煤矿塌陷区输水管道上波纹补偿器的应用

某输水管道根据线路规划,输水管线与铁路交接点前后约5km管段需穿越任楼煤矿区,该矿区大部分已经开采,塌陷区已形成并已基本稳定,部分新采区仍将延续塌陷,对管线的影响范围约3.7km,预计8～10年后可基本稳定。由于无法避开塌陷区,因此,要求输水管道穿越塌陷区须能适应塌陷区的变形。经研究决定在明铺钢管上间隔距离布置一个波纹补偿器,以适应塌陷区的变形。

一、塌陷区地基变形塌陷区地基变形特点是竖向沉降大,一般均达几米,同时伴有较大的顺管轴线的纵向水平位移和垂直管轴线的横向水平位移。由于管节间竖向沉降和水平位移不均匀,导致前后管节间出现的竖向和水平转角。

由于塌陷区地基存在沉降变位和水平向顺管线及垂直管线的变位,因此管道的变形也将是三维空间的。目前国内能适应这种变形的管材只有柔性接口的管道,但由于地基顺管轴线伸缩位移大,一般管道柔性接口的允许拔出量不能满足要求。经多个方案比较,决定采用明铺钢管方案,并沿管道走向间隔距离布置一个波纹补偿器,以适应塌陷区地基变形的要求。

二、波纹补偿器的作用

波纹补偿器又称膨胀节,与一般的管道元件不同,波纹管是用相当薄的材料制作而成的,以使它具有足够的柔性,可以吸收在使用中预期出现的机械位移和热位移,也能起到吸振降噪的作用。在管系中采用波纹补偿器可以在吸收系统压力的同时,吸收因地基变形引起的伸缩、沉降、扭转等变位和因温差引起的热膨胀,这种产品在冶金、炼油、化工、火电或核电站、供热和制冷等系统中均获得了成功的应用。设计选用的波纹补偿器为复式自由型,每个补偿器允许的横向变位(垂直管轴向)150mm,径向变位(顺管轴向)250mm。

三、波纹补偿器的布置

根据不同管段地基变形的特性，确定补偿器布置间距。变形量大的管段，间隔25m布置一共补偿器；变形量较小的管段间隔75m布置一个补偿器。各个波纹补偿器波数的多少，根据其所承受变形量的大小确定。通过在管道上设置波纹补偿器，并在工程运行过程中根据地基变形情况，适时进行人工调质，可以使管道较好的适应地基变形要求。