01

市政熱力管道工程設計主要依據

《城鎮供熱管網(wǎng)設計規范》CJJ34-2010

《城鎮供熱直埋熱水管道技術(shù)規程》CJJ/T81-2013

《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管》CJ/T 114

《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管件》CJ/T 155

《火力發(fā)電廠(chǎng)汽水管道應力計算技術(shù)規程》DL/T5366

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在設計階段，首要任務(wù)是精讀上述主要設計規范、規程，作為設計時(shí)的一般規則，這是必須的，也是重中之重。

我讀這些文件時(shí)，一個(gè)首要的心態(tài)或者意識是：這是熱力行業(yè)的法律，任何不遵從或無(wú)意冒犯他的做法，都會(huì )造成相應的后果，不管是后果被發(fā)現或沒(méi)發(fā)現。

02

市政熱力工程設計主要內容

熱源→一級熱網(wǎng)（熱力網(wǎng)）→調壓、調溫站房→二級熱網(wǎng)（街區熱力網(wǎng)）→單體熱力入口

這里我把中繼泵站和換熱站形象的從他們作用方面稱(chēng)為：調壓、調溫站房，易于理解。

03

工程設計適用范圍

熱水管道：壓力≤2.5MPA，溫度≤150℃，公稱(chēng)直徑≤1200mm;

蒸汽管道：壓力≤1.6MPa，溫度≤350℃；

不包括地熱和工業(yè)余熱回收為熱源的熱網(wǎng)

04

多熱源運行方式

（1），分別運行：用閥門(mén)分隔成多個(gè)單熱源，分別供熱；

（2），解列運行：基本熱源先投入使用，氣溫變化時(shí)，分隔出部分官網(wǎng)劃歸尖峰熱源，隨氣溫變化，擴大縮小分隔官網(wǎng)范圍；

（3），聯(lián)網(wǎng)運行：基本熱源投入使用，氣溫變化，投入尖峰熱源

05

供熱管道設計分三類(lèi)：三通、彎管、直管

三通處支線(xiàn)開(kāi)孔管道強度消弱，要有保護措施；

彎管段本身有補償能力，設計時(shí)要將補償量控制在補償能力內；

直管要考慮熱補償，無(wú)補償敷設主要用于埋地，是不采用人為的熱補償措施，人為的熱補償方式包括設置補償器、預熱、一次性補償器覆土后預熱等

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熱負荷Q：采用經(jīng)核實(shí)的資料或圖紙，當沒(méi)有時(shí)，采用熱指標面積估算；

工藝生產(chǎn)熱負荷取最大熱負荷之和x同時(shí)使用系數；

熱電廠(chǎng)應發(fā)展非采暖期熱負荷，如季節性生產(chǎn)熱負荷或制冷熱負荷

07

年耗熱量：民用建筑全年耗熱量，根據公式計算，生產(chǎn)工藝年耗熱量根據年負荷曲線(xiàn)圖計算；

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供熱介質(zhì)：民建應采用熱水（水熱容大、熱能利用率高，無(wú)蒸汽漏氣和凝結水回收損失，輸送距離遠、供熱半徑大），同時(shí)有生產(chǎn)負荷時(shí)，當生產(chǎn)負荷為主要負荷時(shí)，采用蒸汽介質(zhì)；

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介質(zhì)參數：應經(jīng)比較計算，得出最佳供回水溫度，可參考一般熱源廠(chǎng)設計溫度取110—150℃，回水溫度≤70℃；

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水質(zhì)要求：有不銹鋼設備時(shí)，氯離子濃度≤25mg/l;

蒸汽凝結水排放要符合《污水排入城市下水道水質(zhì)標準》

熱力網(wǎng)補水水質(zhì)符合《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》要求，水質(zhì)PH為7到11

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管網(wǎng)形式：

閉式雙管制（一般形式）；閉式多管制（有生產(chǎn)負荷）；單管制（蒸汽管網(wǎng)系統），凝結水管是否設置，要根據生產(chǎn)特點(diǎn)，回收凝結水時(shí)，由于凝結水融氧，要進(jìn)行防腐措施。

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供熱調節：熱源集中調節、熱力站和熱力入口局部調節、用熱設備單獨調節三者結合，對于有生產(chǎn)負荷的供熱系統，應采用局部調節。溫度變化時(shí)，熱源處進(jìn)行集中質(zhì)調節或質(zhì)—量調節。

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設計流量：

閉式管網(wǎng)設計流量：G=3.6Q/c(t1-t2)

c：比熱 4.18；t1:供水溫度；t2:相應的回水溫度；

采用集中質(zhì)-調節調節時(shí)，應采用各種熱負荷在不同溫度的熱力網(wǎng)流量曲線(xiàn)疊加得出的最大流量值作為設計流量；

蒸汽熱力網(wǎng)的設計流量，應按各用戶(hù)最大蒸汽流量x同時(shí)使用系數，凝結水管道的設計流量應按蒸汽管道的設計流量x用戶(hù)凝結水回收率；

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水力計算（設計計算、校核計算、事故分析）：

內容：管網(wǎng)管徑、循環(huán)水泵、中繼泵的流量、揚程；

分析管網(wǎng)系統的正常運行的壓力工況，確保用戶(hù)有足夠的資用壓頭且系統不超壓、不汽化、不倒空；

進(jìn)行事故工況分析；

必要時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)水利分析；

水力計算應滿(mǎn)足連續性方程和壓力降方程，環(huán)網(wǎng)水力計算應保證所有環(huán)線(xiàn)壓力降的代數和為0；

蒸汽管網(wǎng)水力計算時(shí)，應按設計流量進(jìn)行設計計算，再按最小流量進(jìn)行校核計算，根據管線(xiàn)起點(diǎn)壓力和用戶(hù)需要壓力確定的允許壓力降選擇管道直徑；

下列系統除了進(jìn)行靜態(tài)水力計算外，還應進(jìn)行動(dòng)態(tài)水力計算：

長(cháng)距離輸送干線(xiàn)；

供熱范圍內地形高差大；

系統壓力高；

系統工作溫度高；

系統可靠性要求高；

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水力計算參數：

計算熱網(wǎng)主干線(xiàn)管徑，宜采用經(jīng)濟比摩阻，可取30-70PA/m；

支干線(xiàn)、支線(xiàn)應按允許壓力降確定管徑，但流速≤3.5m/s，支干線(xiàn)比魔族≤300PA/m，連接一個(gè)熱力站的支線(xiàn)比魔族可大于300PA/m(支線(xiàn)要充分利用主干線(xiàn)作用壓頭，因此按允許壓力降方法，管徑越大，水利穩定性要求越高，可適當降低比魔族，管徑變大，小管徑比魔族大，消除剩余壓頭，流速大，噪聲、振動(dòng)方面卻不存在問(wèn)題）

蒸汽熱力網(wǎng)凝結水設計比魔族可取100ＰＡ／ｍ

熱力網(wǎng)局部阻力和沿程阻力存在比值，可估算局部阻力；

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壓力工況：

（１）系統的任何一點(diǎn)壓力≥介質(zhì)汽化壓力，并＋３０ｋＰＡ－５０ＫＰＡ富裕壓力；

（２）系統回水壓力要求：

≤直接連接用戶(hù)系統允許壓力；

任何一點(diǎn)≥５０ＫＰＡ；

（３）循環(huán)泵停運，要保持靜態(tài)壓力

系統的任何一點(diǎn)壓力≥介質(zhì)汽化壓力，并＋３０ｋＰＡ－５０ＫＰＡ富裕壓力；

與熱力網(wǎng)直接連接用戶(hù)系統充滿(mǎn)水；

≤系統任何一點(diǎn)允許壓力；

（４）熱力網(wǎng)最不利點(diǎn)資用壓頭，應滿(mǎn)足該點(diǎn)用戶(hù)系統所需作用壓頭；

（５）熱力網(wǎng)應該水力計算基礎上繪制各種運行方案的主干線(xiàn)水壓圖，復雜地區，繪制支干線(xiàn)水壓圖；

（６）中繼泵站位置及參數應根據水壓圖確定；

（７）蒸汽熱力網(wǎng)，宜按設計凝結水量繪制凝結水管網(wǎng)水壓圖；

供熱管網(wǎng)的設計壓力，≥各種運行工況的最高工作壓力＋地形高差形成的靜水壓力＋事故工況分析和動(dòng)態(tài)水力計算要求的安全余量；

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水泵選擇：

循環(huán)水泵揚程≥熱源＋供熱管線(xiàn)＋最不理用戶(hù)環(huán)路壓力損失；

循環(huán)水泵應具有工作點(diǎn)附近較為平緩的流量－揚程特性曲線(xiàn)；

應減少并聯(lián)循環(huán)水泵的臺數；３臺以下，設備用，４臺或４臺以上，不設備用；

采用集中質(zhì)－量調節的單熱源系統，水泵采用變頻泵；

補水泵流量按事故補水，為系統循環(huán)流量的４％，補水泵揚程≥補水點(diǎn)管道壓力加３－５ｍ，當補水泵同時(shí)用于維持靜態(tài)壓力時(shí)，其揚程應滿(mǎn)足靜態(tài)壓力要求；

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管道應力計算：

采用應力分類(lèi)法：

內壓、持續外載引起的一次應力（靜力不平衡，導致屈服，驗算采用彈性分析或極限分析，無(wú)自限性）；

熱脹冷縮、熱位移受約束的二次應力（超過(guò)屈服極限，產(chǎn)生少量塑性變形，變形協(xié)調得到滿(mǎn)足，變形就不再繼續發(fā)展，有自限性，安定性分析，安定條件：≤2倍屈服極限）

峰值應力（管道、附件，如三通，彎頭，局部結構不連續或局部熱應力產(chǎn)生的應力增量，不引起顯著(zhù)變形，但會(huì )導致疲勞裂紋或脆性破壞，采用疲勞分析；

工作循環(huán)最低溫度：底下敷設10℃，計算管道固定點(diǎn)時(shí)，考慮最大溫差，在安裝溫度低于工作循環(huán)最低溫度時(shí)，采用安裝溫度進(jìn)行計算）；
 

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管網(wǎng)布置：

1）熱力管道布置力求短直，主干線(xiàn)通過(guò)熱用戶(hù)密集區，并靠近熱負荷大的用戶(hù)；

2）管道走向最好平行與廠(chǎng)區或建筑區域的干道或建筑物；

3）管道最好不穿越電石庫等由于汽、水泄露會(huì )引起事故的場(chǎng)所，也最好不穿越建筑擴建地和物料堆放地。并且盡量減少與公路、鐵路、溝谷、河流的交叉。交叉時(shí)候，可采用拱形管道。

4）布置應盡量利用管道的自然彎角作為管道受熱膨脹的自然補償。采用方形補償器時(shí)候，盡可能布置在兩固定墩之間中心點(diǎn)上，由于地方限制等原因，保證短邊管道不小于全長(cháng)管段的三分之一。

5）一般熱力地溝分支處都應設置檢查進(jìn)或人孔，直管段長(cháng)100到150m距離，無(wú)分支，也應布置檢查進(jìn)或人孔，所有管道上必須設置閥門(mén)，都應安裝在檢查井或人孔中；

6）主干線(xiàn)支管上，一般都應設置截斷閥門(mén)；

7）蒸汽管道最低點(diǎn)、被閥門(mén)截斷的各蒸汽之最低點(diǎn)、垂直升高管段前的最低點(diǎn)、間隔100-150m直管段等各點(diǎn)，都應該布置疏水閥；

8）熱水管段最低點(diǎn)放水、最高點(diǎn)放氣；

9）直埋和管溝敷設的管道坡度≥千分之二，進(jìn)入建筑物的管道坡向干管；

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管道敷設（架空、地溝、直埋）要點(diǎn)：

1）在山區的熱力管道，采取沿山坡或道路低支架布置；

2）爬山熱力管道，最好采用階梯形布置；

3）跨越溝谷、河流時(shí)候，最好架空沿橋或棧橋布置成拱形管道，注意：管道底部標高高于最高洪水位0.5m以上；

4）地上敷設的管道，可與其他管道敷設在同一個(gè)管架上，利用相互牽扯力（技術(shù)性），減少管架數（經(jīng)濟性）；

5）在濕陷性黃土層、腐蝕性大的土層、永久性?xún)鐾翆?，應架空敷設；

6）地下水位較高或降雨量較大地區，架空敷設；

7）廠(chǎng)區管道宜架空；

8）管道不允許開(kāi)挖的路面或管道多、管徑大、管道垂直高度≥1.5m等情況，采用通行地溝敷設；

9）地面不允許開(kāi)挖，且架空不合理或管道單排水平布置，地溝寬度受到限制，宜采用半通行地溝；

10）河底敷設管道選在較深的穩定河段，1-5級航道河流，管溝覆土深度在航道底設計標高2m以下，其他河流，管溝覆土深度在1m以下；

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直埋敷設方式：

無(wú)補償：不使用補償器、固定支架、完全依靠管道的自然變形及土壤的約束。有冷安裝無(wú)補償直埋（施工簡(jiǎn)單，但要防止軸向失穩）和預熱安裝無(wú)補償直埋兩種，第二種是在供熱管網(wǎng)工作之前進(jìn)行預熱，產(chǎn)生一個(gè)預拉應力，預熱溫度限定在運行溫度和最低溫度之間，溫差產(chǎn)生的熱應力，不超過(guò)管材的許用應力，有敞槽預熱及覆土預熱，覆土預熱需設置一次性補償器；

有補償：當管道溫度高（熱應力大）且難以找到熱源預熱時(shí)采用。有補償分有固定點(diǎn)和無(wú)固定點(diǎn)方式，有固定點(diǎn)是補償器至固定點(diǎn)間距不超過(guò)管道最大過(guò)渡段長(cháng)度；無(wú)固定點(diǎn)重在校核直管段長(cháng)度是否超過(guò)最大過(guò)渡段的兩倍；

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熱伸長(cháng)：

是管道內介質(zhì)溫度變化，引起的管道熱漲、冷縮效應，同時(shí)使管壁產(chǎn)生巨大應力，超過(guò)管材強度極限，會(huì )發(fā)生破壞。計算公式：△L=αL（t1-t2)x1000; (mm);

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補償裝置分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)：

自然彎管補償：L型、Z型、空間立體彎；優(yōu)點(diǎn)簡(jiǎn)單、可靠；缺點(diǎn)變形產(chǎn)生橫向位移；L型角度區間：最好120°到90°，或＜150°；

方形補償器：由四個(gè)90°彎頭組成，優(yōu)點(diǎn)制作方便，補償能力大、軸向推力較??；缺點(diǎn)是單向外伸臂較長(cháng)，占地大，常用四種形式：

自由臂長(cháng)一般為40倍公稱(chēng)直徑長(cháng)度；

套筒補償器：優(yōu)點(diǎn)：安裝簡(jiǎn)單，占地少，補償能力大，流體阻力大，缺點(diǎn)：軸向推力大，造價(jià)高，易漏水漏氣；

波紋補償器：缺點(diǎn)：強度低，補償能力小，軸向推力大；波節以3-6個(gè)最好；安裝前先冷緊，冷緊值為熱伸長(cháng)量一半；

球形補償器：利用球形管接頭的隨機彎轉來(lái)解決熱漲冷縮。對三向位移的蒸汽和熱水最易適用。優(yōu)點(diǎn)：占地小，不存在推力；缺點(diǎn)存在側向位移，易漏水漏汽;