旋转补偿器在石油化工装置管道中的应用

第 4 9卷第 6 期 2 0 1 2年 1 2月 化工设墨与誓遵 P R OC E S S E Q UI P ME NT& P I P I NG V b 1 4 9 NO 6 De c 201 2 旋转补偿器在石油化工装置管道中的应用 褚 以健 ( 中石化上海工程有限公司，上海2 0 0 1 2 0 ) 摘要：主要介绍了一种新型的补偿 器旋转补偿 器， 他补偿装置的优缺点进行 了比较，并分析了其适用情况。 关键词：旋转补偿器；补偿器；膨胀节；管道设计 中图分类号：T Q 0 5 0 _ 3 ；T H 1 3 6 文献标识码：A 在石油化工装置的管道设计中，往往需考虑伴 随有高温的工况，因此，在设计时要充分考虑管道产 生 的热膨胀情况。一般地，管道工程师应优先考虑 利用管道 自身结构产生的柔性来吸收管道的热位移； 当由于工艺操作条件、设备布置等情况的限制使得管 道系统没有足够的柔性时，可采用补偿装置来吸收管 道的热位移。石化装置中常用的补偿装置有 ：自然补 偿一一兀型补偿器、 金属波纹管膨胀节、 套筒式膨胀节、 填料函式膨胀节等等。本文介绍一种近几年逐渐在石 化装置中得到应用的补偿装置一旋转补偿器 1 - 3 o 1 旋转补偿器的结构和工作原理 旋转补偿器是从原有的套筒式补偿器基础上发 展起来的，不同的是套筒式补偿器主要吸收轴 向位 移， 而旋转补偿器主要通过旋转筒旋转来吸收角位移。 如图 1 所示，旋转补偿器的组成主要存 旋转筒； 法兰、 压盖及螺栓系统；密封填料系统；本体。 旋 图1 旋转补偿器的基本结构 及其在石油化工装置上应用。对旋转补偿器与其 文章编号：1 0 0 9 3 2 8 1 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 5 8 0 0 4 旋转补偿器工作时，旋转筒与本体之间产生相 对旋转，补偿器产生角向位移。因此，在管道系统的 设计中，旋转补偿器往往需要成对布置，才能够吸收 管道系统产生的热膨胀。 旋转补偿器的补偿原理如图 2 所示：通过成对 的旋转筒和 L型力臂形成的力偶，使得力臂绕着 L 型力臂的中点沿 z轴旋转，从而达到吸收管道产生 热膨胀的目的 【 1 。 图2 旋转补偿器的工作原理 典型的旋转补偿器布置形式见图 3 。 因为旋转补偿器从本质上仍 旧是套筒补偿器的 一 种，所以它也存在着套筒补偿器的缺点易泄 漏。近些年来，一些旋转补偿器的制造商对填料密封 的结构进行了改进，采用了自密封的结构，基本上已 收稿 日期 ：2 0 1 2 1 0 0 8 作者简介：褚以健 ( 1 9 6 2 一) ，男，浙江杭州人，高级工程师。主 要从事管道设计和技术管理工作 。 2 0 1 2年 1 2月 褚以健 旋转补偿器在石油化工装置管道中的应用 1型 2型 4型 经解决了易泄漏的缺点。 2 旋转补偿器对管道系统的反作用力 固定 点 5型 6型 7型 图3 旋转补偿器的布置形式 旋转补偿器在工作时，首先必须克服一对旋转 筒之间产生的摩擦力矩mk ，该摩擦力矩值 由旋转补 偿器制造商给出，在管道产生热膨胀的过程中，旋转 筒之间产生的摩擦力矩 对管道系统产生的反作用 力 由下式决定： P 。 屯 c 。 s ( 值得注意的是，该反作用力仅仅存在于当管道 系统温度变化产生相对的位移时，一旦管道系统的热 位移达到相对平衡时，该反作用力就不存在了。因此 采用旋转补偿器可以极大地减少管道系统 固定支架 处的水平推力，这是旋转补偿器区别于其他补偿结构 的优点之一。 3 旋转补偿器和其他补偿装置的优缺点比较 以某石化装 置为例：从界 区外引入一高压蒸 汽管线，管道 内承受的压力为 4 4 MP a ，温度 4 2 0 ，材质 A1 0 6 B，直径 D N4 0 0 ，壁厚的压力等级为 S c h 6 0 。主管廊的长度为 2 0 0 m，宽度 8 m。采用三 种不同补偿形式的典型管道布置如下。 ( 1 )采用管道 自然补偿如图 4 ，按每 7 0 m设置 一 兀型补偿器，需采用 3个丌型补偿器。在I -I b 偿 器附近的弯头处，管道系统内由热膨胀产生的二次应 力最大，达到二次应力许用值的 8 0 。 ( 2 )采用金属波纹管膨胀节补偿如图 5 ，按每个 普通型轴 向膨胀节可吸收 5 0 6 0 mm轴向位移计算， 在每 1 0 m管道之问应设置一个普通型轴向膨胀节。 ( 3 )采用旋转补偿器补偿如图 6 ，按旋转补偿器 转角不得大于 2 5 。要求。 表 1 是采用三种不同补偿形式的综合性能比较。 根据表 1 可知，旋转补偿器与 自然补偿相比， 在管路压力降、热胀应力和水平推力上都有极大的改 善，在其余项中与 自然补偿相差不大。管路压力降的 改善可以减少石化装置的运行成本，热膨胀应力的改 善则大大增加了管道系统本身在运行时的安全性，而 水平推力的减少降低了