換熱站設(shè)備管線布局優(yōu)化及實施要點探析

張 志 芳

(山西三建集團有限公司，山西 長治 046000)

0 引言

換熱站作為熱源的傳遞中心，擔(dān)負著熱源的轉(zhuǎn)換任務(wù)，一次管網(wǎng)和二次管網(wǎng)的熱水在這里完成熱量交換。由于建設(shè)用地緊張，大部分換熱站或選用老舊鍋爐房，或因地制宜建于狹長地塊上，這樣就造成換熱站面積有限、不規(guī)整的特點?！督ㄖ┕な謨浴?第五版)第1918頁換熱站管道及附件安裝中描述：設(shè)備配管前，先進行站房管線布置的深化設(shè)計。實際施工中也往往要求施工者根據(jù)施工經(jīng)驗在現(xiàn)場對管道及設(shè)備按照工藝要求進行設(shè)計布局合理優(yōu)化。本人以本市康樂苑小區(qū)換熱站安裝工程為例對換熱站內(nèi)一二次網(wǎng)設(shè)備管線布置的深化設(shè)計及安裝實施過程中的要點進行以下探析。

1 工程概況

該工程位于本市康樂苑小區(qū)內(nèi)，設(shè)計供熱面積約10萬m2。站內(nèi)分兩個系統(tǒng)：一路為散熱器系統(tǒng)，一路為地暖系統(tǒng)。計劃開工日期2017年12月13日，計劃竣工日期2018年1月25日，工期43 d。站內(nèi)主要設(shè)備有：板式換熱器100M2 2臺；板式換熱器60M2 2臺；循環(huán)泵75 kW 2臺；循環(huán)泵55 kW 2臺；旋流式除污器DN350 1臺；旋流式除污器DN350 1臺；旋流式除污器DN300 1臺；直通式除污器DN250 1臺；大口徑閥門135個。此換熱站的特點是面積有限、設(shè)備多、工藝管道平行排布困難、工期緊。

2 施工現(xiàn)場設(shè)計布局優(yōu)化

2.1 勘察現(xiàn)場

進入施工現(xiàn)場后，首先明確一次網(wǎng)供回水管道進出戶位置，依據(jù)一次網(wǎng)供回水管道的位置大致可以確定板式換熱器的位置。其次明確二次網(wǎng)供回水管道進出戶位置，根據(jù)二次管網(wǎng)回水管道的位置劃分散熱器系統(tǒng)和地暖系統(tǒng)的區(qū)域及集水器的位置，再依據(jù)二次管網(wǎng)供水管道的位置確定分水器位置。

2.2 設(shè)備排布

設(shè)備的排布原則：在滿足設(shè)備工藝流程及進出口管道合理的平面尺寸條件下，盡量靠近一二次網(wǎng)管道進出口位置靠墻側(cè)或角落設(shè)置，減少一二次網(wǎng)管道的彎繞及交叉，避免不必要的返彎，以期獲得較大的檢修和維護空間。

板式換熱器的位置排布于一次網(wǎng)供回水管道同側(cè)，橫向位置尚需考慮板換之間至少1 m的檢修距離，縱向位置需考慮大小頭、軟接頭、蝶閥、彎頭等所占長度。除污器和循環(huán)泵要布置在集水器和板換之間并盡量靠一側(cè)布置，分水器布置在二次管網(wǎng)供水管道出戶處，集水器布置在二次管網(wǎng)回水管道入戶處。

2.3 管道排布

1)優(yōu)化前的管線：板式換熱器的進出口位于同側(cè)，一二次網(wǎng)管道集中布設(shè)在板式換熱器的進出口處一側(cè)。此處管道如果平行排布的話，一是占位較大；二是支架用量多，在經(jīng)濟上不合理；三是支管需要返彎或登叉避免打架。優(yōu)化前的設(shè)備管線平面布局見圖1。

2)本站管道的排布原則：a.管道布置力求短直且盡量減少返彎或登叉。b.管道走向宜平行于建筑物墻體。c.管道按照工藝流程盡量登高布置，減少平面占位，增加檢修和維護空間。d.盡量利用管道的自然彎曲作為管道受熱膨脹時的自然補償?？偟陌芽卦瓌t為技術(shù)可靠，經(jīng)濟合理，施工維修方便。

管道的走向按照工藝流程的要求沿墻或梁下排布，盡量避免返彎和站立。板式換熱器的進出口處一側(cè)主管縱向排列，按照進出口位置自上而下分別是一次網(wǎng)供水、二次網(wǎng)供水、二次網(wǎng)回水、一次網(wǎng)回水，支管上下左右互為平行布置。循環(huán)泵吸入口一側(cè)管道水平布置，出水口一側(cè)管道立設(shè)布置，減少了平面占位。優(yōu)化后的設(shè)備管線布局見圖2。

優(yōu)化前后比較：優(yōu)化后的設(shè)備及管線布局更為貼合施工現(xiàn)場，充分利用了立面空間，增大了平面的設(shè)備管道檢修空間。各系統(tǒng)管線層次更為分明，布局更為緊湊合理。管道的布置也較多的考慮了采用L形及Z形的自然補償結(jié)構(gòu)，對于實際施工也更具有指導(dǎo)意義。

3 設(shè)備及管道安裝實施要點

3.1 設(shè)備安裝

3.1.1 設(shè)備的搬運

換熱站設(shè)備就位及其場內(nèi)搬運較多采用“人字桅桿”，這種桅桿式起重機橫向穩(wěn)定性好、起吊能力大、搭設(shè)容易、移動方便。現(xiàn)場常選用DN50～DN100的鋼管焊接而成。

3.1.2 設(shè)備找平與找正

設(shè)備吊裝就位后，根據(jù)已測設(shè)的設(shè)備縱橫中心線確定設(shè)備的正確位置，然后根據(jù)設(shè)計要求利用墊鐵調(diào)整設(shè)備的標(biāo)高，調(diào)整標(biāo)高的同時要兼顧設(shè)備的水平調(diào)整。設(shè)備的找正不得采用擰緊地腳螺栓或局部施加外力來達到精度要求。

3.1.3 設(shè)備固定與灌漿

換熱站的設(shè)備運行時沒有強烈的震動和沖擊，大多采用短地腳螺栓(也稱固定地腳螺栓)。設(shè)備的灌漿分為一次灌漿和二次灌漿，一次灌漿是在設(shè)備粗找正后，對地腳螺栓孔進行灌漿。二次灌漿是在設(shè)備精找正后，對設(shè)備底座和基礎(chǔ)間進行灌漿。

3.2 管道支架制作安裝

根據(jù)支架對管道的約束作用不同，支架分為活動支架和固定支架，活動支架包括滑動支架、導(dǎo)向支架、滾動支架、懸吊支架等四種形式。換熱站內(nèi)的大直徑管道選用滑動支架，沿建筑物內(nèi)墻敷設(shè)或落地布置，固定支架是按設(shè)計要求布設(shè)。管道支、吊架材料一般用Q235普通碳鋼制作，滑動支架應(yīng)靈活、無卡澀，滑托與導(dǎo)向槽兩側(cè)間應(yīng)留有3 mm～5 mm間隙，滑托的安裝應(yīng)向熱膨脹的反方向移動等于管道伸長量一半的距離。

3.3 管道的預(yù)制組對焊接

3.3.1 管道的預(yù)制加工長度

換熱站內(nèi)一二次網(wǎng)管道全部采用焊接，管道的預(yù)制加工長度及管件的加工質(zhì)量將直接影響工程的質(zhì)量和進度，所以下料時一定仔細反復(fù)核對尺寸。用平焊法蘭連接的直管預(yù)制長度=安裝長度-[2×(1.3～1.5)](δ為管子的壁厚)；焊接連接時，則管道的預(yù)制長度減去焊接時對口的間隙。

3.3.2 管件的預(yù)制加工

管件的預(yù)制加工包括彎頭、三通、變徑等的加工，在換熱站一二次網(wǎng)管道的施工中，彎頭、變徑往往采用成品，現(xiàn)場需要加工制作等徑或異徑的三通，三通加工制作的質(zhì)量直接影響管道的組對安裝質(zhì)量。放樣下料是保證三通加工制作質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，這里就三通放樣下料的基本步驟做以下簡述。

1)圖紙上打十字線，從左到右分別劃分為A，B，C，D四個區(qū)域。

2)在十字線左上部分的區(qū)域(也就是A區(qū))內(nèi)，按所選比例及合適的位置關(guān)系繪制出主管及支管的俯視圖。

3)主管的俯視圖為一組平行線，平行線間的距離為主管直徑。支管的俯視圖為一圓，直徑等于支管截面直徑。支管圓上打十字線并標(biāo)出等分點，一般為十二等分。然后將支管圓下半圓上的7個等分點等距離垂直投影于主管上，相應(yīng)得到7個交點。

4)在十字線右上部分的區(qū)域(也就是B區(qū))內(nèi)繪出支管圓的展開圖。首先以縱向十字線為對稱軸，與A區(qū)支管圓橫向十字線等高的位置繪制長度為支管圓外周長的線段并十二等分。

5)B區(qū)十二等分線與A區(qū)主管上的7個交點向B區(qū)所引水平線交叉，連接各交點得一波浪形曲線，此曲線便是支管的放樣下料圖。

6)同理，在C區(qū)會得到一類似于橄欖球模樣的圖形，此圖形便是主管的放樣下料圖。

7)大樣繪制完成下料前，應(yīng)先在主管和支管上分別劃出定位十字線，并用樣沖輕輕沖之，然后將主支管的樣板分別對準管道中心線劃出割線，按照割線即可進行切割。

3.3.3 管道組對

管道的組對是指管段、法蘭、三通、彎頭和變徑等的對裝，是管道施工的重要操作步驟，直接影響整個管道安裝工程質(zhì)量的好壞。這里特別強調(diào)三通對裝時，一定用角尺校正支管與主管的角度為90°，支管管端與主管內(nèi)壁相平，支管不得伸入主管管腔內(nèi)。

組對的第一步是坡口的加工，坡口形式主要有三種：I形坡口、V形坡口、U形坡口。I形坡口實際上是不需要加工的坡口，只要管材切口的垂直度能夠保證對口的間隙要求，就可以對口焊接；V形坡口加工時坡口的角度為60°～70°，坡跟鈍邊厚度要保證2 mm左右；U形坡口適用于管壁厚度在20 mm～60 mm之間的高壓管道焊接。換熱站內(nèi)的一二次網(wǎng)管道坡口加工一般采用氧乙炔切割坡口，手提砂輪機打磨。

組對的第二步將管段置于平地上，對口間隙為1.5 mm～2.5 mm。螺旋焊縫鋼管組對時，不能把兩管的焊縫對焊在一起，兩者錯開100 mm以上。

組對的第三步是點焊定位，直徑小于300 mm的管道，定位點焊點不少于三處；直徑大于300 mm的管道，定位點焊點不少于六處；期間要經(jīng)常性的用專用檢查直尺或角尺、方尺進行定位檢查。

3.3.4 管道焊接

管道點焊定位后即可進行焊縫連接，焊接時應(yīng)嚴格按照《焊接作業(yè)指導(dǎo)書》施焊，通常把“組對后，焊接前檢查”確定為質(zhì)量控制點。焊接前檢驗包括:母材和焊材;零部件主要結(jié)構(gòu)尺寸;組對質(zhì)量;坡口清理檢查；焊接前的確認。多層焊接時，焊完一層清理一層并外觀檢查，檢查合格后方可進行下一層焊接。

4 設(shè)備及管線試運行檢驗

4.1 設(shè)備試運轉(zhuǎn)

設(shè)備試運轉(zhuǎn)前需要在人員、物資材料、技術(shù)等方面進行一些準備，人員要求做到培訓(xùn)上崗，物資材料包括試運轉(zhuǎn)的工具、潤滑劑、安全防護設(shè)施及用品等，技術(shù)方面要編制試運轉(zhuǎn)方案，熟悉技術(shù)文件等。

換熱站設(shè)備的調(diào)試運轉(zhuǎn)主要是泵的試運轉(zhuǎn)。該換熱站的泵體試運轉(zhuǎn)前先進行了三次點動，在確認運轉(zhuǎn)方向正確、各控制系統(tǒng)靈敏可靠后，泵在其額定工況下連續(xù)運轉(zhuǎn)了30 min，填料密封無泄漏，溫升正常，運行平穩(wěn)，無異常噪聲。

4.2 管道壓力試驗

管道安裝完畢后，按設(shè)計規(guī)定對管道系統(tǒng)進行強度試驗，以檢查管道系統(tǒng)各連接部位的工程質(zhì)量，它是檢驗管道安裝質(zhì)量的一項重要措施。管道的試驗壓力應(yīng)按照設(shè)計規(guī)定執(zhí)行，設(shè)計無規(guī)定時，換熱站內(nèi)一二次網(wǎng)管道液壓試驗壓力為1.5倍的設(shè)計壓力。當(dāng)管道的設(shè)計溫度高于試驗溫度時，試驗壓力=1.5×設(shè)計壓力×(試驗溫度下管材的許用壓力÷設(shè)計溫度下管材的許用壓力)。液壓試驗的環(huán)境溫度不得低于5 ℃，低于5 ℃時必須采取防凍措施。

液壓試驗應(yīng)使用潔凈水，系統(tǒng)注水時，應(yīng)將空氣排盡。緩慢升壓至試驗壓力，穩(wěn)壓10 min，再將試驗壓力降至設(shè)計壓力，穩(wěn)壓30 min，檢查壓力表無壓降、管道所有部位無滲漏和變形為合格。

本站管道液壓試驗就近使用自來水，一二次網(wǎng)管道分別試壓，一次網(wǎng)管道水壓試壓1.0 MPa，穩(wěn)壓10 min，降至設(shè)計壓力0.6 MPa，穩(wěn)壓30 min，無壓降，管道、焊縫、管件、閥門、設(shè)備等均無滲漏。一次網(wǎng)試壓合格。

二次網(wǎng)管道水壓試壓0.8 MPa，穩(wěn)壓10 min，降至設(shè)計壓力0.5 MPa，穩(wěn)壓30 min，無壓降，管道、焊縫、管件、閥門、設(shè)備等均無滲漏。二次網(wǎng)試壓合格。

5 結(jié)語

設(shè)備及管線優(yōu)化后,顯著提高了換熱站的空間使用率，增強了實際施工的操作性，工期由原計劃的43 d縮短為32 d，一二次網(wǎng)管道液壓試驗一次性合格。建設(shè)單位對本站的施工給予了高度評價并作為示范工程推行，為本公司在該行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。