解决供热管道热胀冷缩问题的方法有多种，如管道预热安装、弯头自然张力补偿、补偿器等，但所有方法的目的只有一个：使管道在材料允许的应力范围安全运行。在直埋管道中，弯头自然张力补偿应用非常有限，补偿器可最有效的降低管道运行时的应力，但同时补偿器也成为热力管道安全最薄弱的环节。普通的管道预热安装成本低，管道安全性高，但安装时受到的限制因素很多，如必须全线敞沟预热，管道加热困难，及作业时间紧促等。一次性补偿器是结合补偿器和管道预热安装的优点而产生的。
1、一次性补偿器结构
一次性补偿器的结构如图所示，其伸缩元件因只使用一次，且预热时介质压力较低，所以波纹管可以有很大的压缩量，这使得它同普通补偿器相比可大大降低造价。一次性补偿器外套管在管道运行中将会承受介质压力，因此其壁厚不应小于同等直径标准管道壁厚。因整个补偿器外壳所承受的应力较大，所以加强筋较多。在一次性补偿器吸收管道伸长量后将二次焊口密封焊接牢固，由于二次焊口受剪切应力，推荐采用两层三遍焊接，如图所示。
2、一次性补偿器的安装
如图所示，安装一次性补偿器的管段应与其他管段用固定墩隔开，以确保吸收定长管道预热伸长量。为确保其精确，可在预热前计算定长管道理论伸长量，然后在各一次性补偿器上作出标记，使各个一次性补偿器压缩量之和等于定长管道的计算伸长量，待预热伸长到位时，将补偿器二次焊口焊接固定。管道在运行中不再有伸缩运动，其温度变化引起的管道长度伸缩将转化为管道的内应力。
一般常用的一次性直埋波纹补偿器结构简图
3、一次性补偿器工作原理
管道安装一次性补偿器后，管道被固定，其长度不再变化，其温度变化将引起管道内应力的变化。安装时，管道的应力为零；温度升高后，管道受压应力；温度降低时，管道受拉应力。其应力值为：
式中：σ—管道运行时的应力 MPa
E — 材料弹性模量 MPa
L — 管道定长 m
ΔX — 定长管道伸缩量 m
ΔX = α·L·（t2 — t1）
式中：α — 管道材料线膨胀系数 1 / ℃
t1 — 管道应力为零时的温度 ℃
t2 — 管道运行时的温度 ℃
则管道应力
σ = E ·α·（t2 — t1）
由公式可以得出：管道运行时的应力与其温度变化量成正比，当管道运行温度t2大于管道零应力温度t1时，应力为正值，管道受压应力；当管道运行温度t2小于管道零应力温度t1时，应力为负值，管道受拉应力。
将公式变换为：
t2 — t1 = σ / E ·α
由于管道应力值应小于材料的许用应力，即 σ<［σ］
则有：
t2 — t1 ≤ [σ] / E ·α = Δt
公式右边均为管道材料的固有性能，因此可以得出：预热管道的温度升高或降低必须小于某一值，否则管道应力会大于材料的许用应力而使管道破坏。即管道运行的温度范围为：
t1 — Δt ≤ t ≤ t1 + Δt
当管道材质为20# 时 ，Δt = [σ] / E ·α≈ 60 ℃ 。一般管道运行起始温度设定为 0 ℃（直埋管道冬季停止供热时）。因此可以得出直埋预热管道在预热温度为60℃时运行温度范围最大，为 120℃ ，即管道运行中在低于60℃时为拉应力状态，0℃时拉应力最大，绝对值为[σ] ；管道等于60℃时为零应力状态；管道大于60℃时为压应力状态，120℃时压应力最大，绝对值为[σ] 。管道总应力范围为2[σ]。
由上可以看出，预热安装一次性补偿器的管道在运行中其应力并不会减小（这一点与普通补偿器不同，普通补偿器可以很大限度的减小管道应力），只是我们通过预热安装一次性补偿器，可以方便地将管道的零应力温度调到最佳值，使管道运行温度范围最大，且其应力始终在安全的材料许用应力范围内，最大限度的发挥材料的性能。
4、预热安装一次性补偿器的优越性
（1） 管道施工预热较方便，管线可部分回填；
（2） 一次性补偿器价格较低，可有效的降低工程造价；
（3） 一次性补偿器安装完毕后其强度与管道相同，可大大提高管道的安全性；
（4） 二次焊口焊接后完全密封，可有效解决波纹管受地下水腐蚀问题，这一点对地下水腐蚀性强的地区尤为重要。
