城市集中供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)之淺見(jiàn)70284

1、城市集中供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)之淺見(jiàn) 內(nèi)容摘要 通過(guò)分析城市集中供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)中問(wèn)題，對(duì)管網(wǎng)布置、直埋敷設(shè)等提出自己粗淺的看法 主 題 詞 城市集中供熱管網(wǎng)、布置類型、直埋敷設(shè)、補(bǔ)償器應(yīng)用、水力平衡隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活質(zhì)量的提高， 城市集中供熱因其易控制、 能源利用率高，供熱范圍廣和環(huán)境影響較低等優(yōu)勢(shì)得到迅速發(fā)展。 但隨著城市集中供熱的推廣和室內(nèi)采暖系統(tǒng)采用熱計(jì)量， 也產(chǎn)生了一系列的問(wèn)題。對(duì)城市集中供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。 本文就供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析。一、城市集中供熱管網(wǎng)布置類型城市集中供熱管網(wǎng)布置與熱媒種類、 熱源與熱用戶相互位置有一定的關(guān)系，其布置應(yīng)考慮系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2、城市供熱系統(tǒng)的特點(diǎn)是熱用戶分布區(qū)域廣、分支多。在管網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)，通常允許有若干小時(shí)的停供修復(fù)時(shí)間。 有些熱網(wǎng)為提高供熱可靠性和應(yīng)付供熱發(fā)展的不確定性，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)就將熱網(wǎng)象市政給水管網(wǎng)一樣成網(wǎng)格狀布置，但這樣存在一定的問(wèn)題， 熱網(wǎng)水力工況和控制的十分復(fù)雜， 同時(shí)網(wǎng)格狀管網(wǎng)投資非常高。 在城市多熱源聯(lián)合供熱時(shí)， 有些規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)將熱網(wǎng)主干線設(shè)計(jì)成環(huán)管網(wǎng)環(huán)狀布置， 用戶管網(wǎng)是從大環(huán)網(wǎng)上接出的枝狀管網(wǎng)，這種布置方式具有供熱的后備性能，運(yùn)行安全可靠，但熱網(wǎng)水力工況和控制的也比較復(fù)雜，投資很高。在充分考慮系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，筆者認(rèn)為城市熱力管網(wǎng)應(yīng)是多條枝狀管網(wǎng)放射型布置。在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)城市規(guī)

3、模、熱用戶分布及熱源位置布置幾條輸配主干線， 在實(shí)施過(guò)程中根據(jù)供熱能力和熱用戶情況， 逐步完善不同的主干線。 當(dāng)城市供熱主干線骨架形成后，適當(dāng)敷設(shè)連通管，在正常工作時(shí)連通管上的閥門關(guān)閉，當(dāng)主干線某段出事故時(shí)， 可利用連通管進(jìn)行供熱。 這種熱網(wǎng)布置形式保證了枝狀管網(wǎng)適應(yīng)不確定熱用戶的發(fā)展， 如果一條干管供熱能力不夠， 敷設(shè)相鄰干管時(shí)加大其供熱能力就可以解決， 以達(dá)到供熱管網(wǎng)輸配能力最優(yōu)化，不必象環(huán)狀管網(wǎng)那樣先埋入較大管道去等負(fù)荷確定的熱用戶。二、熱力管道直埋敷設(shè)供熱管網(wǎng)直埋敷設(shè)由于占地面積小、工程造價(jià)低、施工周期短、保溫性能好等特點(diǎn)， 在實(shí)際工程中得到了廣泛應(yīng)用。 正確認(rèn)識(shí)熱力管道直埋原理，合理

4、選擇敷設(shè)方式是很關(guān)鍵的。 熱水管道直埋與架空或管溝敷設(shè)主要不同之處在于直埋敷設(shè)的供熱管道保溫結(jié)構(gòu)與周圍土壤直接接觸，管道熱脹冷縮的過(guò)程受到土壤摩擦力約束， 此時(shí)管道處于錨固狀態(tài)，在熱脹冷縮過(guò)程中產(chǎn)生的位移勢(shì)能，被儲(chǔ)存在管道壁上，使管道受力復(fù)雜化。管道直埋敷設(shè)方式可分為：無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)、一次性補(bǔ)償直埋敷設(shè)和有補(bǔ)償直埋敷設(shè)三大類。熱力管道的敞開(kāi)預(yù)熱無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)是一種“冷緊”式直埋。工藝過(guò)程是在管道焊接完畢后 ，對(duì)一定長(zhǎng)度管道進(jìn)行預(yù)熱，管道受熱產(chǎn)生變形，釋放一部分熱應(yīng)力， 同時(shí)對(duì)管溝進(jìn)行回填夯實(shí)，利用土壤摩擦力將管道嵌固。 這種敷設(shè)方式不需要設(shè)補(bǔ)償器和固定支墩， 其工程造價(jià)最低。但這種方法不僅施工

5、復(fù)雜， 而且管線預(yù)熱只能改變管線的熱態(tài)應(yīng)力水平，而不能改變它的全補(bǔ)償值，從管材疲勞的角度來(lái)看，在實(shí)際采用時(shí)應(yīng)仔細(xì)斟酌。一次性補(bǔ)償直埋也是一種“冷緊”型直埋。工藝過(guò)程是：在管道焊接完畢溝槽回填后，對(duì)管道進(jìn)行預(yù)熱，管道熱伸長(zhǎng)被“一次性補(bǔ)償器”吸收，此時(shí)立即將“一次性補(bǔ)償器外殼和管道 焊死，使其不能再次伸縮，這樣預(yù)熱結(jié)束后， 管道由于溫降產(chǎn)生的熱應(yīng)力在管道中表現(xiàn)為拉應(yīng)力，用以克服管道再次受熱時(shí)的熱應(yīng)力。有補(bǔ)償直埋是目前應(yīng)用最多的敷設(shè)方式， 因其施工方便， 所以得到廣泛采用。實(shí)際工程中應(yīng)盡量合理布置補(bǔ)償器， 使管道的補(bǔ)償器分段長(zhǎng)度接近最大安裝長(zhǎng)度， (管段由于移動(dòng)所產(chǎn)生的土壤摩擦力在管道截面上產(chǎn)生的應(yīng)

6、力和材料許用應(yīng)力相等， 這個(gè)管段長(zhǎng)度即最大安裝長(zhǎng)度 ) 同時(shí)應(yīng)保證補(bǔ)償器在固定支墩兩側(cè) 對(duì)稱布置，以減小固定支墩受力，降低支墩土建費(fèi)用。另外對(duì)直線段“駐點(diǎn)”位置的固定支墩應(yīng)考慮取消，以降低造價(jià)。 對(duì)于小區(qū)二次熱網(wǎng)，如果僅是為集中空調(diào)或地板輻射采暖服務(wù)，熱媒溫度 65以下，實(shí)際工作溫度較低，熱應(yīng)力較小，因此熱網(wǎng)設(shè)計(jì)中可根據(jù)管網(wǎng)柔性考慮非預(yù)熱的無(wú)補(bǔ)償直埋敷設(shè)。直埋敷設(shè)管線最大安裝長(zhǎng)度 Lmax 計(jì)算如下：Lmax（ 2.4?20-pdi/4s）A/( DoFf)m 式中： A管道橫截面積 mm2 Ff管道外表面摩擦力 N/ m2?應(yīng)力范圍的減小系數(shù)di管道內(nèi)徑 mmp設(shè)計(jì)壓力MPa 20鋼材許用應(yīng)

7、力MPaDo保溫管直徑ms管道壁厚 mm供熱管網(wǎng)直埋敷設(shè)應(yīng)注意下列有關(guān)事項(xiàng)：直埋管道盡可能直線敷設(shè)，管道自然彎曲應(yīng)限制在 5o以內(nèi)；從主干線引出的分支干線處，應(yīng)設(shè)“L ”、”Z”型彎管；水平彎管處應(yīng)力集中，受力較大，應(yīng)增加彎頭壁厚、加大彎頭的曲率半徑； 在土壤下沉性屬于二級(jí)或高于二級(jí)地區(qū)，直埋敷設(shè)要采取一定的措施。三、波紋管補(bǔ)償在熱力管網(wǎng)中的應(yīng)用在熱力管網(wǎng)敷設(shè)中， 補(bǔ)償器是保證管道安全運(yùn)行的重要部件。 波紋管補(bǔ)償以其體積小、重量輕、節(jié)省鋼材、占地面積小、流動(dòng)阻力小、不易滲漏，已開(kāi)始占有舉足輕重的地位，而且很有發(fā)展前景。目前波紋管制造突破了傳統(tǒng)的材料和工藝，采用高彈性金屬管經(jīng)滾壓一次成型，并采用

8、多層金屬結(jié)構(gòu)， 從而提高了其補(bǔ)償能力和承壓能力，應(yīng)用新技術(shù)制造的波紋管補(bǔ)償為其在熱力管網(wǎng)中的應(yīng)用提供了可靠的保證。盡管波紋補(bǔ)償器有很多優(yōu)點(diǎn)， 但它也有自身的缺點(diǎn)。 例如軸向型波紋補(bǔ)償器對(duì)主固定支架產(chǎn)生壓力推力， 管壁較薄不能承受扭力， 設(shè)備投資高等。許多設(shè)計(jì)人員對(duì)波紋補(bǔ)償器的認(rèn)識(shí)還不夠全面， 因此在設(shè)計(jì)中存在計(jì)算和補(bǔ)償管系選定不合理問(wèn)題。波紋管補(bǔ)償器根據(jù)位移形式可基本分為軸向、橫向、角向三類，每一類都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)， 所以必須根據(jù)不同的使用條件， 恰當(dāng)?shù)剡x用才能使波紋補(bǔ)償器正常工作， 做到波紋補(bǔ)償器設(shè)計(jì)選型經(jīng)濟(jì)、 合理。軸向補(bǔ)償 直管段上的膨脹節(jié)對(duì)沿膨脹節(jié)及管段的軸向方向拉伸與壓縮進(jìn)行補(bǔ)償

9、。膨脹節(jié)給出的額定補(bǔ)償量包括拉伸、壓縮位移的總和。軸向型補(bǔ)償器。 這是應(yīng)用最多的也是最基本的型式。 在工作時(shí)主要是利用其波紋部分的軸向變形來(lái)吸收管道的軸向位移。橫向補(bǔ)償 是在“ L ”、“Z”、“”型管道中的補(bǔ)償形式。通過(guò)成對(duì)的波紋管彎曲變形實(shí)現(xiàn)直線補(bǔ)償。角向補(bǔ)償 管路補(bǔ)償需要膨脹節(jié)作彎曲變形，它們往往是兩個(gè)或三個(gè)角向式膨脹節(jié)組合使用，實(shí)現(xiàn)直線補(bǔ)償。鉸鏈型補(bǔ)償器 在結(jié)構(gòu)上由波紋管、活動(dòng)鉸鏈、銷軸組成。該補(bǔ)償器可在同一平面內(nèi)作角向偏轉(zhuǎn)，因此可吸收管道在同一平面內(nèi)的角位移。萬(wàn)向鉸鏈型補(bǔ)償器 在結(jié)構(gòu)上由波紋管、鉸鏈和萬(wàn)向鉸鏈組成。它可以在任意平面內(nèi)作角向偏轉(zhuǎn)， 從而可吸收管道的任意平面內(nèi)的角位移（空

10、間角位移）。波紋管的產(chǎn)品性能有兩大類：其中一種是為滿足使用必須保證的性能，如耐壓、耐溫、耐疲勞和彈性補(bǔ)償?shù)龋涣硪活?，如剛度、有效面積、材質(zhì)等，它們不是使用所需要的，但它們對(duì)管系的設(shè)計(jì)及補(bǔ)償器的使用有重要影響，所以對(duì)它們都要有充分的認(rèn)識(shí)。波紋補(bǔ)償器的補(bǔ)償能力源于波紋管的彈性變形，有拉伸、壓縮、彎曲及它們的組合變形。 補(bǔ)償能力的大小， 由設(shè)計(jì)者根據(jù)需要確定規(guī)定的額定補(bǔ)償量，即表示在一定條件下具有的最大補(bǔ)償能力。熱力管網(wǎng)兩固定點(diǎn)之間的最大長(zhǎng)度是由管道失穩(wěn)條件決定的，它與管徑的大小及補(bǔ)償器的補(bǔ)償能力有關(guān)， 一條管線無(wú)論如何復(fù)雜都可以通過(guò)設(shè)置固定支座將其分割成若干形狀相對(duì)簡(jiǎn)單的獨(dú)立管段，如直管段，L 形

11、管段，形管段等。波紋管補(bǔ)償器的計(jì)算應(yīng)從以下幾方面著手。（1）熱力管道的熱伸長(zhǎng)量通常按下式計(jì)算：x=(t1-t2)L其中：x 管道的熱伸長(zhǎng)量， mm; 鋼管的線膨脹系數(shù)， mm/(m ),t1 管內(nèi)介質(zhì)溫度，管內(nèi)介質(zhì)指蒸汽、熱水、過(guò)熱水等;t2 管道安裝時(shí)的溫度 , 管道計(jì)算長(zhǎng)度， m。計(jì)算管道熱伸長(zhǎng)量， 是為了確定補(bǔ)償器的所需補(bǔ)償量， 或驗(yàn)算管道因熱伸長(zhǎng)而產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力，所以對(duì)于管道的熱伸長(zhǎng)量應(yīng)計(jì)算其最大值，即取冷態(tài)安裝條件的最低溫度和熱態(tài)運(yùn)行條件的最高溫度之間的最大溫差。由于管網(wǎng)安裝的氣候條件差異很大，因此 t2 不應(yīng)有統(tǒng)一的取值，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)的氣候條件和施工環(huán)境， 確定適當(dāng)?shù)墓艿腊惭b溫度。（

12、2）安裝軸向型補(bǔ)償器的管道軸向推力F，按下式計(jì)算：Fx=Fp+Fm+FsN式中：Fp內(nèi)壓力產(chǎn)生的推力，出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂， 今天下三分， 益州疲弊， 此誠(chéng)危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠(chéng)宜開(kāi)張圣聽(tīng)，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮忠純，是以先帝簡(jiǎn)拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無(wú)大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕

13、漏，有所廣益。將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰愚以為營(yíng)中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所?！澳?”，是以眾議舉寵為督：親賢臣， 遠(yuǎn)小人， 此先漢所以興隆也； 親小人， 遠(yuǎn)賢臣， 此后漢所以傾頹也。 先帝在時(shí)，每與臣論此事， 未嘗不嘆息痛恨于桓、 靈也。 侍中、尚書(shū)、 長(zhǎng)史、 參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計(jì)日而待也。臣本布衣，躬耕于南陽(yáng)，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于敗軍之際，奉命于危難之間，爾來(lái)二十有一年矣。先帝知臣謹(jǐn)慎，故臨崩寄臣以大事也。受命以來(lái)，夙夜憂嘆，恐