負(fù)荷較少時(shí)）一次；航站樓用量較大時(shí)（通宵供熱時(shí)是航站樓冷負(fù)荷較高時(shí)）一次。

我們根據(jù)這一變化規(guī)律和上面問(wèn)題一得出的結(jié)論，制出了一張波紋補(bǔ)償器使用壽命估算表（見(jiàn)表2），提供給補(bǔ)償器廠家，讓他們?yōu)槲覀冏龀鼋獯?。在表中，我們根?jù)波動(dòng)一次算補(bǔ)償器補(bǔ)償1次還是2次，分了兩項(xiàng)同時(shí)根據(jù)上面得出的在運(yùn)行中回水管補(bǔ)償器補(bǔ)償次數(shù)要多于供水管，把補(bǔ)償次數(shù)增加了一點(diǎn)。

5 后續(xù)展望

我們這次對(duì)于補(bǔ)償器的研究?jī)H僅是從溫度的角度來(lái)分析，而且還分析的不夠透徹。波紋補(bǔ)償器全壽命的分析，不僅僅是溫度，還有很多的因素（例如：補(bǔ)償漆的金屬特性，內(nèi)外腐蝕情況等），我們會(huì)在以后的運(yùn)行中，把這些條件加入到研究中去，確保管網(wǎng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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