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市政熱力管道工程設計主要依據

《城鎮供熱管網設計規范》CJJ34-2010

《城鎮供熱直埋熱水管道技術規程》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

《火力發電廠汽水管道應力計算技術規程》DL/T5366

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

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

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市政熱力工程設計主要內容

熱源→一級熱網（熱力網）→調壓、調溫站房→二級熱網（街區熱力網）→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：調壓、調溫站房，易于理解。

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工程設計適用范圍

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℃；

不包括地熱和工業余熱回收為熱源的熱網

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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，分隔出部分官網劃歸尖峰熱源，隨氣溫變化，擴大縮小分隔官網范圍；

（3），聯網運行：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，設計時要將補償量控制在補償能力內；

直管要考慮熱補償，無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：采用經核實的資料或圖紙，當沒有時，采用熱指標面積估算；

工藝生產熱負荷取最大熱負荷之和x同時使用系數；

熱電廠應發展非采暖期熱負荷，如季節性生產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，根據公式計算，生產工藝年耗熱量根據年負荷曲線圖計算；

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

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

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水質要求：有不銹鋼設備時，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標準》

熱力網補水水質符合《工業鍋爐水質》要求，水質PH為7到11

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管網形式：

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

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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，對于有生產負荷的供熱系統，應采用局部調節。溫度變化時，熱源處進行集中質調節或質—量調節。

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設計流量：

閉式管網設計流量：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-調節調節時，應采用各種熱負荷在不同溫度的熱力網流量曲線疊加得出的最大流量值作為設計流量；

蒸汽熱力網的設計流量，應按各用戶最大蒸汽流量x同時使用系數，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：管網管徑、循環水泵、中繼泵的流量、揚程；

分析管網系統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不超壓、不汽化、不倒空；

進行事故工況分析；

必要時進行動態水利分析；

水力計算應滿足連續性方程和壓力降方程，環網水力計算應保證所有環線壓力降的代數和為0；

蒸汽管網水力計算時，應按設計流量進行設計計算，再按最小流量進行校核計算，根據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；

下列系統除了進行靜態水力計算外，還應進行動態水力計算：

長距離輸送干線；

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：

計算熱網主干線管徑，宜采用經濟比摩阻，可取30-70PA/m；

支干線、支線應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、振動方面卻不存在問題）

蒸汽熱力網凝結水設計比魔族可取100ＰＡ／ｍ

熱力網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）系統的任何一點壓力≥介質汽化壓力，并＋３０ｋＰＡ－５０ＫＰＡ富裕壓力；

（２）系統回水壓力要求：

≤直接連接用戶系統允許壓力；

任何一點≥５０ＫＰＡ；

（３）循環泵停運，要保持靜態壓力

系統的任何一點壓力≥介質汽化壓力，并＋３０ｋＰＡ－５０ＫＰＡ富裕壓力；

與熱力網直接連接用戶系統充滿水；

≤系統任何一點允許壓力；

（４）熱力網最不利點資用壓頭，應滿足該點用戶系統所需作用壓頭；

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

（６）中繼泵站位置及參數應根據水壓圖確定；

（７）蒸汽熱力網，宜按設計凝結水量繪制凝結水管網水壓圖；

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

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水泵選擇：

循環水泵揚程≥熱源＋供熱管線＋最不理用戶環路壓力損失；

循環水泵應具有工作點附近較為平緩的流量－揚程特性曲線；

應減少并聯循環水泵的臺數；３臺以下，設備用，４臺或４臺以上，不設備用；

采用集中質－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，為系統循環流量的４％，補水泵揚程≥補水點管道壓力加３－５ｍ，當補水泵同時用于維持靜態壓力時，其揚程應滿足靜態壓力要求；

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管道應力計算：

采用應力分類法：

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，無自限性）；

熱脹冷縮、熱位移受約束的二次應力（超過屈服極限，產生少量塑性變形，變形協調得到滿足，變形就不再繼續發展，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生的應力增量，不引起顯著變形，但會導致疲勞裂紋或脆性破壞，采用疲勞分析；

工作循環最低溫度：底下敷設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最低溫度時，采用安裝溫度進行計算）；
 

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管網布置：

1）熱力管道布置力求短直，主干線通過熱用戶密集區，并靠近熱負荷大的用戶；

2）管道走向最好平行與廠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設置檢查進或人孔，直管段長100到150m距離，無分支，也應布置檢查進或人孔，所有管道上必須設置閥門，都應安裝在檢查井或人孔中；

6）主干線支管上，一般都應設置截斷閥門；

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（架空、地溝、直埋）要點：

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管架上，利用相互牽扯力（技術性），減少管架數（經濟性）；

5）在濕陷性黃土層、腐蝕性大的土層、永久性凍土層，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）廠區管道宜架空；

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；

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）和預熱安裝無補償直埋兩種，第二種是在供熱管網工作之前進行預熱，產生一個預拉應力，預熱溫度限定在運行溫度和最低溫度之間，溫差產生的熱應力，不超過管材的許用應力，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：

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

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補償裝置分類及優缺點：

自然彎管補償：L型、Z型、空間立體彎；優點簡單、可靠；缺點變形產生橫向位移；L型角度區間：最好120°到90°，或＜150°；

方形補償器：由四個90°彎頭組成，優點制作方便，補償能力大、軸向推力較??；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來解決熱漲冷縮。對三向位移的蒸汽和熱水最易適用。優點：占地小，不存在推力；缺點存在側向位移，易漏水漏汽;