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市政熱力管道工程設(shè)計主要依據(jù)

《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》CJJ34-2010

《城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術(shù)規(guī)程》CJJ/T81-2013

《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預(yù)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(yù)制直埋保溫管件》CJ/T 155

《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計算技術(shù)規(guī)程》DL/T5366

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在設(shè)計階段，首要任務(wù)是精讀上述主要設(shè)計規(guī)范、規(guī)程，作為設(shè)計時的一般規(guī)則，這是必須的，也是重中之重。

我讀這些文件時，一個首要的心態(tài)或者意識是：這是熱力行業(yè)的法律，任何不遵從或無意冒犯他的做法，都會造成相應(yīng)的后果，不管是后果被發(fā)現(xiàn)或沒發(fā)現(xiàn)。

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市政熱力工程設(shè)計主要內(nèi)容

熱源→一級熱網(wǎng)（熱力網(wǎng)）→調(diào)壓、調(diào)溫站房→二級熱網(wǎng)（街區(qū)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為：調(diào)壓、調(diào)溫站房，易于理解。

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工程設(shè)計適用范圍

熱水管道：壓力≤2.5MPA，溫度≤150℃，公稱直徑≤1200mm;

蒸汽管道：壓力≤1.6MPa，溫度≤350℃；

不包括地?zé)岷凸I(yè)余熱回收為熱源的熱網(wǎng)

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多熱源運行方式

（1），分別運行：用閥門分隔成多個單熱源，分別供熱；

（2），解列運行：基本熱源先投入使用，氣溫變化時，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

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供熱管道設(shè)計分三類：三通、彎管、直管

三通處支線開孔管道強度消弱，要有保護措施；

彎管段本身有補償能力，設(shè)計時要將補償量控制在補償能力內(nèi)；

直管要考慮熱補償，無補償敷設(shè)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(shè)置補償器、預(yù)熱、一次性補償器覆土后預(yù)熱等

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熱負荷Q：采用經(jīng)核實的資料或圖紙，當(dāng)沒有時，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同時使用系數(shù)；

熱電廠應(yīng)發(fā)展非采暖期熱負荷，如季節(jié)性生產(chǎn)熱負荷或制冷熱負荷

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

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

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介質(zhì)參數(shù)：應(yīng)經(jīng)比較計算，得出最佳供回水溫度，可參考一般熱源廠設(shè)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(shè)備時，氯離子濃度≤25mg/l;

蒸汽凝結(jié)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(tǒng)），凝結(jié)水管是否設(shè)置，要根據(jù)生產(chǎn)特點，回收凝結(jié)水時，由于凝結(jié)水融氧，要進行防腐措施。

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供熱調(diào)節(jié)：熱源集中調(diào)節(jié)、熱力站和熱力入口局部調(diào)節(jié)、用熱設(shè)備單獨調(diào)節(jié)三者結(jié)合，對于有生產(chǎn)負荷的供熱系統(tǒng)，應(yīng)采用局部調(diào)節(jié)。溫度變化時，熱源處進行集中質(zhì)調(diào)節(jié)或質(zhì)—量調(diào)節(jié)。

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設(shè)計流量：

閉式管網(wǎng)設(shè)計流量：G=3.6Q/c(t1-t2)

c：比熱 4.18；t1:供水溫度；t2:相應(yīng)的回水溫度；

采用集中質(zhì)-調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)時，應(yīng)采用各種熱負荷在不同溫度的熱力網(wǎng)流量曲線疊加得出的最大流量值作為設(shè)計流量；

蒸汽熱力網(wǎng)的設(shè)計流量，應(yīng)按各用戶最大蒸汽流量x同時使用系數(shù)，凝結(jié)水管道的設(shè)計流量應(yīng)按蒸汽管道的設(shè)計流量x用戶凝結(jié)水回收率；

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水力計算（設(shè)計計算、校核計算、事故分析）：

內(nèi)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(tǒng)的正常運行的壓力工況，確保用戶有足夠的資用壓頭且系統(tǒng)不超壓、不汽化、不倒空；

進行事故工況分析；

必要時進行動態(tài)水利分析；

水力計算應(yīng)滿足連續(xù)性方程和壓力降方程，環(huán)網(wǎng)水力計算應(yīng)保證所有環(huán)線壓力降的代數(shù)和為0；

蒸汽管網(wǎng)水力計算時，應(yīng)按設(shè)計流量進行設(shè)計計算，再按最小流量進行校核計算，根據(jù)管線起點壓力和用戶需要壓力確定的允許壓力降選擇管道直徑；

下列系統(tǒng)除了進行靜態(tài)水力計算外，還應(yīng)進行動態(tài)水力計算：

長距離輸送干線；

供熱范圍內(nèi)地形高差大；

系統(tǒng)壓力高；

系統(tǒng)工作溫度高；

系統(tǒng)可靠性要求高；

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水力計算參數(shù)：

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

支干線、支線應(yīng)按允許壓力降確定管徑，但流速≤3.5m/s，支干線比魔族≤300PA/m，連接一個熱力站的支線比魔族可大于300PA/m(支線要充分利用主干線作用壓頭，因此按允許壓力降方法，管徑越大，水利穩(wěn)定性要求越高，可適當(dāng)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、振動方面卻不存在問題）

蒸汽熱力網(wǎng)凝結(jié)水設(shè)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(tǒng)的任何一點壓力≥介質(zhì)汽化壓力，并＋３０ｋＰＡ－５０ＫＰＡ富裕壓力；

（２）系統(tǒng)回水壓力要求：

≤直接連接用戶系統(tǒng)允許壓力；

任何一點≥５０ＫＰＡ；

（３）循環(huán)泵停運，要保持靜態(tài)壓力

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

與熱力網(wǎng)直接連接用戶系統(tǒng)充滿水；

≤系統(tǒng)任何一點允許壓力；

（４）熱力網(wǎng)最不利點資用壓頭，應(yīng)滿足該點用戶系統(tǒng)所需作用壓頭；

（５）熱力網(wǎng)應(yīng)該水力計算基礎(chǔ)上繪制各種運行方案的主干線水壓圖，復(fù)雜地區(qū)，繪制支干線水壓圖；

（６）中繼泵站位置及參數(shù)應(yīng)根據(jù)水壓圖確定；

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

供熱管網(wǎng)的設(shè)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＋最不理用戶環(huán)路壓力損失；

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

應(yīng)減少并聯(lián)循環(huán)水泵的臺數(shù)；３臺以下，設(shè)備用，４臺或４臺以上，不設(shè)備用；

采用集中質(zhì)－量調(diào)節(jié)的單熱源系統(tǒng)，水泵采用變頻泵；

補水泵流量按事故補水，為系統(tǒng)循環(huán)流量的４％，補水泵揚程≥補水點管道壓力加３－５ｍ，當(dāng)補水泵同時用于維持靜態(tài)壓力時，其揚程應(yīng)滿足靜態(tài)壓力要求；

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管道應(yīng)力計算：

采用應(yīng)力分類法：

內(nèi)壓、持續(xù)外載引起的一次應(yīng)力（靜力不平衡，導(dǎo)致屈服，驗算采用彈性分析或極限分析，無自限性）；

熱脹冷縮、熱位移受約束的二次應(yīng)力（超過屈服極限，產(chǎn)生少量塑性變形，變形協(xié)調(diào)得到滿足，變形就不再繼續(xù)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(yīng)力（管道、附件，如三通，彎頭，局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)或局部熱應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力增量，不引起顯著變形，但會導(dǎo)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(shè)10℃，計算管道固定點時，考慮最大溫差，在安裝溫度低于工作循環(huán)最低溫度時，采用安裝溫度進行計算）；
 

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管網(wǎng)布置：

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

2）管道走向最好平行與廠區(qū)或建筑區(qū)域的干道或建筑物；

3）管道最好不穿越電石庫等由于汽、水泄露會引起事故的場所，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。交叉時候，可采用拱形管道。

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

5）一般熱力地溝分支處都應(yīng)設(shè)置檢查進或人孔，直管段長100到150m距離，無分支，也應(yīng)布置檢查進或人孔，所有管道上必須設(shè)置閥門，都應(yīng)安裝在檢查井或人孔中；

6）主干線支管上，一般都應(yīng)設(shè)置截斷閥門；

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

8）熱水管段最低點放水、最高點放氣；

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

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管道敷設(shè)（架空、地溝、直埋）要點：

1）在山區(qū)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(shè)的管道，可與其他管道敷設(shè)在同一個管架上，利用相互牽扯力（技術(shù)性），減少管架數(shù)（經(jīng)濟性）；

5）在濕陷性黃土層、腐蝕性大的土層、永久性凍土層，應(yīng)架空敷設(shè)；

6）地下水位較高或降雨量較大地區(qū)，架空敷設(shè)；

7）廠區(qū)管道宜架空；

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

9）地面不允許開挖，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(shè)管道選在較深的穩(wěn)定河段，1-5級航道河流，管溝覆土深度在航道底設(shè)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(shè)方式：

無補償：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。有冷安裝無補償直埋（施工簡單，但要防止軸向失穩(wěn)）和預(yù)熱安裝無補償直埋兩種，第二種是在供熱管網(wǎng)工作之前進行預(yù)熱，產(chǎn)生一個預(yù)拉應(yīng)力，預(yù)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(yīng)力，不超過管材的許用應(yīng)力，有敞槽預(yù)熱及覆土預(yù)熱，覆土預(yù)熱需設(shè)置一次性補償器；

有補償：當(dāng)管道溫度高（熱應(yīng)力大）且難以找到熱源預(yù)熱時采用。有補償分有固定點和無固定點方式，有固定點是補償器至固定點間距不超過管道最大過渡段長度；無固定點重在校核直管段長度是否超過最大過渡段的兩倍；

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熱伸長：

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

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補償裝置分類及優(yōu)缺點：

自然彎管補償：L型、Z型、空間立體彎；優(yōu)點簡單、可靠；缺點變形產(chǎn)生橫向位移；L型角度區(qū)間：最好120°到90°，或＜150°；

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

自由臂長一般為40倍公稱直徑長度；

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

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

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