供热管网工程设计.docx

1、供热管网工程设计第1章绪论1.1 设计题目北京某小区供热管网工程设计。1.2 设计原始资料本设计为北京某小区建筑室外平面布置，见图1-1。根据要求，拟设计室外供热管网。这个小区共有8幢建筑，分别是写字楼(建筑面积1000m2)；干部公寓(5000m2)；商店(1000m2)；会议大厅(2000m2)；活动中心(800m2)；小会议室(1100m2)；培训中心(9000m2)；宿舍楼(10000m2)8幢建筑均有冬季供暖系统。在小区内有一区域换热站提供低温水(80/60)，供应小区8幢建筑用热。图1-1管网平面图 第2章供暖系统设计热负荷供暖热负荷是城市集中供热系统中最主要的热负荷。它的设计热负

2、荷占全部设计热负荷的80%90%以上(不包括生产工艺用热)。供暖设计热负荷的概算，可采用体积热指标法、面积热指标法或城市规划指标法进行计算。2.1体积热指标法建筑物的供暖设计热负荷可按下式进行概算 (2-1) 式中，建筑物的供暖设计热负荷，kW； 建筑物的外围体积，m3； 供暖室内计算温度，； 供暖室外计算温度，； 建筑物的供暖体积热指标，W/ m3 。供暖体积热指标的大小，主要与建筑物的围护结构及外形有关。建筑物围护结构传热系数越大、采光率越大、外部建筑体积越小、建筑物的长宽比越大，单位体积的热损失，亦即qv值也越大。2.2面积热指标建筑物的供暖设计热负荷可按下式进行概算： (2-2) 式中

3、， 建筑物的供暖设计热负荷，kW； F 建筑物的建筑面积，m； 建筑物供暖面积热指标，W/ m。2.3城市规划指标法 对一个城市新区供热规划设计，各类型的建筑面积尚未具体落实时，可用城市规划指标来估算整个新区的供暖设计热负荷。采用供暖面积热指标法，比体积热指标更易于概算，近年来在城市集中供热系统规划设计中，国外、国内也都采用供暖面积热指标法进行概算。 故本设计选用了面积热指标法。各建筑的供暖设计热负荷见表2-2。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面积热指标(W/m2)30-4545-5550-7055-7050-6055-70100-130

4、 表2-2建筑物采暖热负荷汇总表 建筑物名称采暖热指标(W/m2)采暖建筑面积(m2)采暖热负荷(kW)商店80100080干部公寓655000325写字楼60100060会议大厅702000140活动中心702000140小会议室70110077培训中心709000630宿舍楼4010000400第3章供暖方案的确定3.1热源形式的选择依据国家及北京市有关规定，热源型式选择为热力站。3.2热媒种类的选择集中供热系统热媒的选择，主要取决于热用户的使用特征和要求，同时也与选择的热源型式有关。集中供热系统的热媒主要是热水或蒸汽。在集中供热系统中，以水作为热媒与蒸汽相比，有下述优点：热水供热系统的热

5、能利用效率高。由于在热水供热系统中，没有凝结水和蒸汽泄漏，以及二次蒸汽的热损失，因而热能利用率比蒸汽供热系统好，实践证明，一般可节约燃料20%40%。以水作为热媒用于供暖系统时，可以改变供水温度来进行供热调节(质调节)，既能减少热网热损失，又能较好的满足卫生要求。热水供热系统的蓄热能力高，由于系统中水量多，水的比热大，因此，在水力工况和热力工况短时间失调时，也不会引起供暖状况的很大波动。热水供热系统可以远距离输送，供热半径大。本设计以换热站为热源，供热系统为民用采暖系统，因此，选用水作为热媒。3.3热媒参数的确定热水热力网最佳设计供、回水温度，应结合具体工程条件，考虑热源、热力网、热用户系统等

6、方面的因素，进行技术经济比较确定。当不具备条件进行最佳供、回水温度的技术经济比较时，热水热力网供、回水温度可按下列原则确定：以热电厂或大型区域锅炉房为热源时，设计供水温度可取110150，回水温度不应高于70；热电厂采用一级加热时，供水温度取较小值；采用二级加热(包括串联尖峰锅炉)时，取较大值；以小型区域锅炉房或换热站为热源时，设计供回水温度可采用户内采暖系统的设计温度；多热源联网运行的供热系统中，各热源的设计供回水温度应一致。当区域锅炉房与热电厂联网运行时，应采用以热电厂为热源的供热系统的最佳供、回水温度。本设计中采用的供回水温度是80/60。3.4热网形式的选择热网是集中供热系统的主要组成

7、部分，担负热能输送任务。热网系统型式取决于热媒(蒸汽或热水)、热源(热电厂或区域锅炉房等)与热用户的相互位置和供热地区热用户种类、热负荷大小和性质等。选择热网系统型式应遵循的基本原则是安全供热和经济性。热网系统型式主要有以下两种型式：3.4.1枝状管网枝状管网的系统型式见图3-1。管网采用枝状连接，热网供水从热源沿主干线，分枝干线，用户支线送到各热用户的引入口处，网路回水从各用户沿相同线路返回热源。枝状管网布置简单，供热管道的直径随距热源越远而逐渐减小;而金属耗量小，基建投资小，运行管理简便。但枝状管网不具后图3-1枝状管网备供热的性能。当供热管网处发生故障时，在故障点以后的热用户都将停止供热

8、。由于建筑物具有一定的蓄热能力，通常可采用迅速消除热网故障的办法，以使建筑物室温不致大幅度的降低。因此，枝状管网是热水管网最普遍采用的方式。3.4.2环状管网环状管网的系统型式见图3-2。图3-2 环状管网环状管网和枝状管网相比，热网投资增大，运行管理更为复杂，热网要有较高的自动控制措施。根据本设计的特点，综合比较后，决定采用适用小范围供热、形式简单、成本低廉的枝状管网型式进行管线布置。3.5供热系统热用户与热水网路的连接方式供暖系统热用户与热水网路的连接方式可分为直接连接和间接连接两种方式。直接连接使用户系统直接连接于热水网路上。热水网路的水力工况(压力和流量状况)和供热工况与供暖热用户有着

9、密切的联系。间接连接方式是在供暖系统热用户设置表面式水-水换热器(或在热力站处设置担负该区供暖热负荷的表面式水-水换热器)，用户系统与热水网路被表面式水-水换热器隔离，形成两个独立的系统。用户与网路之间的水力工况互不影响。供暖系统热用户于热水网路的连接方式，常见的有以下几种方式：(1)无混合装置的直接连接热水由热网供水管直接进入供暖系统热用户，在散热器内放热后，返回热网回水管去。这种直接连接方式最简单，造价低。但这种连接方式，只能在网路的设计供水温度不超过规范规定的散热器供暖系统的最高热媒温度时，且用户引入口处热网的供、回水管的资用压差大于供暖系统用户要求的压力损失时方可应用。(2)装水喷射器

10、的直接连接热网供水管的高温水进入水喷射器，在喷嘴出形成很高的流速，喷嘴出口处动压升高，静压降低到低于回水管的压力，回水管的低温水被抽引进入喷射器，并与供水混合，使进入用户供暖系统的供水温度低于热网供水温度，符合用户系统的要求。水喷射器无活动部件、构造简单、运行可靠、网路系统的水力稳定性好。但由于水喷射器需要消耗能量，热网供、回水之间需要足够的资用压差，才能保证水喷射器正常工作。这种连接方式只用在单幢建筑物的供暖系统上，需要分散管理。(3)装混合水泵的直接连接当建筑物用户引入口处，热水网路的供、回水压差较小，不能满足水喷射器正常工作所需的压差，或设集中泵站将高温水转为低温水，想多幢或街区建筑物供

11、暖时，可采用这种连接方式。在热力站处设置混合水泵的连接方式，可适当的集中管理。但混合水泵连接方式的造价比采用水喷射器的方式高，运行中需要经常维护并消耗电能。(4)间接连接热网供水管的热水进入设置在建筑物用户引入口或热力站的表面式水-水换热器内，通过换热器的表面将热能传递给供暖系统热用户的循环水，冷却后的回水返回热网回水管区。间接连接方式需要在建筑物用户入口处或热力站内设置表面式水-水换热器和供暖系统热用户的循环水泵等设备，造价比直接连接高得多。循环水泵需经常维护，并消耗电能，运行费用增加。但热源的补水率大大减少，同时热网的压力工况和流量工况不受用户的影响，便于热网运行管理。这种连接方式只有在热

12、网回水关在用户入口处的压力超过该用户散热器的承受能力，或高层建筑采用直接连接，影响到整个热水网路压水平升高时才采用。在本设计中都是多层建筑，而且采用低温水热水供暖系统，因此选择无混合装置的直接连接是最经济、最合理的方式。3.6供热管道的定线原则3.6.1热源位置 本设计热源为小区内的换热站3.6.2管网的走向实际定向时要掌握地质，水文资料，地上，地下构筑物情况，除了技术经济合理外还要考虑维修管理方便，布置时应注意：(1)管道应尽量穿越负荷区，走向宜平行于建筑物。(2)尽量少穿越公路，铁路等主要交通干线。(3)为了施工及管理方便，管线应尽量走绿化地带。(4)热力管沟外侧与其他建筑物，管线保持一定

13、距离，与基础外边间距不小于1.5米。(5)热网规划时应当适当考虑各小区连接方便及小区负荷对称。3.6.3敷设方式合理的选择供热管道的敷设方式，应对节约投资、保证热网安全可靠地运行及交通情况等综合考虑，力求与总体布局协调一致。供热管道的敷设方式可分为架空敷设和地下敷设。考虑到北京地区的气候条件，小区所在地的地质条件，地下水位及供暖管网与小区整体环境和协调性等条件，本设计均采用地下敷设方式。地下敷设可分为两种方式：(1)地沟敷设通行地沟敷设：工作人员可能直立通行的地沟，但造价高。半通行地沟敷设：当管道根数较多，采用单排水平布置沟宽度受到限制时，可采用半通行地沟。不通行地沟敷设：当管道根数不多且维修

14、工作量不大时，可采用不通行地沟，其造价较低、占地小，但检修方便。(2)无沟(直埋)敷设直埋设于土壤中，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合在一起，形成整体式的预制保温管结构型式。直埋敷设的优点直埋敷施工工期短，对其他管道埋设道路工程及现场运输影响很少；开挖土方量少，只有半通行地沟敷设的20%，而挖出土壤最后可全部回填不必外运，不少资料报导，直埋敷设比半通行地沟敷设节省投资30%左右；聚氨脂直接在管道外围发泡形成的保温效果比其他任何保温材料导热系数小，牢固性强，玻璃钢外壳封闭性好，地下水及冷土层对它无影响，据国外资料报导，使用寿命长达4050年，中间无须维修，因此我选用直埋敷设

15、。由于受土壤摩擦力的约束，预制保温管可实现无补偿直埋敷设。本设计埋深大于0.8m。无补偿直埋供热管道施工方法及应注意的问题1)为了减小管道的温度应力，管道埋土前进行预加热，加热温度一般可取其工作温度的一半，这时使管道产生热伸长，直至敷土夯实完毕，再让它降温。这时管道无法收缩就产生了冷拉应力，此拉应力也正好是管道工作热压应力之半，这样待日后管道再升温时，此拉应力将逐步减小，待温升到复土预加热温度后，管壁拉、压应力正好完全抵消，等管道温升到工作温度时，则其热应力只有不预热条件之半，因此这是管道工作温度较高时必须采取的安全措施。管道预热措施可在管网适应位置架一水箱将水烧热，然后用泵注入管道，并在各用

16、热户终端临时接通供、回水管，使之水循环，以保证预热水温较长时间恒定；2)管道保温材料必须采用聚氨脂，并直接在钢管四周发泡完成，切勿采用预制瓦块式的复合保温材料，以保证整个聚氨脂保温层与钢管之间产生强大的粘结力；3)直埋管段中一般不宜连接什么阀件，如须安装平衡阀、入户总阀等应设在户内，如果必须在直埋管段上安装阀件，则必须附阀件紧按套管伸缩器，以便日后可以拆卸检修阀件。这时的伸缩器是不作补偿用的，故在它们两端2m深处直埋管段上各捣制一座钢筋混凝土固定墩以防止直埋管产生伸缩位移；4)当直埋管与地沟或架空混合敷设时，直埋管快伸出土壤2m处应捣制一座钢筋混凝土固定墩； 5)如遇直埋敷设支管与非直埋主管连

17、接时，直埋支管接近主管处应留一段地沟以便主管伸缩位移时，支管可随之产生横向摆动，以防止与主管连接处产生强大剪力而破坏其焊缝，此段地沟敷设的长度应按支管管径弹性应力条件决定； 6)固定墩结构一般应通过反推力荷重计算确定，但计算时一般很难准确，特别是埋土与玻璃钢管壁的摩擦系数，影响因素较多，取值范围太大根本无法实际应用。对DN200DN300钢管计算，结果一般达2030t，故固定墩可采用C20混凝土，双向配筋主筋应与钢管焊接，固定墩厚300mm，上下左右均伸出钢管壁300mm为妥； 7)供、回水双管平行直埋时，宜采取斜向布置，以便连接分支管时，可避免支管上绕与下绕跨管焊接弯头，使之难以抵抗轴向应力

18、，造成焊缝破坏；8)检查井数量要求少，不应设在交通要道和人行车流频繁处，在管道分支有阀门处及其他各种阀门处；套筒补偿器处；需要经常维修的设备和部件处应设检查井； 9)直埋管埋深应按规范规定，太浅则不能无补偿直埋。表3-1直埋敷设管道最小覆土深度 公称直径(mm)125150200250300350400450500车行道下(m)0.81.01.01.21.2非车行道下(m)0.60.60.70.80.9图3-5直埋敷设横剖面图(1)管道坡度，热水管道坡度不小于0.0020.003，可随地形的自然坡度敷设，但在最高点应设放气阀，最低点设泄水阀。所有去热用户的支管均应坡向与干管连接的检查井，坡度不

19、小于0.001。所有分支管线，在检查井均设排水阀，以便在分支管发生事故时，排除管内存水。(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公路敷设。(7)热水管道在最低点设放水阀，在最高点设放气阀，管线

20、布置见管线平面图。3.7直埋热水管道的防腐(1)管道的防腐涂料选用铁红防锈漆。(2)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。(3)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。表3-2绝热设备及管道外保护层防腐措施 保护层结构保护层表面防腐涂料使用环境涂料名称层数油毡、玻璃布等复合保护层室内架空 醇酸磁漆或调和漆2室外架空2地沟敷设沥青冷底子油或乳化沥青2金属薄板保护层室内外架空管道薄钢板内外表面刷铁红醇酸底漆2薄钢板外表面刷

21、醇酸磁漆2说明： 绝热设备及管道在绝热前需要进行防锈处理，并刷二道防锈漆(铁红酚醛防锈漆或铁红环氧底漆)。表3-3埋地管道目前常用外防腐层 外防腐层涂层结构特点及应用范围聚氨酯硬质泡沫塑料聚氨酯硬质泡沫塑料外贴玻璃钢保护层吸水率小，耐酸、碱性能较好，是良好的绝热，绝缘，防腐材料，使用温度-40120 ，用于直埋绝热管道。PVC防水管材先涂一层底胶，再贴卷材，再涂两层胶粘剂，外保玻璃布等保护层，粘贴和封口用过氯乙烯胶粘剂和氯丁胶粘剂。使用温度-2050 外防腐层涂层结构特点及应用范围环氧煤沥青防腐层见环氧煤沥青防腐结构表33有较好的耐水性，吸水率低，防锈性能好，耐细菌侵蚀，漆膜坚硬，耐酸碱盐性能

22、较好，耐温130，使用寿命78年。石油沥青防腐层见石油沥青防腐结构表34货源充足，价格低，施工经验成熟，但吸水率大(可达20%)，易被细菌侵蚀，使用寿命不长。表3-4非绝热埋地管道环氧煤沥青防腐层结构表 防腐等级防腐层架构总厚度普通级底漆一道环氧煤沥青三道涂层间缠绕玻璃布二层56加强级底漆一道环氧煤沥青四道涂层间缠绕玻璃布三层78特加强级底漆一道环氧煤沥青五道涂层间缠绕玻璃布四层910 表3-5非绝热埋地管道石油沥青防腐层结构表 防腐层层次(从金属表面算起)普通防腐加强防腐特加强防腐1冷底子油冷底子油冷底子油2石油沥青涂料石油沥青涂料石油沥青涂料3防水卷材石油沥青涂料石油沥青涂料4石油沥青涂料

23、防水卷材防水卷材5聚氯乙烯工业薄膜石油沥青涂料石油沥青涂料6石油沥青涂料石油沥青涂料7聚氯乙烯工业薄膜防水卷材8石油沥青涂料9石油沥青涂料10聚氯乙烯工业薄膜防腐层最小厚度4.5693.8热水管网系统的定压方式为实现热水管网设计水压图的运行工况，必须通过设置定压装置，采用一定的定压方式，来维持热水供热系统中定压点压力恒定。供热系统在运行或停止状态下，压力始终保持不变的店成为恒压点。供热系统在无泄漏补水，并忽略热水体积膨胀时，恒压点的压点的压力值是唯一的，且等于静水压线值。恒压点的位置一般在系统循环水泵入口处，也可以在系统的任何一点，视供热系统的形式而定。维持恒压点压力恒定不变是热水供热系统正常

24、运行定的基本条件。热水供热系统由于不严密，产生漏水损失，将引起系统内压力的波动。维持热水供热系统内热媒压力一定或在一定范围内波动，必须不断的向系统内补水。所以热水供热系统的定压系统往往和补水系统同时考虑。热水网路常用的定压方式有膨胀水箱定压，补给水泵定压，惰性气体定压，蒸汽定压等。补给水泵定压方式是目前国内集中供热系统最常用的一种定压方式。补给水泵定压方式主要有三种形式：(1)补给水泵连续补水定压方式(2)补给水泵间歇补水定压方式(3)补给水泵补水定压设在旁通管处的定压方式间歇补水定压方式要比连续补水定压方式少耗一些电能，设备简单，但其动水压曲线上下波动，不如连续补水方式稳定。间歇补水定压方式

25、宜使用在系统规模不大，供水温度不高、系统漏水量较小的供热系统中；对于系统规模较大，供水温度较高的供热系统，应采用连续补水定压方式(见图3-6)。图 3-6 补给水泵连续补水定压方式示意图说明：1-补给水箱 2-补给水泵 3-安全阀 4-加热装置 5-网路循环水泵 6-压力调节阀 7-热用户上述三种补水定压方式，其定压点都在网路循环水泵的吸入端。对于大型的热水供热系统，为了适当地降低网路的运行压力和便于网路的压力工况，可采用定压点设在旁通管的连续补水定压方式，使旁通管不断通过网路水。网路循环水泵的计算流量，要包括这一部分流量，因此多耗电能。鉴于本设计中供热系统规模不大、供热温度不高所以选择间歇性

26、补水定压方式。第4章供暖管网的水力计算4.1供热管网的水力计算方法室内热水供暖系统管道水利计算的基本原理与公式完全适用于室外热水网路，为了简化计算室外供热管网水利计算多采用局部阻力当量长度法。本设计中的水力计算采用当量长度法。4.2供热管网水力计算的步骤(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，。以商店为例进行计算，如下：本设计中各建筑的流量计算表见表4-1表4-1各管段流量计算表建 筑名 称商店干部公寓写字楼会议大厅活动中心小会议室宿舍楼培训中心负荷(kW)8032

27、56014014077400630设计流量(t/h)3.44 13.972.58 6.02 6.023.3117.2027.08(2)确定热水网路的主干线及其平均比摩阻热水网路水利计算是从主干线开始。网路中平均比摩阻最小的一条管线，称为主干线。在一般情况下，热水网路各用户要求预留的作用压差基本相等，所以通常从热源到最远用户的管线是主干线。主干线的平均比摩阻R值对确定整个管网的管径起着决定性的作用，热水网路主干线的比摩阻通常是通过技术分析的方法来确定。当管段的通过能力一定时，管段的比摩阻与管道的直径d的5.25次方成正比，即管径越大将使该管段的比摩阻减小，使热水网路的阻力损失减小，因而循环水泵的

28、功率减小，经济运行费用也减少。但供热管道直径越大，供热管网的建设投资越大。如选用的R值较大，热媒流速高，管径越小，从而降低了管网的基建投资和热损失，但网路循环管水泵的基建投资和电耗随之增加。同时，比摩阻R值的大小，还影响供热管网水利工况的稳定性。比摩阻R值增大，供热管网的水利稳定性将下降。因此需要找出一个经济的比摩阻值，使热水供热管网在规定的计算年限里总费用最少。经济比摩阻是综合考虑管网和热力站的投资与运行电耗及热损失费用等得出的最佳管径设计比摩阻值。当供热管网主干线供、回水干管总长度较长时，比摩阻选用较小值，反之选取较大值。在供热管网主干线末端宜选用比摩阻的较小值，反之选取较大值。在供热管网

29、主干线末端宜选用比摩阻的较小值。影响经济比摩阻的因素很多，“经济比摩阻”的值是一个有待探讨的问题。根据热网规范，在一般情况下热水网路主干线的比摩阻，建议采用3070Pa/m进行计算。(3)根据热水网路主干线各管段的计算流量G和经济比摩阻R值，有热水网路水利计算表，确定各管段的管径d和相应的实际比摩阻R值。根据选用的公称直径和管中局部阻力形式，确定管段局部阻力当量长度Ld及折算长度Lzh。(4)根据管段折算长度Lzh的总和利用下式计算各管段压降P (4-2) 式中，管段压降，Pa； 管段的实际比摩阻,Pa； 管段的实际长度，m； 局部阻力当量长度。 (5)确定主干线的管径后，就可以利用同样方法确定支管管径，为了满足网路中各用户的作用压差平衡，必须使各并联管路的压降大致相等，故并联支线的推荐比摩阻Rtj需用式(4-3)进行计算 Rtj=P/Lzh (4-3) 式中，Rtj推荐比摩阻，Pa/m； P资用压降，即与直线并联的主干线的压降，Pa； Lzh考虑局部阻力的管段折算长度， Lzh=L1.3，m。根据式(4-3)可得到支线的推荐比摩阻，结合管段的流量可利用水力计算表确定支线的公称直径、实际比摩阻及实际压降。(6)对于实际压降过小的管段为消除剩余压头，应在用户引入口或热力站处安