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1、热力管道设计方法 2016年11月 北京 热力管道 GB2 GB类压力管道 城市或乡镇范围内的用于公用或民用的燃气和热力管道 燃气管道GB1热力管道GB2 一 集中供热系统 一 定义 定义一个或多个热源通过供热管网向多个用户供热的系统 由热源 热网和用户组成 作用热源 能量转换 将天然或人造能源转化为热能 热网 能量输送 向用户输送和分配供热介质的管线 用户 从热源获得热能的用热装置 二 主要分类 热电厂供热系统锅炉房供热系统余热供热系统可再生能源供热系统 二 主要分类 根据热源分类 蒸汽供热系统热水供热系统 二 主要分类 根据热媒分类 二 主要分类 根据供热管网分类 单管制双管制多管制 自然
2、条件 用户性质 安全 经济 用户规模 三 选择方法 二 热负荷 根据负荷性质分为 生产热负荷采暖热负荷通风热负荷空调热负荷生活热水热负荷 一 热负荷类型 D 平均耗汽量 kg h B1 年燃料耗量 kg QL 低位发热量 kJ kg b 锅炉效率 s 供热系统效率 生产工艺热负荷 生产工艺实际数据 按燃料耗量验算 按产品单耗验算 二 热负荷计算 W 年产量 t或件 b 单位产品耗煤量 kg t或kg 件 回水率Ta 年平均负荷利用小时数 h hb hma 供汽焓 补水焓 kJ kg hrt 回水焓 kJ kg Qh qhA 10 3式中Qh 采暖设计热负荷 kW qh 采暖热指标 W m2 A
3、 采暖建筑物的建筑面积 m2 采暖热负荷 室外采暖设计温度时 为保证室内温度符合要求 由供热设备提供的热量 二 热负荷计算 三 供热管网 输送距离长分支节点多附件设备多热水管网发生事故时允许有停供抢修时间一般管网事故抢修时间不超过12小时 大型管网事故抢修时间不超过24小时 一 供热管网特点 常用设计规范 城镇热力网设计规范 CJJ34 2010 城镇直埋供热管道工程技术规程 CJJ 81 98 城镇供热直埋蒸汽管道技术规程 CJJ104 2005 城镇供热管网工程施工及验收规范 CJJ28 2004 工业金属管道工程施工及验收规范 GB50235 2010 工业金属管道设计规范 GB5031
4、6 2008 工业设备及管道绝热工程设计规范 GB50246 97 工业设备及管道绝热工程施工规范 GB50126 2008 现场设备 工业管道焊接工程施工及验收规范 GB50236 98 高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管 CJ T114 2000 高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管管件 CJ T155 2001 多管制管网 枝状管网 平面布置形式 环状管网 二 平面布置形式 枝状管网从热源引出主干线向用户供热 形成类似树枝状的管网 特点 型式简单 投资低 调节方便 安全性较差 热源 用户 用户 用户 用户 用户 二 平面布置形式 环状管网 管网主干线之间连通构成环形
5、 特点 安全可靠 投资高 热源 用户 用户 用户 用户 用户 用户 用户 二 平面布置形式 供热面积大于1000万m2的热网干线宜连成环网 最低供热保证率 多管制管网 供热系统中热用户所需介质参数差别较大 2 不能间断的热用户 热负荷变化较大 季节性热负荷占全年总负荷比例较大 二 平面布置形式 平行于道路中心 敷设在车行道以外 同一条管道应沿街道一侧敷设 穿过厂区的热网敷设在易于检修和维护的位置 通过非建筑区的热力网管道应沿公路敷设 宜避开土质松软地区 地震断裂带 滑坡危险带等不利地段 DN 300mm管道 可穿过地下室或用开槽施工法自建筑物下专门敷设的管沟内穿过 架空管道可和其它管道敷设在同
6、一管架上 应便于检修 不得架设在腐蚀性介质管道的下方 热网可以和自来水 10kV以下的电力电缆 通讯线路 压缩空气管道 压力排水管和重油管敷设在管沟内 热力管应高于自来水管和重油管 自来水管应做绝热层和防水层 三 平面布置形式 三 平面布置形式 运行安全 节约用地 总原则 降低投资 施工维修方便 燃气管不得进入热网管沟 热网管沟与燃气管道交叉垂直净距小于300mm时 燃气管必须加套管 套管两端超出管沟1m以上 四 管道敷设方式 低支架 中支架 高支架 敷设方式 地下敷设 地上敷设 直埋 管沟 四 管道敷设方式 低支架 H 0 3 1 0m 中支架H 2 0 4 5m 高支架H 4 5m 地上敷
7、设 四 管道敷设方式 通行 半通行 不通行 地沟敷设 冷安装 敞槽预热安装 覆土预热安装 四 管道敷设方式 无补偿 有补偿 直埋敷设 选择原则 城镇街道上和居住区内的管网宜采用地下敷设 地下敷设困难时 可采用地上敷设 但应注意美观 厂区热力网管道 宜采用地上敷设 热水管道地下敷设时 优先采用直埋敷设 管沟敷设首选不通行管沟敷设 穿越不允许开挖检修的地段时 采用通行管沟敷设 通行管沟困难时 采用半通行管沟敷设 蒸汽直埋敷设应采用保温良好 防水可靠 耐腐蚀的预制保温管 设计寿命不低于25年 直埋敷设与地沟敷设经济技术比较 四 管道敷设方式 地上敷设管道与建 构 筑物或其它管线距离 五 间距要求 地
8、下敷设热网与建 构 筑物或其它管线距离 五 间距要求 地下敷设热网与建 构 筑物或其它管线距离 五 间距要求 直埋敷设热力网管道最小覆土深度 直埋敷设管道最小覆土深度应考虑土壤和地面活荷载对管道强度的影响并保证管道不发生纵向失稳 具体规定应按 城镇直埋供热管道工程技术规程 CJJ T81规定执行 五 间距要求 管材 无缝钢管 电弧焊或高频焊焊接钢管 管道和钢材的规格及质量应符合国家相关标准 连接方式 焊接 法兰连接和螺纹连接 热网连接应采用焊接 管道与设备 阀门等连接也应采用焊接 需拆卸时 采用法兰连接 DN 25mm的放气阀 可采用螺纹连接 连接放气阀的管道应采用厚壁管 六 管材及连接方式
9、弯头 异径管 三通 法兰 阀门及放气 放水装置等 七 热力网管道附件 阀门 管道干线 支干线 支线的起点安装关断阀门 热水网干线设分段阀门 输送干线2 3km 输配干线1 1 5km 热源 用户 2km 热源 用户 用户 输送干线 输配干线 七 热力网管道附件 热源间的连通干线 环网分段阀应采用双向密封阀门 压力 1 6MPa 且直径 500mm的闸阀应安装旁通阀 直径按阀门直径十分之一选用 直径 500mm的阀门 宜采用电动驱动装置 2km 放气 疏放水装置 热水 凝结水管道高点安装放气装置 低点安装放水装置 蒸汽管低点设启动疏水和经常疏水装置 热水管道放水时间 七 热力网管道附件 疏放水小
10、室 检查室 七 热力网管道附件 净空高度不小于1 8m 通道宽度不小于0 6m 保温结构表面与检查室地面距离不小于0 6m 人孔直径不小于0 7m 不少于2个 对角布置 人孔避开检查室内设备 净空面积小于4m2时 可设1个人孔 至少设1个集水坑 置于人孔下方 检查室地面应低于管沟内底不小于0 3m 爬梯高度大于4m时应设护拦或在爬梯中间设平台 弯头 三通 法兰 变径管 弯头 三通 法兰 变径管均选用标准件 弯头的壁厚应不小于管道壁厚 焊接弯头应双面焊接 变径管制作应采用压制或钢板卷制 壁厚不小于管道壁厚 钢管焊制三通 支管开孔应进行补强 对于承受干管轴向荷载较大的直埋敷设管道 应考虑三通干管的
11、轴向补强 其技术要求按 城镇直埋供热管道工程技术规程 CJJ T81规定执行 七 热力网管道附件 1 设备及管道绝热技术通则 GB T4272 3 工业设备及管道绝热工程设计规范 GB 50264 2 设备和管道绝热设计导则 GB T8175 保温目的 减少热损失 节能运行人员安全保证用户用热需求 七 热力网保温结构设计 执行标准 保温材料选用原则 工作温度下的导热系数不大于0 08W m K 有随温度变化的导热系数方程式或图表 松散或可压缩的保温材料应有使用密度下的导热系数方程式或图表 硬质预制成型制品抗压强度不应小于0 3MPa 半硬质的保温材料压缩10 时的抗压强度不应小于0 2MPa
12、3 密度不应大于300kg m3 其它 吸水率低 对环境人体危害小 对管道无腐蚀 七 热力网保温结构设计 直埋敷设热水管道 采用钢管 保温层 外护管结合成一体的预制管 符合 高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管 CJ T114和 玻璃纤维增强塑料外护层聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管 CJ T129的规定 聚乙烯 七 热力网保温结构设计 保温计算 计算管网散热损失 供热介质温降 确定经济保温厚度 七 热力网保温结构设计 mm 热损失费用 0 费用 元 总费用 保温费用 T0 四 管网水力计算 1 设计计算 3 事故分析 2 校核计算 一 计算型式 分析供热系统正常运行的压力工况 2 确定
13、管径 流量和压力损失 进行事故工况分析 3 必要时进行动态水力分析 二 水力计算内容 计算流量选取原则从热源引出的主管按热源最大能力计算 直接与用户连接的支管按用户远期负荷计算 主干管或分支干管按各用户计算流量之和计算 二 计算参数确定 计算长度 管道几何展开长度和管件局部阻力当量长度 Lj 1 Lz Lj 计算长度 m Lz 几何展开长度 m 局部阻力与沿程阻力的比值 二 计算参数确定 介质允许流速 h P Lj h 单位长度允许压降 Pa m Lj 主干线计算长度 m P 主干线压差 Pa 二 计算参数确定 主干线单位长度允许压降 式中Dn 管道内径 mm Q 计算流量 m3 h w 介质
14、流速 m s 管网管径 压力损失 P P1 P2 P3式中P1 沿程阻力P2 局部阻力P3 静压力 二 计算参数确定 管网水力计算表表8 1 管网水力计算表 三 计算结果 三 计算结果 三 计算结果 动态水力分析条件输送距离长 地形高差大 压力高 温度高 可靠性要求高 动态水力分析内容循环泵或中继泵 输送干线阀门 换热器等发生事故时的压力瞬变 安全保护措施 1 设置氮气定压罐 2 设置静压分区阀 3 设置紧急泄水阀 4 延长主阀关闭时间 5 循环泵 中继泵与输送干线的分段阀联锁控制 6 提高管道和设备的承压等级 7 适当提高定压或静压水平 8 增加事故补水能力 四 动态水力工况分析 热网循环水
15、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 五 热网设备选择 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
16、一台备用事故补水时 软化除氧水量不足 可补充工业水 热网补水泵 五 热网设备选择 五 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 一 基本概念 方型补偿器 波纹补偿器 套筒补偿器 补偿器 球形补偿器 二 补偿器类型 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 波纹补偿器结构图 波纹补偿器外型图 三 补偿器特点 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 直埋型套筒补偿器 套筒补偿器外型图 三 补偿器特点 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 三 补偿器特点 六 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
