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:
