淺析熱力管網(wǎng)設(shè)計(jì)與施工的研究探析

王俊紅

【摘要】城市現(xiàn)代化建設(shè)過程中北方城市必須要考慮采暖設(shè)計(jì)，而集中供熱工程的熱力管網(wǎng)設(shè)計(jì)是其中較為重要的設(shè)置。在施工過程中科學(xué)地設(shè)計(jì)并且準(zhǔn)確的安置城市管網(wǎng)有著重要的意義：不僅能維護(hù)了供熱管道的穩(wěn)定、安全及長期使用性能，還能減少施工中的相關(guān)問題，加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。為了滿足現(xiàn)代化城市供熱需要、滿足城市空氣環(huán)節(jié)保護(hù)需求，在現(xiàn)代化城市建設(shè)中應(yīng)根據(jù)熱負(fù)荷分布情況、小區(qū)情況以及地質(zhì)條件等因素進(jìn)行熱力管網(wǎng)的設(shè)計(jì)及布局，利用供熱干線、直線的合理分布保障供熱負(fù)荷，保護(hù)供熱效果。本文從城市熱力管網(wǎng)布置及敷設(shè)類型，分析了熱力管網(wǎng)的布局與設(shè)計(jì)，提出了熱力管網(wǎng)施工的質(zhì)量控制和實(shí)施措施。

【關(guān)鍵詞】熱力管網(wǎng) 設(shè)計(jì) 施工 質(zhì)量

熱能在社會發(fā)展中一項(xiàng)比較重要的能源，能夠滿足人們的正常生活需要。社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展提高了人們的生活水平，這也給城市熱能的消耗帶來了增加。隨著社會的發(fā)展，人們生活及生產(chǎn)水平的提高，對活動空間的舒適性要求越來越高，熱水管網(wǎng)的負(fù)荷正逐漸變大，這就對熱水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)和施工提出了更為嚴(yán)格的要求，使得熱水管網(wǎng)的正常運(yùn)行的有效調(diào)節(jié)面臨著新的研究問題，這就要求相關(guān)人員對技術(shù)提出了更為先進(jìn)的研究，使得供熱技術(shù)的得到進(jìn)一步改進(jìn)。

一、城市熱力管網(wǎng)布置及敷設(shè)類型

在現(xiàn)代城市建設(shè)中，熱力管網(wǎng)的布置應(yīng)根據(jù)城市供熱負(fù)荷的需求、發(fā)展規(guī)劃以及具體地形等因素進(jìn)行確定。在我國多年的熱網(wǎng)管線布局及敷設(shè)中，枝狀管網(wǎng)設(shè)計(jì)是應(yīng)用最為廣泛的一種結(jié)構(gòu)。通過枝狀管網(wǎng)結(jié)構(gòu)為現(xiàn)代城市供熱提供可靠、靈活的熱源輸熱干線。通過枝狀管網(wǎng)結(jié)構(gòu)減少供熱的耗損，以此提高供熱效率。在城市熱力管網(wǎng)敷設(shè)中，地上敷設(shè)和地下敷設(shè)是主要的敷設(shè)方式。地上敷設(shè)主要應(yīng)用于工業(yè)園區(qū)，而地下敷設(shè)主要應(yīng)用于城市小區(qū)供熱。地下敷設(shè)能夠有效減少敷設(shè)施工對城市交通的影響，減少架空敷設(shè)對城市市容的影響。在現(xiàn)代城市規(guī)劃建設(shè)中地下敷設(shè)是城市熱力管網(wǎng)建設(shè)的主要方式。

二、熱力管網(wǎng)的布局與設(shè)計(jì)

1、 熱力管網(wǎng)布局的基本原則

在現(xiàn)代城市建設(shè)與發(fā)展中，城市集中熱力管網(wǎng)的布局應(yīng)以城市總體規(guī)劃為指導(dǎo)，根據(jù)城市主體規(guī)劃的要求進(jìn)行熱力管網(wǎng)的布局與設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)城市地形地勢確定熱力管網(wǎng)的走向。根據(jù)城市規(guī)劃中熱力需求以及供熱需求等因素建立科學(xué)的供熱體系。以城市供熱需求為基礎(chǔ)，確保公路管線走向的合理性。減少城市供熱管網(wǎng)分散、缺乏設(shè)計(jì)造成的熱力損失。另外，在城市管網(wǎng)布局中還應(yīng)根據(jù)城市供熱需求、室內(nèi)溫度需求等確定相關(guān)參數(shù)?？紤]城市地形因素在管網(wǎng)設(shè)計(jì)中還要確定管線高低差，因此減少管線壓力、流動等造成的能源消耗。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)代城市熱力管網(wǎng)布局中還應(yīng)考慮住宅小區(qū)以及商業(yè)建筑對熱力供應(yīng)需求的差異，針對供熱需求確定管線直徑以及管線走向。針對熱力供應(yīng)管線首末端溫度差，熱力管線設(shè)計(jì)中還應(yīng)對管線壓力、管線枝網(wǎng)以及管線直徑等進(jìn)行設(shè)計(jì)。以保障供熱溫度為中心進(jìn)行熱力管網(wǎng)的設(shè)計(jì)與布局，以此實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代城市集中供熱、緩解城市空氣污染的目的。

2、現(xiàn)代城市熱力管網(wǎng)布局設(shè)計(jì)

根據(jù)城市熱力管網(wǎng)布局基本原則以及城市熱力管網(wǎng)設(shè)計(jì)需求，現(xiàn)代城市熱力管網(wǎng)的布局設(shè)計(jì)中應(yīng)從以下幾個步驟保障設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

首先，在城市熱力管網(wǎng)布局設(shè)計(jì)前應(yīng)對城市綜合規(guī)劃進(jìn)行了解，以城市規(guī)劃為基礎(chǔ)確定城市熱力管網(wǎng)供熱實(shí)際需求。

其次，根據(jù)電廠所處位置確定城市集中供熱管線的走向及高低差，以此保障供熱效果。在確定基礎(chǔ)走向后，設(shè)計(jì)小區(qū)供熱管線的進(jìn)出點(diǎn)。

第三，針對小區(qū)地勢走向確定的進(jìn)出點(diǎn)較少供熱壓力，保障供熱效果。利用地勢差減少逆流對供熱效果的影響，提高區(qū)域供熱效果，通過科學(xué)的布局使城市集中供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，保障城市供熱溫度。

3、 熱力管網(wǎng)敷設(shè)及施工管理要點(diǎn)

在城市集中供熱管網(wǎng)敷設(shè)中，地下敷設(shè)是城市熱力管網(wǎng)敷設(shè)的主要形式。地下敷設(shè)方式減少了架空敷設(shè)對城市市容的影響。目前，地下敷設(shè)又分為直埋敷設(shè)和地溝敷設(shè)兩種。地溝敷設(shè)是將管線敷設(shè)在地溝內(nèi)，這樣的方式減少了管道的荷載，有效保障了管道的安全。直埋敷設(shè)是將管道直接埋設(shè)在土壤中。這樣的敷設(shè)方式使的管道需要承受來自地面的荷載。兩種方式，直埋敷設(shè)方式一起施工簡便、造價低的特點(diǎn)在我國城市熱網(wǎng)建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用。而且，多數(shù)城市供熱管網(wǎng)的建設(shè)匯總也普遍采用這種方式。受直埋管網(wǎng)特點(diǎn)影響，直埋管網(wǎng)的建設(shè)中需要對管網(wǎng)基礎(chǔ)以及回填沉降進(jìn)行有效控制。在直埋管網(wǎng)施工中，強(qiáng)化基礎(chǔ)的夯實(shí)以及回填材料的選擇。以較少管網(wǎng)施工后沉降及荷載對管線的影響，進(jìn)而保障管線的使用安全。

三、熱力管網(wǎng)中固定支架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

固定支架的設(shè)計(jì)是城市集中供熱工程設(shè)計(jì)較為普遍的問題。而固定直接要避免出現(xiàn)管道與支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生相對位移現(xiàn)象，這會影響支架的使用性能。在實(shí)施城市建設(shè)工程中要根據(jù)實(shí)際情況來采用合理的固定支架，這將影響著供熱管道的固定、安全及正常使用性能。

1、熱力管線分段施工在支架推力固定中的作用

熱力管線與別的市政管線在施工方面基本是一致的，經(jīng)常會面臨著不同因素造成的影響，例如：資金周轉(zhuǎn)不利、拆遷受阻、規(guī)劃困難等。在實(shí)際施工過程中應(yīng)該采取求分期、分段方式有計(jì)劃地進(jìn)行，但考慮到熱力管道壓力過大、溫度增高、管道管徑變大等因素影響，使得供熱管道的固定支架在推力方面出現(xiàn)較大的變化。

2、承受分段試壓和總試壓的固定支架

當(dāng)熱力管線到達(dá)一定施工階段后需要采取分段試壓，一般情況下無需設(shè)備，且固定支架無需焊卡板，這是為了使得焊口的焊接質(zhì)量能夠一次試驗(yàn)完畢。但需要注意的是此種分段試壓跟分期、分階段施工供熱的管線的試壓屬于兩種形式，后者可歸納為總試壓。因?yàn)榉蛛A段試壓的固定支架無需焊卡板，在打壓試驗(yàn)時不用檢驗(yàn)固定支架的荷載。

對于總試壓過程不僅要再次檢驗(yàn)管線的焊接質(zhì)量，還需要檢驗(yàn)管線上的設(shè)備，如：補(bǔ)償器、閥門等。這就給相應(yīng)的計(jì)算提出了要求，在對固定支架設(shè)計(jì)、計(jì)算時，其Po以總試壓的壓力值為標(biāo)準(zhǔn)，不能根據(jù)設(shè)計(jì)壓力值進(jìn)行，以此確保固定支架在承受總試壓時具有良好的安全性。

3、不同管網(wǎng)布置形勢下固定支架的承受力

3.1.管道吸收熱伸長運(yùn)用軸向補(bǔ)償器，對于彎頭、閥門、堵板周圍的固定支架受力為不平衡內(nèi)壓力，且此種內(nèi)壓力會根據(jù)管徑的增大而變大，最終的壓力大小要大于管線上形成的彈性力、摩擦力。當(dāng)存在這種力需要采取有效的措施進(jìn)行處理。而固定支架出現(xiàn)變化時接近堵板，增加了推力。

3.2.管線吸收熱伸長運(yùn)用自然補(bǔ)償，使得固定支架兩側(cè)的不平衡因?yàn)閮?nèi)壓力而消失。其承受力一般來源于管線或者設(shè)備產(chǎn)生的彈性力和管線熱伸長過程中與支架形成的摩擦力。對以上受力情況進(jìn)行研究能夠使得整個施工過程能夠有重點(diǎn)的進(jìn)行。

四、熱力管網(wǎng)中旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)

補(bǔ)償器在熱力管網(wǎng)中極為重要的管道組成部分，其給熱力管網(wǎng)帶來的作用逐漸加大。旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的優(yōu)點(diǎn)在于補(bǔ)償器量大、布置方便、組合形式多樣等。不僅能夠設(shè)置在直管段的所有位置進(jìn)行熱補(bǔ)償，還能采用管線自然轉(zhuǎn)角布置來達(dá)到管系熱補(bǔ)償?shù)囊蟆ＰD(zhuǎn)補(bǔ)償器與其他補(bǔ)償器相比，在減少關(guān)系補(bǔ)償點(diǎn)、固定支架的設(shè)置數(shù)量時能起到很好的作用，在減小工程量、降低資金消耗等方面有著一定的作用。

1、設(shè)計(jì)選擇旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器的重點(diǎn)

在旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器設(shè)計(jì)及選擇過程中應(yīng)該參照實(shí)際情況進(jìn)行，以管線的走向、敷設(shè)方式等作為前提來準(zhǔn)確的劃定補(bǔ)償器的位置、形式等，最終劃定H值、L值及旋轉(zhuǎn)角度θ，這樣才能達(dá)到管系設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

旋轉(zhuǎn)角度大小對于補(bǔ)償器內(nèi)部密封材料能造成較大的影響，對其使用壽命起到了作用，給固定支架的受力造成變化。通常θ值低于60°，θ值在管徑變大時會減小，從而降低管道位移給固定支架造成的摩擦力大小，確保并保證運(yùn)行時補(bǔ)償器的正確使用。

力臂的旋轉(zhuǎn)是管道的熱伸長的主要依據(jù)，II型組合的管道力臂發(fā)生旋轉(zhuǎn)后會引起補(bǔ)償管道的橫向移動。在設(shè)計(jì)過程中需要盡可能地控制橫向移動對管系安全運(yùn)行造成的影響。不僅要滿足管道的剛度、強(qiáng)度，且在θ值低于60°，需把力臂的長度控制在2～6m。Ω型組合在算L值時需要參照管道間距B值與旋轉(zhuǎn)角度θ。

2、導(dǎo)向支架的安排

設(shè)計(jì)熱力管網(wǎng)時需結(jié)合導(dǎo)向支架對管線的移動情況，這樣能夠避免管道熱伸長時造成縱向彎曲，這樣能夠避免管道熱伸長時造成縱向彎曲、徑向位移給管道帶來的不利影響。旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器在補(bǔ)償量和兩固定支架的間距較長，管道在補(bǔ)償器運(yùn)行時形成橫向位移，經(jīng)常發(fā)生失穩(wěn)情況，在補(bǔ)償器不知過程中要設(shè)置導(dǎo)向支架。

應(yīng)根據(jù)補(bǔ)償器的布置形式選擇合適的導(dǎo)向支架、間距。II型組合在設(shè)置導(dǎo)向支架時，需避免長距離管道移動引起的失穩(wěn)，還要保證補(bǔ)償端管道橫向位移的正常，第一導(dǎo)向支架需設(shè)置于距補(bǔ)償器20～40m處，這是根據(jù)應(yīng)根據(jù)補(bǔ)償量和管徑大小而定的。Ω型組合的第一導(dǎo)向支架需布置在距補(bǔ)償器5～25m處。導(dǎo)向支架間距在長距離補(bǔ)償需控制在50～70m。

五、熱力管網(wǎng)施工的質(zhì)量控制和實(shí)施措施

管網(wǎng)施工對于工程是極為關(guān)鍵的組成，不僅需要較高的安裝質(zhì)量，還需要保證一定的安裝速度。安裝方法與質(zhì)量要求需根據(jù)國家管道施工和驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行，以下結(jié)合直埋管分析。

1、積極構(gòu)建科學(xué)的施工質(zhì)量體系

在施工過程需建立一套完整的質(zhì)量保證體系，主要是根據(jù)工程的性質(zhì)、工期、材料、運(yùn)輸?shù)炔煌闆r，并且具備良好的人員素質(zhì)和機(jī)械裝備作為前提條件。需要以全局角度考慮后設(shè)計(jì)詳細(xì)的施工方法，規(guī)劃施工進(jìn)程，做好現(xiàn)場安排工作，以此實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、技術(shù)等各方面的有效結(jié)合，在保證工程質(zhì)量的同時提高經(jīng)濟(jì)效益。

2、控制保溫管的質(zhì)量關(guān)

硬質(zhì)聚氨酯保溫直埋技術(shù)是熱網(wǎng)經(jīng)常使用到的，在運(yùn)用時必須確保聚氨酯的發(fā)泡的溫度、時間、配料達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)的要求，對于保溫材料的性能指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3、有效清除管內(nèi)雜物

施工過程常存在諸多問題，經(jīng)常因?yàn)槭┕と藛T工作失職而出現(xiàn)管子隨意放置，施工過程無法達(dá)到管理的需要，造成管內(nèi)存有焊渣、泥沙、石塊等不同雜物，導(dǎo)致管網(wǎng)出現(xiàn)堵塞，使得熱網(wǎng)的使用出現(xiàn)很大的阻礙，一般能造成系統(tǒng)熱失衡，引起局部不熱，阻礙了系統(tǒng)調(diào)整，無法確保供熱質(zhì)量。嚴(yán)重會造成除污器堵塞或系統(tǒng)損壞。

4、對外網(wǎng)進(jìn)行有效清洗

為了保持管路系統(tǒng)的清潔，在安裝過程中要將管內(nèi)雜物清除，當(dāng)管道安裝結(jié)束后進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，同時清洗管道系統(tǒng)的內(nèi)部。這樣就能將殘留在管內(nèi)的鐵銹清除，并有效的焊渣，防止因雜物而引起管堵，破壞了閥門、儀表。

5、建立直埋管回填方案

在結(jié)束了管網(wǎng)安裝后，采取試壓、沖洗，并根據(jù)實(shí)際需要做好回填工作。主要是在管底部墊100～200mm的砂墊層，在填砂至管頂上方～200mm，最后回填原土并逐層夯實(shí)。

結(jié)束語：

總之，在熱力管理設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)施工的具體要求進(jìn)行，對于普遍存在的熱力管網(wǎng)固定支架以及旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器等問題需要從設(shè)計(jì)、施工兩大方面進(jìn)行分析，固定支架主要用于將管道劃分成若干補(bǔ)償段，分別進(jìn)行補(bǔ)償，從而使管道部部失穩(wěn)、部破壞，以保證補(bǔ)償器的正常工作和管道的安全運(yùn)行。而供熱管道隨著所輸送熱媒溫度的升高，為了使管道不會由于溫度變化所引起的應(yīng)力而破壞，必須在管道上設(shè)置各種補(bǔ)償器，以補(bǔ)償管道的熱伸長減弱或消除因熱膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力。因此，在供熱管網(wǎng)設(shè)置固定支架，并在固定支架之間設(shè)置各種形式的補(bǔ)償器，其目的在于補(bǔ)償該管段的熱伸長而減弱或消除因熱膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力。通過對以上問題的分析，這樣才能保證熱力網(wǎng)管發(fā)揮有效的使用性能。

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