陳耀耀

摘要∶我國人口不斷增加，城市化進(jìn)程不斷發(fā)展，而市政供熱工程也需要以更高的標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施，才能夠符合當(dāng)前人民的需求，供熱網(wǎng)管需要科學(xué)設(shè)計(jì)，確定相對(duì)準(zhǔn)確的負(fù)荷狀態(tài)，才能對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文對(duì)城市供熱網(wǎng)管設(shè)計(jì)原則進(jìn)行分析，對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并且提出的總體布局特點(diǎn)，希望能夠得到借鑒。

關(guān)鍵詞∶供熱管網(wǎng)：設(shè)計(jì)：市政

引言：在城市建設(shè)時(shí)，市政供熱系統(tǒng)作為我國北方城市重要基礎(chǔ)設(shè)施，是保障民生的重要手段，北方城市集中供熱管道基本采用地下直埋敷設(shè)方 式。相比于管溝敷設(shè)和架空敷設(shè)，地下直埋供熱管道具有基本不占用地上 空間、散熱損失小等特點(diǎn)。市政集中供熱管網(wǎng)應(yīng)避免影響城市景觀，并確 保城市供熱的最基本質(zhì)量。供熱管網(wǎng)需要進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)，以往在設(shè)計(jì) 時(shí)常出現(xiàn)一些問題，影響城市的供熱系統(tǒng)正常運(yùn)行，因此在供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)國家和地方的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，結(jié)合供熱管網(wǎng)近、遠(yuǎn)期熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)供熱管網(wǎng)方案設(shè)計(jì)階段也要對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn) 行反復(fù)和探討和研究，保證設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。

一.市政供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)原則

1.供熱的設(shè)計(jì)原則

應(yīng)符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和能源政策，在設(shè)計(jì)階段，要掌握相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和程序，遵循供熱管網(wǎng)建設(shè)的原則，進(jìn)行供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)，熱水管線設(shè)計(jì)壓力不大于2.5MPa，設(shè)計(jì)溫度不大于200℃;蒸汽管道設(shè)計(jì)壓力不大于1.6Mpa，設(shè)計(jì)溫度不大于350℃。[1]

2.供熱管網(wǎng)系統(tǒng)形式

市政供熱管網(wǎng)布置形式主要有枝狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)兩種類型。

對(duì)于單一熱源供熱系統(tǒng)，供熱管網(wǎng)多采用枝狀管網(wǎng)布置形式，枝狀管網(wǎng)具有系統(tǒng)簡單，投資相對(duì)較小，運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn);但相對(duì)于環(huán)狀管網(wǎng)，枝狀管網(wǎng)可靠性稍顯不足，當(dāng)供熱管網(wǎng)某處發(fā)生故障時(shí)，將無法對(duì)故障點(diǎn)下游熱用戶進(jìn)行供熱。

近年來，不少地區(qū)采用了多熱源聯(lián)合供熱的方式進(jìn)行市政供熱。多熱 源聯(lián)合供熱系統(tǒng)多采用環(huán)狀管網(wǎng)設(shè)計(jì)。各熱源與供熱管網(wǎng)之間設(shè)置切斷閥。 例如，在采暖期初期僅將基礎(chǔ)熱源投人使用，隨著采暖期熱負(fù)荷增加，陸續(xù)投人調(diào)峰熱源;系統(tǒng)還可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁刈兓瑢?duì)各熱源進(jìn)行靈活配置。多熱源環(huán)網(wǎng)供熱系統(tǒng)，初投資較高，但增加了供熱系統(tǒng)的靈活性和可靠性，當(dāng)某個(gè)熱源或供熱管網(wǎng)局部出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過切斷閥將故障區(qū)域與系統(tǒng)隔離，而不影響其他區(qū)域供熱系統(tǒng)的運(yùn)行。

二.相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)

1.管道熱補(bǔ)償方式設(shè)計(jì)

市政供熱管網(wǎng)根據(jù)長直管段是否設(shè)置補(bǔ)償器可以分為有補(bǔ)償設(shè)計(jì)和無補(bǔ)償設(shè)計(jì)兩大類。

有補(bǔ)償設(shè)計(jì)中可分為管線布置中自然形成的補(bǔ)償彎;設(shè)計(jì)過程中人為設(shè)置的"L"型、"Z"型、"m"型等補(bǔ)償彎;采用波紋管補(bǔ)償器、套筒補(bǔ)償器等補(bǔ)償。補(bǔ)償器的使用在降低熱網(wǎng)應(yīng)力水平的同時(shí)，也帶來了投資增加，檢維修工作量加大，系統(tǒng)故障率增加等問題。

經(jīng)過近幾十年的熱網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及國內(nèi)外學(xué)者的研究，市政供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)在具備條件時(shí)多采用無補(bǔ)償設(shè)計(jì)。無補(bǔ)償設(shè)計(jì)主要是指在熱網(wǎng)的長直管線中，主要采用自然形成的補(bǔ)償彎或者人為設(shè)置少量的補(bǔ)償彎進(jìn)行補(bǔ)償。 無補(bǔ)償直埋熱網(wǎng)通過土壤錨固、管道有限量塑性變形的等多重作用，在管道內(nèi)留有殘余應(yīng)力的狀態(tài)下，管系仍然能夠安定在彈性狀態(tài)下且管道結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞。

2.應(yīng)力分析

設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)對(duì)工作循環(huán)最高溫度下管道進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。由持續(xù)載荷作用產(chǎn)生的一次應(yīng)力應(yīng)進(jìn)行彈性分析和極限分析;由管道熱脹冷縮引起的二次應(yīng)力應(yīng)在管道的許用應(yīng)力范圍內(nèi)。目前在熱力管道設(shè)計(jì)過程中，一般采用應(yīng)力分析軟件進(jìn)行詳細(xì)分析計(jì)算，常用的直埋熱力管道分析軟件有sTART-PR0F、CAEsAR Ⅱ等商用軟件，也有國內(nèi)學(xué)者自行開發(fā)的計(jì)算軟件。當(dāng)熱應(yīng)力較大時(shí)，優(yōu)先采用自然補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行補(bǔ)償，如果采用補(bǔ)償 器進(jìn)行補(bǔ)償，應(yīng)充分考慮補(bǔ)償器管系中固定支架的受力問題。[3]

3.供熱管道的選擇

目前較為常見的市政供熱管網(wǎng)一次網(wǎng)供水設(shè)計(jì)溫度一般在110～130℃。管道多采用預(yù)制直埋保溫管道，具有工程造價(jià)低、熱損失小、防腐性能好、占地少、施工快等優(yōu)點(diǎn)。

直埋預(yù)制保溫管一般由工作管、保溫層和外護(hù)管組成。工作管根據(jù)輸送熱水溫度、壓力及管徑的參數(shù)可選擇無縫鋼管或焊接鋼管;保溫層采用硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡塑料;外護(hù)管可采用高密度聚乙烯或者玻璃鋼。市政供熱一次熱網(wǎng)多采用整體式預(yù)制直埋保溫管道，即工作管、保溫層和外護(hù)管三者牢固的粘接在一起，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，管道受熱膨脹時(shí)，三者一起膨脹移動(dòng)。

需要說明的是整體式預(yù)制直埋保溫管道主要用于輸送介質(zhì)溫度不超過130℃的熱媒。當(dāng)輸送熱媒溫度較高時(shí)，建議采用鋼套鋼型直埋保溫管，此類型管道外護(hù)管采用焊接鋼管，外護(hù)管與工作管及保溫層之間脫開設(shè)計(jì)，工作管可以在外護(hù)管內(nèi)自由伸縮，解決了高溫下工作管與外護(hù)管熱膨脹量 相差較大的問題。

三.城市供熱管網(wǎng)建設(shè)措施

供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)需考慮技術(shù)性、初投資和運(yùn)行中熱量損失這三個(gè)方面，對(duì)于一個(gè)布局已定熱網(wǎng)的設(shè)計(jì)，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和熱損這三個(gè)目標(biāo)之間往往是矛盾的。追求高的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，將導(dǎo)致降低熱網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，如何將這三個(gè)目標(biāo)統(tǒng)一起來，是解決布局已定熱網(wǎng)設(shè)計(jì)最優(yōu)化的關(guān)鍵問題。因此有必要對(duì)供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行理論分析，以解決熱網(wǎng)系統(tǒng)問題。在具體的設(shè)計(jì)供熱管網(wǎng)過程中可以從以下方面出發(fā)來優(yōu)化供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)。

優(yōu)化供熱管網(wǎng)路由設(shè)計(jì)，室外供熱管網(wǎng)是供熱系統(tǒng)中投資高、施工最大的部分，城市集中供熱管網(wǎng)路由、管網(wǎng)形式的選擇對(duì)于供熱的可靠性、系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性、運(yùn)行是否方便以及經(jīng)濟(jì)效益有著很大的影響。合理地確定供熱管網(wǎng)平面的定線工作，對(duì)節(jié)省投資保證熱網(wǎng)安全可靠地運(yùn)行和施工維修方便等，都具有重要的意義。

供熱管網(wǎng)布置原則是應(yīng)在城市建設(shè)規(guī)劃的指導(dǎo)下，考慮熱負(fù)荷分布、熱源位置、與各種地上、地下管道及構(gòu)筑物、園林綠地的關(guān)系和水文、地質(zhì)條件等多種因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。供熱管線平面位置的確定應(yīng)遵守如下基本原則。

經(jīng)濟(jì)上合理：主干線力求最直，主干線盡量走熱負(fù)荷集中區(qū)。

技術(shù)上可靠：線路應(yīng)盡可能走過地勢(shì)平坦、土質(zhì)好、水位低的地區(qū)。 盡量避開土質(zhì)松軟地區(qū)、地震斷裂帶、滑坡危險(xiǎn)地帶以及地下水位高等不利地段。

管線應(yīng)少穿主要交通線：一般平行于道路中心線并盡量鋪設(shè)在車行道以外的地方。通常情況下管線應(yīng)只沿街道的一側(cè)鋪設(shè)。地上鋪設(shè)的管道，不影響城市環(huán)境美觀，不妨礙交通。供熱管道與各種市政管線、建構(gòu)筑物應(yīng)協(xié)調(diào)，相互之間的距離，應(yīng)能保證運(yùn)行安全、施工及檢修方便。

四.結(jié)束語

總之，城市供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)合理與否直接關(guān)系到居民生活質(zhì)量，一項(xiàng) 好的設(shè)計(jì)可以使產(chǎn)品的性能得以充分發(fā)揮，可以最大限度地減少施工中的困難，降低工程造價(jià)。在設(shè)計(jì)過程中我們應(yīng)遵循技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用的原則進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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[2]柴海山.城市集中供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018，（24）：70.3

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