最新热力管网及换热站课程设计大学论文.docx

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最新热力管网及换热站课程设计大学论文

课程设计说明书

题目：

通榆市度假小区热力管网

及换热站工程设计

院（部）：

热能工程学院

专业：

热能与动力工程

班级：

能动134班

姓名：

学号：

指导教师：

完成日期：

2016年12月30日

摘要

本设计名为通榆市度假小区外网设计。

将自然界的能源直接或间接的转化为热能，以满足人们需要的科学技术，称为供热工程。

供热工程又分为供暖工程和集中供热，供暖工程是以保持一定的室内温度，以创造适宜的生活条件或工作条件为主要的任务。

集中供热是以热水或蒸汽作为热媒，由一个或多个热源通过热网向城市丶镇或其中某些区域热用户供应热能的方式。

随着国家计量供热的逐步推行，供热行业面临着新的机遇和挑战。

计量供热是供热行业从粗放型管理方式向精细型管理方式的一次深刻转变。

计量供热的主目标是节能环保，计量供热的成功实行必须依托高精确的热网调控。

而热网的高精确调控基础是热网的设计和建设。

这对我们供热系统的设计人员和施工人员提出了新的更高的要求，能否设计出满足热网精确调控需求的供热系统是当前我们设计人员面临的一道重要难题。

供热工程是现代化城市重要的基础设施，也是城市公共事业的一项重要设计。

各地区都努力从现有条件出发，积极调整能源结构，研究多元化的供热方式，实现供热事业的可持续发展，实现计量供热的节能目标。

计量供热不仅能给城市提供稳定的可靠地高品位热源，改善人民生活环境。

而且能节约能源，减少城市污染。

有利于城市美化，有效地利用城市空间。

城市供热管网的设计，首先要在总体规划的指导下，既要为今后的发展留有余地，又要实事求是的对热负荷进行调查和计算。

在了解热负荷的性质、类别、用途等多方面现场的资料后，进行供热外网的设计。

本次设计以节能建筑的热指标为基础，以热网的精确调节为最终目标，尽量降低热网的各项指标，尽量应用精确调节的阀门和设备，为计量供热打好基础；以经济、环保、节能为原则，通过借鉴以前的设计方法和经验，采用了合理的技术措施，使设计的各个系统达到了很好的使用效果。

关键词：

集中供热；换热站；节能；

目录

第一章绪论-1-

第二章热负荷计算-3-

2.1原始资料-3-

2.1.1设计地区气象资料（通榆市）-3-

2.1.2土建资料-3-

2.1.3热媒-3-

2.1.4采暖方式-3-

2.2负荷计算-3-

2.2.1集中供热系统热负荷的概算-3-

2.2.2热负荷的计算-4-

2.2.3绘制热负荷延续图-6-

第三章供热系统方案的选择-8-

3.1系统热源型式及热媒的选择-8-

3.2供热管道的平面布置类型-8-

3.3供热管道的定线原则-9-

3.4管道的保温与防腐-9-

第四章供暖管网的水力计算及水压图-10-

4.1供暖管网的水力计算-10-

4.1.1计算方法-10-

4.1.2水力计算的步骤-10-

4.1.3热水网路各管段的水力计算-12-

4.2水压图的绘制-17-

4.2.1绘制网路水压图的必要性-17-

4.2.2水压图绘制的作用-18-

4.2.3绘制水压图的原则和要求-18-

4.2.4水压图绘制的步骤和方法-18-

第五章设备的选择-21-

5.1换热器的选择-21-

5.2循环水泵的选择-22-

5.2.1循环水泵应满足的条 -22-

5.2.2循环水泵的选择-22-

5.3补水泵的选择-23-

5.3.1补水泵应满足的条件-23-

5.3.2补水泵的选择-23-

5.4补水箱的选择-24-

5.5除污器的选择-24-

5.6热力入口-25-

设计小结-25-

参考文献-26-

第一章绪论

一、城市供热概述

将自然界的能源直接或间接地转化为热能，以满足人们需要的科学技术，称为供热工程。

供热工程又分为供暖工程和集中供热，供暖工程是以保持一定的室内温度，以创造适宜的生活条件或工作条件为主要任务，集中供热是集中供热是指以热水或蒸汽作为热媒，由一个或多个热源通过热网向城市、镇或其中某些区域热用户供应热能的方式。

生活中常见的是集中供热工程，目前已成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要组成部分。

集中供热系统包括热源、热网和用户三部分。

热源主要是热电站和区域锅炉房（工业区域锅炉房一般采用蒸汽锅炉，民用区域锅炉房一般采用热水锅炉），以煤、重油或天然气为燃料；有的国家已广泛利用垃圾作燃料。

工业余热和地热也可作热源。

核能供热有节约大量矿物燃料，减轻运输压力等优点。

热网分为热水管网和蒸汽管网，由输热干线、配热干线和支线组成，其布局主要根据城市热负荷分布情况、街区状况、发展规划及地形地质等条件确定，一般布置成枝状，敷设在地下。

本设计是针对一固定小区供热管网及换热站选址进行的设计，其总建筑面积为99900平方米，进行外网供回水设计。

二丶设计目的及意义

供热工程课程设计是本专业学生在学习完《供热工程》后的一次综合训练，其目的是让学生根据所学理论和专业知识，结合实际工程，按照工程设计规范、标准、设计图集和有关参考资料，独立完成建筑所要求的工程设计，掌握供暖系统的设计方法，了解设计流程，通过对系统的设计进一步掌握供热工程的专业知识，深入了解负荷计算、水力计算、散热器计算、系统选择的具体方法，从而达到具有能结合工程实际进行供暖系统设计的能力。

独立完成课程设计任务，培养自己分析和解决实际工程问题的能力，熟练一定电脑绘图能力和文字处理能力，为以后顺利走向工作岗位奠定良好的基础。

三、设计指导思想

目前，我国的能源紧张是影响我国经济发展的重要因素，并被认为是当今世界具有普遍性的问题。

我国能源发展的速度比较缓慢但是能源浪费却十分严重，所以本工程的设计应该尽量的节约能源，提高能源的利用率，要因地制宜地确定综合利用能源的供热方案，同时结合我国的国情和社会主义建设初级阶段资金短缺等实际困难，在确定设计方案时也要力求节俭，减少工程造价。

本设计就是在遵循经济合理的前提下，经过经济分析比较后，设计小区集中供热系统以及给排水系统。

第2章热负荷计算

2.1原始资料

2.1.1设计地区气象资料（济宁市）

2.1.1.1冬季室外供暖计算温度：

tw＇=-5.2℃

2.1.1.2采暖期日平均温度：

tp=-0.7℃

2.1.1.3冬季主导风向：

北西北

2.1.1.3冬季室外平均风速：

vpj=2.0m/s

2.1.1.4冬季日照率：

60%

2.1.1.5冬季采暖天数：

104天

2.1.1.7最大冻土深度：

28.0cm

2.1.2土建资料

小区平面布置图，包括道路走向、建筑物分布、建筑面积、建筑用途、区域的地形标高和位置坐标。

2.1.3热媒

低温热水50℃/40℃；有城市管网供0.6MPa的饱和蒸气

2.1.4采暖方式

采用地板辐射采暖

2.2负荷计算

2.2.1集中供热系统热负荷的概算

2.2.1.1集中供热系统

集中供热系统系统指的是以热水或蒸汽作为热媒集中向一个具有多种热用户的较大区域供热的系统。

2.2.1.2热负荷的类型

（1）按性质分为两大类:

一类是季节性热负荷,它与室外温度、湿度、风向、风速和太阳辐射热等气候条件密切相关,起决定性作用的是室外温度在全年中有很大的变化.

另一类是常年性热负荷主要取决于生活用热和生产状况,其日变化较大,而在全年的变化较小.

（2）按热用户的性质分:

a、供暖设计热负荷b、通风设计热负荷

c、生产工艺热负荷d、生活用热的设计热负荷

2.2.1.3热负荷的计算方法

供暖设计热负荷采用面积热指标法和体积热指标法。

通风热负荷采用体积热指标法。

生产工艺负荷主要取决于工艺工程性质,用热设备和工作制度。

2.2.2热负荷的计算

2.2.2.1采暖设计热负荷的计算

采暖热负荷使城市集中供热系统中最重要的负荷,它的设计热负荷占全部设计热负荷的80%-90%以上（不包生产工艺用热）,供暖设计热负荷的概算可采用面积热指标进行计算。

具体的计算公式方法如下：

以下公式取自《供热工程》P114页6-2公式:

Qn＇=qf×F×10-3KW（2-1）

式中Qn＇—建筑物的供暖设计热负荷,KW；

qf—建筑物供暖面积热指标,W/m2；

F—建筑物的建筑面积,m2。

建筑物供暖面积热指标

的推荐取值如表2-1所示

表2-1建筑物供暖面积热指标推荐值

建筑物类型

住宅

居住区综合

学校办公

医院托幼

旅馆

商店

食堂

热指标（

）

40-45

45-55

50-70

55-70

60-70

55-70

110-140

注：

1、本表摘自《城市热力网设计规范》CJ34-90,1990年版；

2、热指标中已包括约5%的管网热损失在内。

表2-2各建筑物供暖面积与热负荷汇总表

建筑编号

建筑总面积㎡

热指标

热负荷Q（KW）

建筑编号

建筑总面积㎡

热指标

热负荷Q（KW）

A1

3100

45

139.5

B1

4900

45

220.5

A2

3100

45

139.5

B2

4900

45

220.5

A3

3100

45

139.5

B3

4900

45

220.5

A4

3100

45

139.5

B4

4500

45

202.5

A5

3100

45

139.5

B5

3000

45

135

A6

3100

45

139.5

B6

3200

45

144

A7

3100

45

139.5

B7

3200

45

144

A8

3200

45

144

B8

3200

45

144

A9

3200

45

144

B9

2400

45

108

A10

3200

45

144

老年服务中心

3000

65

195

A11

3200

45

144

幼儿及公楼

6000

65

390

A12

3200

45

144

商业中心

3000

70

210

A13

3200

45

144

A14

3200

45

144

A15

3200

45

144

A16

3200

45

144

A17

3200

45

144

根据表2-2可知总供热面积为99900㎡，总采暖热负荷为4750.5KW。

第三章供热系统方案的选择

3.1系统热源型式及热媒的选择

根据对度假村的调查，该小区有如下特点：

（1）小区处于建设阶段，且规划负荷只采暖热负荷无生活热水热负荷；

（2）该区域内建筑物以旅馆为主，间有培训中心，职工食堂，别墅区且该区热负荷较集中；

（3）小区建筑总面积为10.801万m2，设计总热负荷为7226.7KW。

基于上述特点，本规划以水-水换热站作为供热热源，以热水作为小区供热管网的热媒，换热站设在洗衣厂后面。

3.2供热管道的平面布置类型

供热管道平面布置图示与热媒的种类、热源和热用户相互位置及热负荷的变化热点有关，主要有枝状和环状两类。

枝状网比较简单，造价较低，运行管理比较方便，它的管径随着到热源的距离增加而减小，其缺点在于如没有供热的后备性能，即一旦网路发生事故，在损坏地点以后的所有用户均将中断供热。

环状网路的主要优点是具有供热的后备性能，可靠性好，运行也安全，但它往往比枝状网路的投资要大很多。

本设计中，力争做到设计合理，安装质量符合标准和操作维护良好的条件下，热网能够无故障的运行，尤其对于只有供暖用户的热网，在非采暖期停止运行期内，可以维护并排除各种隐患，以满足在采暖期内正常运行的要求，加之考虑到目前我国的国情，故设计中的热力网型式采用枝状网。

3.3供热管道的定线原则

（1）敷设方式:

管线采用无沟（直埋）敷设方式。

目前最多采用的型式是供热管道、保温层和保护外壳。

三者紧密粘接在一起，形成整体式的预制保温管结构型式。

（2）经济上合理，主干线力求短直，使金属耗量小，施工方便，主干线尽量走热负荷集中区，管线上所需的阀门及附件涉及到检查井的数量和位置，而检查井的数量应力求减少。

（3）技术上可靠，线路尽可能走地势平坦，土质好，水位低的地区，尽量利用管段的自然补偿。

（4）对周围环境影响少而协调，少穿主要街道，城市道路上的供热管道一般平行于道路中心线，并尽量敷设在车道以外的地方。

（5）穿过街区的城市热力管网应敷设在易于检修和维护的地方。

（6）通过非建筑区的热力管道应沿道路敷设。

3.4管道的保温与防腐

（1）直埋敷设管道保温采用预制保温。

首先在管道上涂耐热防锈漆两遍，外用玻璃棉毡捆扎再用镀锌丝缠绕，用密纹玻璃布包扎做为保护层，表面涂冷底子油2遍。

（2）保温：

地下直埋管道保温通常采用预制保温管，采用采用氰聚塑预制保温管，为增加保温层的耐久性和分辨各种介质的管道在保护层外涂刷颜色漆。

（3）管道的防腐涂料选用铁红防锈漆。

（4）水压实验，实验压力为工作压力的1.5倍，管道系统安装后，进行实验，十分钟内压力下降不大于0.05MPa，不漏为合格。

（5）热力管道严密性实验合格后，须清除管内留下的污垢或杂物，热水及凝结水管道以系统内可能达到的最大压力和流量进行清水冲洗，直至排出口水洁净为合格。

第四章设备的选择

4.1换热器的选择

换热器选择板式换热器，因为其结构上采用特殊的波纹金属板为换热板片，

使换热流体在板间流动时，能够不断改变流动方向和速度，形成激烈的湍流，以

达到强化传热的效果。

板式换热器单位容积所容纳的换热面积很大，占地面积比

同样换热面积的壳管式小的多。

同时金属耗量少，总量轻。

换热供热系统设置循环水泵，使热水不断循环流动，泵的台数设为两台，每

台承担百分之70的流量；补水泵也设为两台，按循环水量的百分之3计算。

4.1.2换热站流程 

供暖热用户与热水网路直接连接，当热网供水温度高于供暖用户设计的供水

温度时，热力站内设计混合水泵抽引供暖系统回水，与热网的供水混合，再送向

各用户。

热水供应是城市给水经过水—水换热器被加热以后，沿着热水供应网路的供

水输送到各个用户

换热器的容量和台数应根据采暖、通风、生活的热负荷选择，一般不设备用。

但当任何一台换热器停止运行时。

其余设备应满足60%～75%热负荷需要。

本设计选用4台相同规格的换热器，每台换热量1565.7kw,满足总负荷的（1565.7×3）/7226.7=65%，符合要求。

根据《简明供热设计手册》选择换热器型号型水-水换热器。

并查的管程压降为MPa。

4.1.3换热器型号的选择

 4.1.3换热器面积的计算

 根据公式F=Q/（K*B*△tpj） 

式中 F—换热器的传热面积；

 Q—小区内所有用户的热负荷；

   K—散热器传热系数；

   B—考虑水垢系数，板式换热器水垢系数为1

△tpj—对数平均温差，为20℃。

假定冷水侧水流速Vc=0.6m/s,热水侧Vh=0.5m/s 查得K=4570W/m2*℃ F=0.7*4564.56/（4570*20）=34.95 m2

 4.1.4换热器片数的确定

 选用BR35型，单片传热面积为0.35 m2 ，需n=F/0.35=34.95/0.35=100（

片） 验算传热系数K：

  通道截面积为0.001314 m2，通过流量为3450000/25=139600kg/h; 串联片数 n=100/2=50（片）

 则实际流速 Vc=139600/（0.001314*3600*50*1000）=0.59m/s。

4.2循环水泵的选择

4.2.1循环水泵应满足的条 

循环水泵选型的基本原则有一下几点：

1） 循环水泵的总流量小于设计总流量； 

2） 循环水量的扬程不小于运行流量条件下的热网总阻力， 

3） 流量——扬程曲线应平缓，并联运行水泵的特性曲线宜相同，

4） 循环水泵的承压、耐温能力应满足各种运行工况的要求，

5） 应尽量减少并联水泵的台数，设置3台或3台以下时，应设置备用泵，设置4台及4台以上时，可不设备用泵。

4.2.2循环水泵的选择

（1）设计循环流量

根据式G=Σ0.86*Q*S*10-3/（tg-th）t/h式中：

S为漏损系数；取S=1.05

及计算热负荷Q=7226700W，可求出一级网的循环流量为G=652.571t/h

（2）循环水泵扬程

（4-1）

式中Hr——为热源内部阻力损失，对锅炉做热源时取Hr=10~15mH2O。

　Hw——为网路的阻力损失，包括供、回水管路，根据网路水力计算确定。

Hy——为用户予留压头，具体数值取决于用户连接方式及用户所使用的设备。

对直连采暖用户可取Hy=2~5mH2O，风机盘管用户，可取Hy=5~8mH2O，当网路的水压图确定以后，水泵扬程H可直接以水压图上得出。

由式（4-1）可得

H=14+5+27.5=46.5mH2O

由G和H两个数据可确定选择热源的循环水泵型号为ISG300-400，性能参数如表4-1：

表4-1性能参数表

转速：

1480r/min

流量：

450t/h

扬程：

50m

效率：

78%

汽蚀余量：

5m

电机功率：

110KW

4.3补水泵的选择

4.3.1补水泵应满足的条件

（1）闭式热力网补水装置的流量的应根据供热系统的渗漏量和事故补水量确定，一般取允许渗漏量的4倍。

（2）开式热力网补水泵的流量，应根据生活热水最大设计流量和供热系统渗漏之和确定。

（3）补水装置压力不小于补水点管道压力加30-50KPa，如果补水装置同时用于维持热力网静压力时其压力应能满足静压要求。

（4）闭式热力网补水泵宜设两台，此时可不设备用泵。

（5）开始热力网补水泵宜设三台或三台以上，其中一台泵作为备用。

4.3.2补水泵的选择

（1）补给水泵的流量

取循环水量的4%（按正常补水量1%，事故补水量为正常补水量4倍）

（4-2）

式中

—设计循环流量，t/h；

根据式（4-2）

=16.342

（2）扬程

mH2O（4-3）

式中

—补水点压力值（通过对系统水压图分析确定），m；

—补给水泵压力管阻力损失，m；

—补给水泵吸水管中的阻力损失，m；

—补给水箱最低水位高出系统补水点的高度，m。

工程上认为补给水泵吸水管损失和压力管损失较小，同时补给水箱高出水泵的高度往往作为富裕之或为抵消吸水管损失和压力管损失的影响，所以公式可简化为

H=HbmH2O（4-4）

补水点压力值

可由水压图直接得到，由于采用补给水泵定压，可取静压线5m。

根据式（4-4）可得H=23.74mH2O

根据

和H可确定补给水泵的型号为IS50-32-160

表4-2水泵性能表

转速：

2900r/min

流量：

12.5m3/h

扬程：

12.5m

效率：

54%

汽蚀余量：

2.0m

电机功率：

3KW

4.4补水箱的选择

补水箱的体积计算：

补水箱的体积要求可以满足40分钟的最大补水量的使用，同时考虑箱体的尺寸应符合热力站内的布置和美观及制作简单节省材料。

本设计采用方形补水箱，其尺寸表如表4-3：

表4-3水箱尺寸表

有效容积（L）

长

宽

高

11200

2000

2000

2800

4.5除污器的选择

旋流除污器采用离心原理，完全突破了滤网清污的传统观念，从而保证了管

路系统阻力小且均衡，系统不停机可排污，最适用于清初管路中的泥沙、石块、管壁剥落物等固体杂质，保证系统正常运行。

JYWQ系列自动搅匀排污泵是在普通型排污泵的基础上采用自动搅拌装置，该装置随电机轴旋转，产生极强的搅拌力，将污水池内的沉积物搅拌成悬浮物，吸入泵内排出，提高了泵的防赌、排污能力，一次性完成了排水、清污、清淤。

使用条件：

1.介质温度不得超过60°C，重度1.0~1.3kg/dm3，PH值在5~9范围内。

2.无内自流循环冷却系统的泵，电机部分露出液面不得超过1/3。

3.一般情况下，泵必须在使用扬程范围内使用，保证电机不过载，如需在全扬程范围使用，应在订货时另行注明，以便厂家制造。

4.在运行过程中泵电机电流不得超过电机的额定电流。

本设计采用JYWQ系列旋流除污器，其型号为JYWQ50-12-15-1200-1.5。

此除污器的性能及尺寸如表4-3所示：

表4-4SFXL-C-250-1.6-L（R）除污器尺寸表

规格型号

排出口径mm

额定流量m3/h

额定扬程

（mm）

搅拌直径（mm）

转速（r/min）

效率（%）

自动耦合器

JYWQ50-12-15-1200-1.5

50

12

15

1200

2900

48

GAK-50

4.6热力入口

热力入口设置在单幢建筑物用户的地沟入口，站内设置温度计、压力表等检测装置，在供水管道上装过滤器，防止污垢、杂物等局部系统内，在低点处设置泄水阀，检修时排泄供暖系统中的水量。

详见小区供热系统管线平面布置图以及热力入口布置图。

第五章供暖管网的水力计算及水压图

4.1供暖管网的水力计算

4.1.1计算方法

本设计中的水力计算采用当量长度法。

4.1.2水力计算的步骤

（1）确定网路中热媒的计算流量

（4-1）

式中

—供暖系统用户的计算流量，T/h；

—用户热负荷，KW；

—水的比热，取

=4.187KJ/Kg·℃；

/

—供热网路的设计供回水温度，℃。

表4-1建筑热负荷与流量计算表

建筑编号

建筑总面积㎡

热负荷Q（KW）

流量t/h

A1

3100

139.5

11.997

A2

3100

139.5

11.997

A3

3100

139.5

11.997

A4

3100

139.5

11.997

A5

3100

139.5

11.997

A6

3100

139.5

11.997

A7

3100

139.5

11.997

A8

3200

144

12.384

A9

3200

144

12.384

A10

3200

144

12.384

A11

3200

144

12.384

A12

3200

144

12.384

A13

3200

144

12.384

A14

3200

144

12.384

A15

3200

144

12.384

A16

3200

144

12.384

A17

3200

144

12.384

B1

4900

220.5

18.963

B2

4900