为了防止管道热膨胀产生的破坏作用，在管道设计中，应当对高温管道进行热补偿设计。管道的热补偿方法有两种：一种是利用管道自身的柔性吸收其位移变形的自然补偿法；另一种是利用在管道中设置适当形式的补偿器对管道进行补偿的方法。
管道在现场的走向是根据工艺设备的布置情况决定的。利用改变管道走向、调整支撑点的位置或改变支吊架的形式，增加管道自身的柔性，以补偿其热膨胀和端点附加位移的办法称为管道自然补偿。例如在管道中布置适当的L形、Z形或I形管段，即可有效地增加管道的柔性。这种补偿办法结构简单、运行可靠、投资少，所以被广泛采用。
1. 金属波纹管膨胀节
随着大直径高温管道的增多和金属波纹管膨胀节制造技术的提高，近年来金属波纹管膨胀节在压力管道中得到了广泛应用。此种补偿器制造技术较为复杂，价格高。一般采用0.5~3mm薄不锈钢板制造，耐压低，补偿能力大，适用于低压大直径高温管道。但应当指出，在强度上它是管道中的薄弱环节，与自然补偿比较可靠性差，应正确选用与安装。目前此种补偿器尚无国家标准，各企业标准的波纹管参数尚不统一，但其制造技术条件已有国家标准GB/T 12777《金属波纹管膨胀节制造技术条件》。
根据金属波纹管膨胀节的结构和功能，其基本形式可分十大类。如表3-16所示。
压力管道常用的金属波纹管膨胀节主要有单式轴向型、复式拉杆型、单式铰链型及弯管压力平衡型等几种。
①. 单式轴向型膨胀节
单式轴向型膨胀节结构简单、价格低，主要用于吸收轴向位移，在一定条件下可吸收少量角位移和轴向位移。用于吸收轴向位移的单式轴向型膨胀节的典型布置如图 3-15 所示。
单式轴向型膨胀节属于无约束型波纹膨胀节，不能承受波纹管压力推力。选用时应注意下列问题。
a. 两固定支座之间的管道上只能布置一个该型膨胀节。
b. 固定支座必须有足够的强度，以承受波纹管压力推力。
c. 对管道必须进行严格保护，尤其是靠近波纹管膨胀节的部位应设置导向架，第一个导向支架与膨胀节的距离应小于4DN,第二个导向支架与第一个导向支架的距离应不大于14DN,以防止管道有弯曲或径向偏移造成膨胀节破坏。
②. 复式拉杆型膨胀节
复式拉杆型膨胀节的安装示意图如图3-16所示。管道呈Z形，补偿器可吸收拉杆之间管道的轴向膨胀量，拉杆承受内压推力，两侧管道的膨胀使补偿器产生横向位移，两个膨胀节均产生角位移。
③. 单式铰链型膨胀节
一般将两个或三个单式铰链型膨胀节布置在一个平面内，如图3-17所示。工作时利用每个膨胀节产生的角位移来吸收管道的热膨胀。这种布置方法可吸收较大的膨胀量。
④. 弯管压力平衡型膨胀节
能平衡膨胀节的压力推力，可避免压力推力作用在与其连接的机器管嘴上，所以在与汽轮机、离心压缩机等敏感设备连接的管道上应用较多。安装示意图如图3-18所示。
2. 球形补偿器
①. 结构及工作原理
球形补偿器的结构如图3-19所示，其工作原理如图3-20(a)所示，球体可以绕本身轴线旋转［见图3-20(b)],还可以向任意方向做折曲运动［见图3-20(c)].利用球形补偿器的这些特点，可将其角度位移转变为管道的直线位移来吸收管道的热膨胀量，在转变过程中，为保证管道的直线性，球形补偿器本身的角度也需要给予补偿，因此，必须要两个或三个组成一组来使用，单个球形补偿器是不能吸收直线位移的［见图3-20(d)]。
球形补偿器的三个重要参数指标是：球心距R、折曲角0和位移量Δ.θ的大小由制造厂提供，与结构尺寸有关，国内产品一般为30°,国外产品有30°、15°等多种形式，其余两项R和Δ由设计确定。
②. 使用场合
a. 适用范围 公称压力PN≤1.6MPa;设计温度T≤350℃;公称尺寸DN50~600mm.
b. 适用于输送非易燃和无毒的热介质管道，如蒸汽、热水、凝结水、热油、热空气等管道。有腐蚀性热介质的管道不宜使用。
c. 球形补偿器的补偿量大，最适合在厂际之间或区域性的较长距离的热管道上使用。由于采用球形补偿器比U形膨胀弯管少用很多弯头，故也适用于对压力降有要求的热管道。另外，还可以使用在对接管载荷有限制的设备进出口管道上。
d. 球形补偿器可吸收布置在建筑物或储罐之间的管道因基础下沉而引起的相对位移。
e. 球形补偿器可以缓解或消除管道系统因地震而产生的超载应力。
③. 布置方式和补偿量计算
a. 直线管道固定支架间 距如表3-17所示。
b. 水平Z形布置 有单向式、双向式和三球式三种布置方式。
· 单向式
单向式包括单向A式和单向B式2种，如图3-21所示。
单向A式的主要特征是球形补偿器设在两个固定支架之间，离其中一个固定支架（A点）很近，离另一个固定支架（B点）较远，这种布置只吸收一个方向的位移。一般受到地形位置限制时用此布置方式。
单向B式的特征与单向A式相同，用在无位置限制的条件下，与单向A式不同之处是热胀终止位置不同，以及固定支架1与②承受推力大小不同，如固定支架②与支架1相比，需要考虑管道载荷的摩擦力，而固定支架1与支架②相比，需要考虑球形补偿器动作时的侧向力。
单向式的位移量Δ、折曲角0、球心距R间关系为： 单向A式 Δ=Rsin (0/2) （3-1) 、 单向B式Δ=2Rsin(0/2) （3-2)
· 双向式
球形补偿器设在两固定支架中间，而且离两支架距离都较远时，能吸收两个方向的位移（见图3-22),位移量Δ=Δ1+Δ2.布置时尽量使两边管段（A段、B段）相等，其Δ、R、0的关系式为： Δ1+Δ2=2Rsin(0/2)（3-3)
· 三球式
当整条管道不能吸收横向位移时，应采用此种形式，用第三个球吸收管道的横向位移（见图3-23).位移Δ、球心距R、折曲角0的关系式为Δ=2Rsin(0/2)（3-4)
图3-23中R1、β和横向位移Δ:的关系式为 Δ=Risinβ（3-5)式中，β不能大于球形补偿器全折曲角8的一半。
c. 水平L形布置
水平L形布置可吸收两段相互垂直管道的位移（见图3-24)。
确定两球中心间距R1、R2时，先用直线段L1、L2按式（3-6)计算位移量Δ1、Δ2,两者中的较大值Δ,并按式（3-1)计算出中心距，而后将求出的数值乘以1.5,作为＝R2的数值，然后用R1、R2按式（3-7)及实际的Δ1及Δ2重新求出01和02.检查01＋02=0:是否超过制造厂规定的折曲角（03<30°),如果超过则需加长球心距，然后重计算。
Δ=αtL(t1-to)（3-6)
中Δ 热膨胀量，mm;
L-管道直线长度，mm;
r1-管道工作温度，℃;
t0-管道安装温度，℃;
Q:-管材在工作温度下的线胀系数，1/℃.
必须注意，实际R1、R2值要比计算值大，以保证留有余量。
d. 垂直面布置
· 垂直Z形布置的原理及计算式与水平Z形布置相同（见图3-25).
· 两组球形补偿器组合垂直布置 利用球形补偿器的工作原理，在实际应用中，将诉组布置在一起，既方便支架的布置，又整齐美观。但要注意，两组中间一定要用固定支架（见图3-26).
e. 球形补偿器附近的弯头至第一个导向支架的距离
例如图3-21(a)及图3-25中弯头E点至导向支架G点的距离，应满足柔性的要求。球形补偿器前后两个弯头之间的管长的热膨胀量设为Δ,可作为EG段柔性计算依据，但由于球形补偿器在位移过程中，其轨迹是弧线，所以在球形补偿器附近将产生偏移量y,当球形补偿器从中心线向一个方向摆动时,对于垂直Z形布置的管道（见图3-25),如有特殊要求，必须在弯头E点附近设置支架时，应采用弹簧支架。
f. 在分支管上布置球形补偿器
当主管与分支管在同一平面时，可按图3-27所示方式布置。当主管有较大位移时，可按图3-27(a)布置。带球形补偿器的分支管的x长度应满足前面第e点所述位移ΔR的要求。当不能布置成吸收段“x”时，可采用三球布置方式，见图3-27(b),其计算方法与L形布置计算相同。
④. 反作用力计算
球形补偿器转动力矩M引起的反作用力F1可按下式计算
F1=2M/R1（3-12)
式中 F1-转动力矩而引起的反作用力，N;
M-球形补偿器转动力矩（由制造厂提供），N·m;
R1-球心距在作用面上的投影长度，m,R1=Rcos(0/2)(当0小于30°时，可取R1~R).
3. 套筒式补偿器（填料函式管道伸缩节）
①. 主要结构类型
a. 重载套筒式补偿器
其内部没有内压平衡结构，端部固定点需承受弯管或阀门、盲板的内压推力（见图3-28).
b. 减载套筒式补偿器
其内部有内压平衡结构，端部的弯管或阀门、盲板的内压推力与补偿器内部构件的轴向承压面所受的内压推力平衡，所以固定支架可以不考虑内压推力的作用，但目前尚无定型产品和标准，选用时要慎重。
②. 使用场合
a. 适用范围。公称压力：PN≤2.5MPa;工作温度≤200℃;公称尺寸：DN50~600mm;输送介质：蒸汽、水。
b. 这种补偿器有易泄漏和轴向推力较大的缺点，一般很少选用，尤其在装置内或寒冷地区更不能选用这种补偿器。在装置外、厂区内或厂际之间的热管道上，在布置U形膨胀弯管受空间位置限制时可以选用，但尽量少用。
③. 布置方式
套筒式补偿器只能用于直线热管道上吸收热伸长，不能用于弯管和空间管系。
套筒式补偿器两边直管端点（根据补偿器的补偿能力计算固定点的位置），必须设置固定架。导向支架布置要求和波纹管膨胀节的布置要求相同。
