煤礦塌陷區輸水管道上波紋補償器的應用

某輸水管道根據線路規劃,輸水管線與鐵路交接點前后約5km管段需穿越任樓煤礦區,該礦區大部分已經開采,塌陷區已形成并已基本穩定,部分新采區仍將延續塌陷,對管線的影響范圍約3.7km,預計8～10年后可基本穩定。由于無法避開塌陷區,因此,要求輸水管道穿越塌陷區須能適應塌陷區的變形。經研究決定在明鋪鋼管上間隔距離布置一個波紋補償器,以適應塌陷區的變形。

一、塌陷區地基變形塌陷區地基變形特點是豎向沉降大,一般均達幾米,同時伴有較大的順管軸線的縱向水平位移和垂直管軸線的橫向水平位移。由于管節間豎向沉降和水平位移不均勻,導致前后管節間出現的豎向和水平轉角。

由于塌陷區地基存在沉降變位和水平向順管線及垂直管線的變位,因此管道的變形也將是三維空間的。目前國內能適應這種變形的管材只有柔性接口的管道,但由于地基順管軸線伸縮位移大,一般管道柔性接口的允許拔出量不能滿足要求。經多個方案比較,決定采用明鋪鋼管方案,并沿管道走向間隔距離布置一個波紋補償器,以適應塌陷區地基變形的要求。

二、波紋補償器的作用

波紋補償器又稱膨脹節,與一般的管道元件不同,波紋管是用相當薄的材料制作而成的,以使它具有足夠的柔性,可以吸收在使用中預期出現的機械位移和熱位移,也能起到吸振降噪的作用。在管系中采用波紋補償器可以在吸收系統壓力的同時,吸收因地基變形引起的伸縮、沉降、扭轉等變位和因溫差引起的熱膨脹,這種產品在冶金、煉油、化工、火電或核電站、供熱和制冷等系統中均獲得了成功的應用。設計選用的波紋補償器為復式自由型,每個補償器允許的橫向變位(垂直管軸向)150mm,徑向變位(順管軸向)250mm。

三、波紋補償器的布置

根據不同管段地基變形的特性，確定補償器布置間距。變形量大的管段，間隔25m布置一共補償器；變形量較小的管段間隔75m布置一個補償器。各個波紋補償器波數的多少，根據其所承受變形量的大小確定。通過在管道上設置波紋補償器，并在工程運行過程中根據地基變形情況，適時進行人工調質，可以使管道較好的適應地基變形要求。