热力管道设计方法

热网设备选择：

热网循环水泵：泵的总流量应不小于管网总设计流量；

泵的扬程不小于设计流量下热源、热网、最不利用户压力损失之和；

并联运行水泵的特性曲线宜相同；

泵的承压、耐温能力应与热力网设计参数相适应；

应减少并联水泵台数，3台或3台以下循环水泵并联运行时，应设备用泵，当4台或4台以上泵并联运行时，可不设备用泵；多热源联网运行或质量调节的单热源供热系统，采用调速泵。

热网补水泵：闭式热力网补水装置的流量，应不小于供热系统循环流量的2%；事故补水量不小于供热系统循环流量的4%；

开式热力网补水泵的流量，应不小于生活热水最大设计流量和供热系统泄漏量之和；

闭式热力网补水泵应不少于二台，可不设备用泵；开式热力网补水泵不宜少于三台，其中一台备用

事故补水时，软化除氧水量不足，可补充工业水。

热力管道位移及补偿方式：

热位移：管道内介质温度高于周围环境温度，因热胀而产生的伸长。

热补偿：管道的补偿可采用自然补偿和利用补偿器补偿两种方式。

自然补偿是利用管道布置的自然弯曲和扭转产生变形来吸收管道的热伸长，以消除管道的热应力。应尽量采用自然补偿，当自然补偿无法满足补偿要求时，可设置补偿器进行热补偿。选择补偿器时，应根据敷设条件，采用维修工作量小，工作可靠，价格低廉的补偿器。

补偿器：方型补偿器；波纹补偿器；套筒补偿器；球形补偿器。

波纹补偿器：由单层或多层薄壁金属管制成的具有轴向波纹的补偿设备，占地小，介质流动阻力小。

套筒补偿器：由套管和外壳管组成，其补偿能力大，占地小，介质流动阻力小。

球形补偿器：由球体及外壳组成，能作空间变形，补偿能力大，安装方便。

管道应力计算和作用力计算：

（一）热力管道应力计算：

原则：采用应力分类法。

一次应力、二次应力、峰值应力。

一次应力：管道由内压、持续外载引起的应力属于一次应力，应力验算采用弹性分析和极限分析；

二次应力：管道由热胀冷缩等变形受约束产生的应力，属于二次应力，应力验算采用安定性分析；

峰值应力：管件由于局部结构不连续等产生的应力，属于峰值应力，应力验算采用疲劳分析。

计算目的：判断管道是否安全。提供结构设计依据。

管道作用力计算：热胀冷缩受约束产生的作用力；内压产生的不平衡力；活动端位移产生的作用力。

（二）管道作用力计算

固定支架推力计算：

（1）架空和沟道敷设

摩擦力：

，内压力：

式中： Pm —摩擦力（N）；

q—单位长度结构荷重，（N/m）；μ—摩擦系数；

L—管段计算长度（m）；Pn—内压力（MPa）；

P—工作压力（MPa）；F—管道截面积（cm2）。

2）直埋敷设

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—管顶覆土深度（m）；

μ—摩擦系数；Dc—保温管外径（m）；

ρ—土壤密度（kg/m3）。

补偿器推力及内压力的计算与架空和沟道敷设计算方法相同。

（三）管道作用力合成

（1）地上敷设和管沟敷设管道

固定点两侧管段由热胀冷缩受约束引起的作用力和活动端位移产生的作用力的合力相互抵消时，较小方向作用力应乘以0.7抵消系数；固定点两侧管段内压不平衡力抵消系数取１。

（2）直埋敷设热水管道

直埋敷设热水管道应按《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T81的规定执行。

（四）管道支吊架类型

支架：固定支架，活动支架。

吊架：刚性吊架，弹簧吊架。

（五）活动支架间距计算

式中：Lmax—支吊架允许的最大间距（m）；

Et—钢材弹性模量（MPa）；q—管道单位重量（N/m）；

w—管子断面抗弯矩（cm3）；Φ—管子环向焊缝系数。

水平90°弯管两端支吊架间的展开长度，不应大于水平直管段上支吊架最大允许间距的0.73倍。

固定支架不仅承受管道的垂直荷载，还承受管道各向的推力和力矩，间距满足以下条件：

管道在两固定架的热伸长值，不得超过两固定架间补偿器的允许补偿值。

管道的垂直荷重和各向推力和力矩，不得超过固定架结构强度计算的允许值。

固定架的设置，应能防止管道产生振动。

固定架最大间距与管道直径、介质温度和补偿器类型等有关。

中继泵站与热力站：

（一）中继泵站设置原则

距离远、高差大、管网允许压力有限时，为满足末端用户要求，降低电耗，节省费用，需设置中继泵站。

泵站可设在供水或回水管上，优先考虑回水加压。泵站位置及水泵扬程在水力计算的基础上，通过技术经济比较确定。

中继泵站不应建在环状管网的环线上。

（二）中继泵站布置

（1）相邻两个机组基础间的净距

1）当电动机容量小于或等于55kW时，不小于0.8m；

2）当电动机容量大于55kW时，不小于1.2m；

（2）就地检修时，至少在每个机组一侧留有大于水泵机组宽度加0.5m的通道；

（3）相邻两个机组突出部分的净距以及突出部分与墙壁间的净距，应保证泵轴和电动机转子 在检修时能拆卸，并不应小于0.7m，如电动机容量大于55kW，则不应小于1.0m；

（4）中继泵站的主要通道宽度不应小于1.2m；

（5）水泵基础应高出站内地坪0.15m以上。

（6）水泵吸入母管和压出母管之间应设装有止回阀的旁通管。旁通管管径宜与母管等径。

（7）中继泵站水泵入口处应设除污装置。

（三）热力站

作用：连接热网和热用户的中间设备，其作用如下：

（1）将热量从热网转移到热用户。

（2）将热源的参数变换为用户所需的参数，以保证用户系统 安全、经济运行。

（3）检测和计量热用户耗热量。

类型：

根据管网介质分为：水水热力站和汽水热力站；

根据设备型式分为：有人值守热力站和无人值守热力站；

根据服务对象分为：工业热力站和民用热力站。

供热规模：

热力站最佳规模，应通过技术经济比较确定。不具备技术经济比较条件时，热力站的规模宜按下列原则确定：

（1）新建居住区，最大规模以供热范围不超过本街区为限。

（2）已有采暖系统小区，在减少改造工程量的前提下，宜减少热力站的个数。

（3）工业热力站，通常一个单位或数个临近单位设置一个热力站。

水水热力站内主要设备：组合式换热机组（板式换热器、循环水泵、补水泵、除污器及部分控制仪表）、全自动软水器、补水箱等。

热力站换热器选择：

1）选用工作可靠、传热性能良好的换热器；

2）换热器可不设备用。换热器台数和单台能力的确定应适应热负荷的分期增长，并考虑供热可靠性的需要；

循环水泵选择：

1）水泵流量应不小于所有用户的设计流量之和；

2）水泵扬程应不小于换热器、站内管道设备、主干线和最不利用户内部系统阻力之和；

3）水泵台数应不少于2台，其中1台备用。

当采用质—量调节或考虑用户自主调节时应选用调速泵。

水处理设备：间接连接采暖系统的补水质量应保证换热器不结垢，采用化学软化处理时，水质标准应符合以下规定：

补水装置选择：

1）水泵流量为正常补水量的4～5倍，正常补水量采用系统水容量的1％；

2）水泵的扬程不应小于补水点压力加30～50kPa；

3）水泵台数不宜少于2台，其中一台备用；

4）补给水箱的有效容积可按1～1.5小时的正常补水量考虑。

热力管道施工验收：

（一）质量复验报告

复验报告应包括材料品种名称、材料代号、钢材规格、钢厂名称及钢材炉批号、数据来源、化学成分、机械性能。

（二）补偿器安装

方形补偿器：

水平安装时，垂直臂应水平放置，平行臂与管道坡度相同；

垂直安装时，不得在弯管上开孔安装放风和排水管；

补偿器处滑托处的预偏移量应符合设计要求；

冷紧应在两端同时、均匀对称进行，允许误差为10mm。

球形补偿器：

与球形补偿器相连的两垂直臂倾斜角度应符合设计要求，外伸部分应与管道坡度保持一致。

试运行期间在工作压力和温度下观察应转动灵活，密封良好。

波纹补偿器：

波纹补偿器应与管道保持同轴；

有流向标记的补偿器，应使流向标记与管道介质流向一致；

套筒补偿器：

补偿器要与管道保持同轴；

补偿器芯管外露长度不大于规定的伸缩长度，芯管端部与套管内挡圈之间的距离应大于管道冷收缩量；

成型填料圈密封的套筒补偿器，填料品种及规格应符合设计规定，填料圈接口应做成与填料箱圆柱轴线成45°斜面，填料逐圈装入，压紧，各圈接口应相互错开。

非成型填料补偿器，密封填料按规定压力均匀注压。

（三）试压、清洗、吹扫

试压：管道安装质量应符合有关规定，材料、设备资料齐全。

试验方案经有关单位审查同意。对操作人员进行技术、安全交底。

各种支架已安装调整完毕，固定支架混凝土已达到设计强度，回填土及填充物满足设计要求；

焊接质量外观检验合格，焊缝无损检验合格；

安全阀、爆破片及仪表组件等已拆除或加盲板隔离，加盲板处有明显的标记并作记录，安全阀全开，填料密实；

管道自由端加固装置安装完成，确认安全可靠，试验管道与无关系统隔开，不得影响其它系统安全；

压力表已校验，精度不低于1.5级，表满量程达到试验压力1.5～2倍，不少于两支；安装在试验泵出口和试验系统末端。

压力试验前应划定工作区，并设标志，无关人员不得进入；

检查室、管沟及直埋管道的沟槽中有可靠的排水系统；

试压现场清理完毕，具备对试验管道和设备进行检查的条件。

管道清洗：

将不能与管道同时清洗的仪表等与清洗管道隔开；

支架的牢固程度能承受清洗时的冲击力；

管道的排水装置应满足排放水量的要求，并能将脏物排除；

清洗装置安装完毕并经检查合格。

蒸汽吹扫：

吹扫前应缓慢升温暖管，恒温1小时后进行吹扫；

吹扫用蒸汽压力和流量应按计算确定；

吹扫次数一般为2～3次，每次间隔时间为2～4小时；

吹扫用排汽管的管径应根据计算确定并能将脏物排出，管口朝向、高度、倾角应计算确定，要保证安全可靠。

管道清洗示意图：

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