關(guān)于市政供熱管網(wǎng)設(shè)計的探討

陳耀耀

摘要∶我國人口不斷增加，城市化進程不斷發(fā)展，而市政供熱工程也需要以更高的標準來實施，才能夠符合當前人民的需求，供熱網(wǎng)管需要科學(xué)設(shè)計，確定相對準確的負荷狀態(tài)，才能對供熱系統(tǒng)進行最優(yōu)化設(shè)計。本文對城市供熱網(wǎng)管設(shè)計原則進行分析，對相應(yīng)的參數(shù)進行計算，并且提出的總體布局特點，希望能夠得到借鑒。

關(guān)鍵詞∶供熱管網(wǎng)：設(shè)計：市政

引言：在城市建設(shè)時，市政供熱系統(tǒng)作為我國北方城市重要基礎(chǔ)設(shè)施，是保障民生的重要手段，北方城市集中供熱管道基本采用地下直埋敷設(shè)方 式。相比于管溝敷設(shè)和架空敷設(shè)，地下直埋供熱管道具有基本不占用地上 空間、散熱損失小等特點。市政集中供熱管網(wǎng)應(yīng)避免影響城市景觀，并確 保城市供熱的最基本質(zhì)量。供熱管網(wǎng)需要進行科學(xué)合理設(shè)計，以往在設(shè)計 時常出現(xiàn)一些問題，影響城市的供熱系統(tǒng)正常運行，因此在供熱管網(wǎng)的設(shè)計過程中，需要根據(jù)國家和地方的標準規(guī)范要求，結(jié)合供熱管網(wǎng)近、遠期熱負荷統(tǒng)計情況進行設(shè)計，同時供熱管網(wǎng)方案設(shè)計階段也要對設(shè)計內(nèi)容進 行反復(fù)和探討和研究，保證設(shè)計更加科學(xué)合理。

一.市政供熱管網(wǎng)設(shè)計原則

1.供熱的設(shè)計原則

應(yīng)符合國家相關(guān)標準規(guī)范和能源政策，在設(shè)計階段，要掌握相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和程序，遵循供熱管網(wǎng)建設(shè)的原則，進行供熱管網(wǎng)設(shè)計，熱水管線設(shè)計壓力不大于2.5MPa，設(shè)計溫度不大于200℃;蒸汽管道設(shè)計壓力不大于1.6Mpa，設(shè)計溫度不大于350℃。[1]

2.供熱管網(wǎng)系統(tǒng)形式

市政供熱管網(wǎng)布置形式主要有枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)兩種類型。

對于單一熱源供熱系統(tǒng)，供熱管網(wǎng)多采用枝狀管網(wǎng)布置形式，枝狀管網(wǎng)具有系統(tǒng)簡單，投資相對較小，運行管理方便等優(yōu)點;但相對于環(huán)狀管網(wǎng)，枝狀管網(wǎng)可靠性稍顯不足，當供熱管網(wǎng)某處發(fā)生故障時，將無法對故障點下游熱用戶進行供熱。

近年來，不少地區(qū)采用了多熱源聯(lián)合供熱的方式進行市政供熱。多熱 源聯(lián)合供熱系統(tǒng)多采用環(huán)狀管網(wǎng)設(shè)計。各熱源與供熱管網(wǎng)之間設(shè)置切斷閥。 例如，在采暖期初期僅將基礎(chǔ)熱源投人使用，隨著采暖期熱負荷增加，陸續(xù)投人調(diào)峰熱源;系統(tǒng)還可以根據(jù)當?shù)氐臍鉁刈兓?，對各熱源進行靈活配置。多熱源環(huán)網(wǎng)供熱系統(tǒng)，初投資較高，但增加了供熱系統(tǒng)的靈活性和可靠性，當某個熱源或供熱管網(wǎng)局部出現(xiàn)故障時，可以通過切斷閥將故障區(qū)域與系統(tǒng)隔離，而不影響其他區(qū)域供熱系統(tǒng)的運行。

二.相關(guān)參數(shù)設(shè)計

1.管道熱補償方式設(shè)計

市政供熱管網(wǎng)根據(jù)長直管段是否設(shè)置補償器可以分為有補償設(shè)計和無補償設(shè)計兩大類。

有補償設(shè)計中可分為管線布置中自然形成的補償彎;設(shè)計過程中人為設(shè)置的"L"型、"Z"型、"m"型等補償彎;采用波紋管補償器、套筒補償器等補償。補償器的使用在降低熱網(wǎng)應(yīng)力水平的同時，也帶來了投資增加，檢維修工作量加大，系統(tǒng)故障率增加等問題。

經(jīng)過近幾十年的熱網(wǎng)運行經(jīng)驗及國內(nèi)外學(xué)者的研究，市政供熱管網(wǎng)設(shè)計在具備條件時多采用無補償設(shè)計。無補償設(shè)計主要是指在熱網(wǎng)的長直管線中，主要采用自然形成的補償彎或者人為設(shè)置少量的補償彎進行補償。 無補償直埋熱網(wǎng)通過土壤錨固、管道有限量塑性變形的等多重作用，在管道內(nèi)留有殘余應(yīng)力的狀態(tài)下，管系仍然能夠安定在彈性狀態(tài)下且管道結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞。

2.應(yīng)力分析

設(shè)計過程中，應(yīng)對工作循環(huán)最高溫度下管道進行應(yīng)力計算。由持續(xù)載荷作用產(chǎn)生的一次應(yīng)力應(yīng)進行彈性分析和極限分析;由管道熱脹冷縮引起的二次應(yīng)力應(yīng)在管道的許用應(yīng)力范圍內(nèi)。目前在熱力管道設(shè)計過程中，一般采用應(yīng)力分析軟件進行詳細分析計算，常用的直埋熱力管道分析軟件有sTART-PR0F、CAEsAR Ⅱ等商用軟件，也有國內(nèi)學(xué)者自行開發(fā)的計算軟件。當熱應(yīng)力較大時，優(yōu)先采用自然補償?shù)姆绞竭M行補償，如果采用補償 器進行補償，應(yīng)充分考慮補償器管系中固定支架的受力問題。[3]

3.供熱管道的選擇

目前較為常見的市政供熱管網(wǎng)一次網(wǎng)供水設(shè)計溫度一般在110～130℃。管道多采用預(yù)制直埋保溫管道，具有工程造價低、熱損失小、防腐性能好、占地少、施工快等優(yōu)點。

直埋預(yù)制保溫管一般由工作管、保溫層和外護管組成。工作管根據(jù)輸送熱水溫度、壓力及管徑的參數(shù)可選擇無縫鋼管或焊接鋼管;保溫層采用硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡塑料;外護管可采用高密度聚乙烯或者玻璃鋼。市政供熱一次熱網(wǎng)多采用整體式預(yù)制直埋保溫管道，即工作管、保溫層和外護管三者牢固的粘接在一起，形成一個整體結(jié)構(gòu)，管道受熱膨脹時，三者一起膨脹移動。

需要說明的是整體式預(yù)制直埋保溫管道主要用于輸送介質(zhì)溫度不超過130℃的熱媒。當輸送熱媒溫度較高時，建議采用鋼套鋼型直埋保溫管，此類型管道外護管采用焊接鋼管，外護管與工作管及保溫層之間脫開設(shè)計，工作管可以在外護管內(nèi)自由伸縮，解決了高溫下工作管與外護管熱膨脹量 相差較大的問題。

三.城市供熱管網(wǎng)建設(shè)措施

供熱管網(wǎng)設(shè)計需考慮技術(shù)性、初投資和運行中熱量損失這三個方面，對于一個布局已定熱網(wǎng)的設(shè)計，技術(shù)、經(jīng)濟和熱損這三個目標之間往往是矛盾的。追求高的經(jīng)濟目標，將導(dǎo)致降低熱網(wǎng)運行質(zhì)量，如何將這三個目標統(tǒng)一起來，是解決布局已定熱網(wǎng)設(shè)計最優(yōu)化的關(guān)鍵問題。因此有必要對供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計進行理論分析，以解決熱網(wǎng)系統(tǒng)問題。在具體的設(shè)計供熱管網(wǎng)過程中可以從以下方面出發(fā)來優(yōu)化供熱管網(wǎng)的設(shè)計。

優(yōu)化供熱管網(wǎng)路由設(shè)計，室外供熱管網(wǎng)是供熱系統(tǒng)中投資高、施工最大的部分，城市集中供熱管網(wǎng)路由、管網(wǎng)形式的選擇對于供熱的可靠性、系統(tǒng)的機動性、運行是否方便以及經(jīng)濟效益有著很大的影響。合理地確定供熱管網(wǎng)平面的定線工作，對節(jié)省投資保證熱網(wǎng)安全可靠地運行和施工維修方便等，都具有重要的意義。

供熱管網(wǎng)布置原則是應(yīng)在城市建設(shè)規(guī)劃的指導(dǎo)下，考慮熱負荷分布、熱源位置、與各種地上、地下管道及構(gòu)筑物、園林綠地的關(guān)系和水文、地質(zhì)條件等多種因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。供熱管線平面位置的確定應(yīng)遵守如下基本原則。

經(jīng)濟上合理：主干線力求最直，主干線盡量走熱負荷集中區(qū)。

技術(shù)上可靠：線路應(yīng)盡可能走過地勢平坦、土質(zhì)好、水位低的地區(qū)。 盡量避開土質(zhì)松軟地區(qū)、地震斷裂帶、滑坡危險地帶以及地下水位高等不利地段。

管線應(yīng)少穿主要交通線：一般平行于道路中心線并盡量鋪設(shè)在車行道以外的地方。通常情況下管線應(yīng)只沿街道的一側(cè)鋪設(shè)。地上鋪設(shè)的管道，不影響城市環(huán)境美觀，不妨礙交通。供熱管道與各種市政管線、建構(gòu)筑物應(yīng)協(xié)調(diào)，相互之間的距離，應(yīng)能保證運行安全、施工及檢修方便。

四.結(jié)束語

總之，城市供熱管網(wǎng)的設(shè)計合理與否直接關(guān)系到居民生活質(zhì)量，一項 好的設(shè)計可以使產(chǎn)品的性能得以充分發(fā)揮，可以最大限度地減少施工中的困難，降低工程造價。在設(shè)計過程中我們應(yīng)遵循技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用的原則進行合理設(shè)計。

參考文獻

[1]郝明.集中供熱自動化系統(tǒng)在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用[J].裝飾裝修天地，2019，（1）：81.2

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[3]韓國宇. 集中供熱管網(wǎng)水力失調(diào)及應(yīng)對措施探究[J].卷宗，2019，9（6）：243.4

[4]朱海濤.城市集中供熱管網(wǎng)的設(shè)計施工及優(yōu)化研究[J].中國房地產(chǎn)業(yè)，2019，（2）：244.5