熱力管道設(shè)計(jì)方法

熱網(wǎng)設(shè)備選擇：

熱網(wǎng)循環(huán)水泵：泵的總流量應(yīng)不小于管網(wǎng)總設(shè)計(jì)流量；

泵的揚(yáng)程不小于設(shè)計(jì)流量下熱源、熱網(wǎng)、最不利用戶壓力損失之和；

并聯(lián)運(yùn)行水泵的特性曲線宜相同；

泵的承壓、耐溫能力應(yīng)與熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)相適應(yīng)；

應(yīng)減少并聯(lián)水泵臺數(shù)，3臺或3臺以下循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行時，應(yīng)設(shè)備用泵，當(dāng)4臺或4臺以上泵并聯(lián)運(yùn)行時，可不設(shè)備用泵；多熱源聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行或質(zhì)量調(diào)節(jié)的單熱源供熱系統(tǒng)，采用調(diào)速泵。

熱網(wǎng)補(bǔ)水泵：閉式熱力網(wǎng)補(bǔ)水裝置的流量，應(yīng)不小于供熱系統(tǒng)循環(huán)流量的2%；事故補(bǔ)水量不小于供熱系統(tǒng)循環(huán)流量的4%；

開式熱力網(wǎng)補(bǔ)水泵的流量，應(yīng)不小于生活熱水最大設(shè)計(jì)流量和供熱系統(tǒng)泄漏量之和；

閉式熱力網(wǎng)補(bǔ)水泵應(yīng)不少于二臺，可不設(shè)備用泵；開式熱力網(wǎng)補(bǔ)水泵不宜少于三臺，其中一臺備用

事故補(bǔ)水時，軟化除氧水量不足，可補(bǔ)充工業(yè)水。

熱力管道位移及補(bǔ)償方式：

熱位移：管道內(nèi)介質(zhì)溫度高于周圍環(huán)境溫度，因熱脹而產(chǎn)生的伸長。

熱補(bǔ)償：管道的補(bǔ)償可采用自然補(bǔ)償和利用補(bǔ)償器補(bǔ)償兩種方式。

自然補(bǔ)償是利用管道布置的自然彎曲和扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生變形來吸收管道的熱伸長，以消除管道的熱應(yīng)力。應(yīng)盡量采用自然補(bǔ)償，當(dāng)自然補(bǔ)償無法滿足補(bǔ)償要求時，可設(shè)置補(bǔ)償器進(jìn)行熱補(bǔ)償。選擇補(bǔ)償器時，應(yīng)根據(jù)敷設(shè)條件，采用維修工作量小，工作可靠，價格低廉的補(bǔ)償器。

補(bǔ)償器：方型補(bǔ)償器；波紋補(bǔ)償器；套筒補(bǔ)償器；球形補(bǔ)償器。

波紋補(bǔ)償器：由單層或多層薄壁金屬管制成的具有軸向波紋的補(bǔ)償設(shè)備，占地小，介質(zhì)流動阻力小。

套筒補(bǔ)償器：由套管和外殼管組成，其補(bǔ)償能力大，占地小，介質(zhì)流動阻力小。

球形補(bǔ)償器：由球體及外殼組成，能作空間變形，補(bǔ)償能力大，安裝方便。

管道應(yīng)力計(jì)算和作用力計(jì)算：

（一）熱力管道應(yīng)力計(jì)算：

原則：采用應(yīng)力分類法。

一次應(yīng)力、二次應(yīng)力、峰值應(yīng)力。

一次應(yīng)力：管道由內(nèi)壓、持續(xù)外載引起的應(yīng)力屬于一次應(yīng)力，應(yīng)力驗(yàn)算采用彈性分析和極限分析；

二次應(yīng)力：管道由熱脹冷縮等變形受約束產(chǎn)生的應(yīng)力，屬于二次應(yīng)力，應(yīng)力驗(yàn)算采用安定性分析；

峰值應(yīng)力：管件由于局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)等產(chǎn)生的應(yīng)力，屬于峰值應(yīng)力，應(yīng)力驗(yàn)算采用疲勞分析。

計(jì)算目的：判斷管道是否安全。提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)。

管道作用力計(jì)算：熱脹冷縮受約束產(chǎn)生的作用力；內(nèi)壓產(chǎn)生的不平衡力；活動端位移產(chǎn)生的作用力。

（二）管道作用力計(jì)算

固定支架推力計(jì)算：

（1）架空和溝道敷設(shè)

摩擦力：

，內(nèi)壓力：

式中： Pm —摩擦力（N）；

q—單位長度結(jié)構(gòu)荷重，（N/m）；μ—摩擦系數(shù)；

L—管段計(jì)算長度（m）；Pn—內(nèi)壓力（MPa）；

P—工作壓力（MPa）；F—管道截面積（cm2）。

2）直埋敷設(shè)

摩擦力：Pm=μ·ρ·[π Dc·（H+Dc/2）·g]/V

式中： Pm—每米管道的摩擦力（N/m）；

H—管頂覆土深度（m）；

μ—摩擦系數(shù)；Dc—保溫管外徑（m）；

ρ—土壤密度（kg/m3）。

補(bǔ)償器推力及內(nèi)壓力的計(jì)算與架空和溝道敷設(shè)計(jì)算方法相同。

（三）管道作用力合成

（1）地上敷設(shè)和管溝敷設(shè)管道

固定點(diǎn)兩側(cè)管段由熱脹冷縮受約束引起的作用力和活動端位移產(chǎn)生的作用力的合力相互抵消時，較小方向作用力應(yīng)乘以0.7抵消系數(shù)；固定點(diǎn)兩側(cè)管段內(nèi)壓不平衡力抵消系數(shù)?。薄?/p>

（2）直埋敷設(shè)熱水管道

直埋敷設(shè)熱水管道應(yīng)按《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》CJJ/T81的規(guī)定執(zhí)行。

（四）管道支吊架類型

支架：固定支架，活動支架。

吊架：剛性吊架，彈簧吊架。

（五）活動支架間距計(jì)算

式中：Lmax—支吊架允許的最大間距（m）；

Et—鋼材彈性模量（MPa）；q—管道單位重量（N/m）；

w—管子斷面抗彎矩（cm3）；Φ—管子環(huán)向焊縫系數(shù)。

水平90°彎管兩端支吊架間的展開長度，不應(yīng)大于水平直管段上支吊架最大允許間距的0.73倍。

固定支架不僅承受管道的垂直荷載，還承受管道各向的推力和力矩，間距滿足以下條件：

管道在兩固定架的熱伸長值，不得超過兩固定架間補(bǔ)償器的允許補(bǔ)償值。

管道的垂直荷重和各向推力和力矩，不得超過固定架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算的允許值。

固定架的設(shè)置，應(yīng)能防止管道產(chǎn)生振動。

固定架最大間距與管道直徑、介質(zhì)溫度和補(bǔ)償器類型等有關(guān)。

中繼泵站與熱力站：

（一）中繼泵站設(shè)置原則

距離遠(yuǎn)、高差大、管網(wǎng)允許壓力有限時，為滿足末端用戶要求，降低電耗，節(jié)省費(fèi)用，需設(shè)置中繼泵站。

泵站可設(shè)在供水或回水管上，優(yōu)先考慮回水加壓。泵站位置及水泵揚(yáng)程在水力計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。

中繼泵站不應(yīng)建在環(huán)狀管網(wǎng)的環(huán)線上。

（二）中繼泵站布置

（1）相鄰兩個機(jī)組基礎(chǔ)間的凈距

1）當(dāng)電動機(jī)容量小于或等于55kW時，不小于0.8m；

2）當(dāng)電動機(jī)容量大于55kW時，不小于1.2m；

（2）就地檢修時，至少在每個機(jī)組一側(cè)留有大于水泵機(jī)組寬度加0.5m的通道；

（3）相鄰兩個機(jī)組突出部分的凈距以及突出部分與墻壁間的凈距，應(yīng)保證泵軸和電動機(jī)轉(zhuǎn)子 在檢修時能拆卸，并不應(yīng)小于0.7m，如電動機(jī)容量大于55kW，則不應(yīng)小于1.0m；

（4）中繼泵站的主要通道寬度不應(yīng)小于1.2m；

（5）水泵基礎(chǔ)應(yīng)高出站內(nèi)地坪0.15m以上。

（6）水泵吸入母管和壓出母管之間應(yīng)設(shè)裝有止回閥的旁通管。旁通管管徑宜與母管等徑。

（7）中繼泵站水泵入口處應(yīng)設(shè)除污裝置。

（三）熱力站

作用：連接熱網(wǎng)和熱用戶的中間設(shè)備，其作用如下：

（1）將熱量從熱網(wǎng)轉(zhuǎn)移到熱用戶。

（2）將熱源的參數(shù)變換為用戶所需的參數(shù)，以保證用戶系統(tǒng) 安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（3）檢測和計(jì)量熱用戶耗熱量。

類型：

根據(jù)管網(wǎng)介質(zhì)分為：水水熱力站和汽水熱力站；

根據(jù)設(shè)備型式分為：有人值守?zé)崃φ竞蜔o人值守?zé)崃φ荆?/p>

根據(jù)服務(wù)對象分為：工業(yè)熱力站和民用熱力站。

供熱規(guī)模：

熱力站最佳規(guī)模，應(yīng)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。不具備技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較條件時，熱力站的規(guī)模宜按下列原則確定：

（1）新建居住區(qū)，最大規(guī)模以供熱范圍不超過本街區(qū)為限。

（2）已有采暖系統(tǒng)小區(qū)，在減少改造工程量的前提下，宜減少熱力站的個數(shù)。

（3）工業(yè)熱力站，通常一個單位或數(shù)個臨近單位設(shè)置一個熱力站。

水水熱力站內(nèi)主要設(shè)備：組合式換熱機(jī)組（板式換熱器、循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵、除污器及部分控制儀表）、全自動軟水器、補(bǔ)水箱等。

熱力站換熱器選擇：

1）選用工作可靠、傳熱性能良好的換熱器；

2）換熱器可不設(shè)備用。換熱器臺數(shù)和單臺能力的確定應(yīng)適應(yīng)熱負(fù)荷的分期增長，并考慮供熱可靠性的需要；

循環(huán)水泵選擇：

1）水泵流量應(yīng)不小于所有用戶的設(shè)計(jì)流量之和；

2）水泵揚(yáng)程應(yīng)不小于換熱器、站內(nèi)管道設(shè)備、主干線和最不利用戶內(nèi)部系統(tǒng)阻力之和；

3）水泵臺數(shù)應(yīng)不少于2臺，其中1臺備用。

當(dāng)采用質(zhì)—量調(diào)節(jié)或考慮用戶自主調(diào)節(jié)時應(yīng)選用調(diào)速泵。

水處理設(shè)備：間接連接采暖系統(tǒng)的補(bǔ)水質(zhì)量應(yīng)保證換熱器不結(jié)垢，采用化學(xué)軟化處理時，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合以下規(guī)定：

補(bǔ)水裝置選擇：

1）水泵流量為正常補(bǔ)水量的4～5倍，正常補(bǔ)水量采用系統(tǒng)水容量的1％；

2）水泵的揚(yáng)程不應(yīng)小于補(bǔ)水點(diǎn)壓力加30～50kPa；

3）水泵臺數(shù)不宜少于2臺，其中一臺備用；

4）補(bǔ)給水箱的有效容積可按1～1.5小時的正常補(bǔ)水量考慮。

熱力管道施工驗(yàn)收：

（一）質(zhì)量復(fù)驗(yàn)報(bào)告

復(fù)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括材料品種名稱、材料代號、鋼材規(guī)格、鋼廠名稱及鋼材爐批號、數(shù)據(jù)來源、化學(xué)成分、機(jī)械性能。

（二）補(bǔ)償器安裝

方形補(bǔ)償器：

水平安裝時，垂直臂應(yīng)水平放置，平行臂與管道坡度相同；

垂直安裝時，不得在彎管上開孔安裝放風(fēng)和排水管；

補(bǔ)償器處滑托處的預(yù)偏移量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；

冷緊應(yīng)在兩端同時、均勻?qū)ΨQ進(jìn)行，允許誤差為10mm。

球形補(bǔ)償器：

與球形補(bǔ)償器相連的兩垂直臂傾斜角度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，外伸部分應(yīng)與管道坡度保持一致。

試運(yùn)行期間在工作壓力和溫度下觀察應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，密封良好。

波紋補(bǔ)償器：

波紋補(bǔ)償器應(yīng)與管道保持同軸；

有流向標(biāo)記的補(bǔ)償器，應(yīng)使流向標(biāo)記與管道介質(zhì)流向一致；

套筒補(bǔ)償器：

補(bǔ)償器要與管道保持同軸；

補(bǔ)償器芯管外露長度不大于規(guī)定的伸縮長度，芯管端部與套管內(nèi)擋圈之間的距離應(yīng)大于管道冷收縮量；

成型填料圈密封的套筒補(bǔ)償器，填料品種及規(guī)格應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，填料圈接口應(yīng)做成與填料箱圓柱軸線成45°斜面，填料逐圈裝入，壓緊，各圈接口應(yīng)相互錯開。

非成型填料補(bǔ)償器，密封填料按規(guī)定壓力均勻注壓。

（三）試壓、清洗、吹掃

試壓：管道安裝質(zhì)量應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定，材料、設(shè)備資料齊全。

試驗(yàn)方案經(jīng)有關(guān)單位審查同意。對操作人員進(jìn)行技術(shù)、安全交底。

各種支架已安裝調(diào)整完畢，固定支架混凝土已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，回填土及填充物滿足設(shè)計(jì)要求；

焊接質(zhì)量外觀檢驗(yàn)合格，焊縫無損檢驗(yàn)合格；

安全閥、爆破片及儀表組件等已拆除或加盲板隔離，加盲板處有明顯的標(biāo)記并作記錄，安全閥全開，填料密實(shí)；

管道自由端加固裝置安裝完成，確認(rèn)安全可靠，試驗(yàn)管道與無關(guān)系統(tǒng)隔開，不得影響其它系統(tǒng)安全；

壓力表已校驗(yàn)，精度不低于1.5級，表滿量程達(dá)到試驗(yàn)壓力1.5～2倍，不少于兩支；安裝在試驗(yàn)泵出口和試驗(yàn)系統(tǒng)末端。

壓力試驗(yàn)前應(yīng)劃定工作區(qū)，并設(shè)標(biāo)志，無關(guān)人員不得進(jìn)入；

檢查室、管溝及直埋管道的溝槽中有可靠的排水系統(tǒng)；

試壓現(xiàn)場清理完畢，具備對試驗(yàn)管道和設(shè)備進(jìn)行檢查的條件。

管道清洗：

將不能與管道同時清洗的儀表等與清洗管道隔開；

支架的牢固程度能承受清洗時的沖擊力；

管道的排水裝置應(yīng)滿足排放水量的要求，并能將臟物排除；

清洗裝置安裝完畢并經(jīng)檢查合格。

蒸汽吹掃：

吹掃前應(yīng)緩慢升溫暖管，恒溫1小時后進(jìn)行吹掃；

吹掃用蒸汽壓力和流量應(yīng)按計(jì)算確定；

吹掃次數(shù)一般為2～3次，每次間隔時間為2～4小時；

吹掃用排汽管的管徑應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定并能將臟物排出，管口朝向、高度、傾角應(yīng)計(jì)算確定，要保證安全可靠。

管道清洗示意圖：

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