热力管道设计方法

根据TSGR1001-2008《压力管道安装许可规则》、《工业压力管道安全技术监察规程》整理规定压力管道分为：GA类(长输管道)、GB类(公用管道)、GC类(工业管道)、GD类(动力管道)。

GB类(公用管道)又分为：GB1类、GB2类。燃气管道GB1；热力管道GB2。

集中供热系统：

定义：一个或多个热源通过供热管 向多个用户供热的系统，由热源、热 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 ：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。

根据热源分类：

根据热媒分类：蒸汽供热系统；热水供热系统。

根据供热管 分类：单管制；双管制；多管制。

选择方法：

安全、经济；用户性质，用户规模，自然条件。

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。

生产工艺热负荷：生产工艺实际数据。

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。

Qh＝qhA·10-3

式中：Qh—采暖设计热负荷（kW）；

qh—采暖热指标（W/m2）；

A—采暖建筑物的建筑面积（m2）。

供热管 ：

供热管 特点：

输送距离长；分支节点多；附件设备多。

热水管 发生事故时允许有停供抢修时间。

一般管 事故抢修时间不超过12小时，大型管 事故抢修时间不超过24小时。

常用设计规范：

《城镇热力 设计规范》 CJJ34-2010

《城镇直埋供热管道工程技术规程》 CJJ/81-2013

《城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》 CJJ/T104-2014

《城镇供热管 工程施工及验收规范》 CJJ28-2014

《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》 GB50316-2008

《工业设备及管道绝热工程设计规范》 GB50264-2013

《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》 GB50236-2011

《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

平面布置形式：枝状管 ；环状管 ；多管制管 。

枝状管 ：

从热源引出主干线向用户供热，形成类似树枝状的管 。

特点：型式简单、投资低，调节方便。安全性较差。

环状管 ：管 主干线之间连通构成环形。

特点：安全可靠，投资高。

供热面积大于1000万m2的热 干线宜连成环 。

最低供热保证率

多管制管 ：

不能间断的热用户；供热系统中热用户所需介质参数差别较大；热负荷变化较大；季节性热负荷占全年总负荷比例较大。

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 敷设在易于检修和维护的位置；

通过非建筑区的热力 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 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。

燃气管不得进入热 管沟。热 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。

总原则：节约用地，降低投资，运行安全，施工维修方便。

管道敷设方式：

敷设方式：

地上敷设：低支架，中支架，高支架。

地下敷设：直埋，管沟。

选择原则：

城镇街道上和居住区内的管 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 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

间距要求：

地上敷设管道与建（构）筑物或其它管线距离

地下敷设热 与建（构）筑物或其它管线距离

地下敷设热 与建（构）筑物或其它管线距离

直埋敷设热力 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。

管材及连接方式：

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 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。

热力 管道附件：

弯头、异径管、三通、法兰、阀门及放气、放水装置等。

阀门：管道干线、支干线、支线的起点安装关断阀门。

热水 干线设分段阀门。输送干线2～3km；输配干线1～1.5km。

热源间的连通干线、环 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。

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。

检查室：

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。

热力 保温结构设计：

执行标准：《设备及管道绝热技术通则》GB/T4272；《设备和管道绝热设计导则》GB/T8175；《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264。

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。

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；密度不应大于300kg/m3；

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。

其它：吸水率低、对环境人体危害小、对管道无腐蚀。

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。

保温计算：计算管 散热损失、供热介质温降，确定经济保温厚度。

管 水力计算：

计算参数确定：

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。

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+α）Lz

Lj—计算长度，（m）；Lz—几何展开长度，（m）；

α—局部阻力与沿程阻力的比值。

主干线单位长度允许压降：Δh=ΔP/Lj

Δh—单位长度允许压降（Pa/m）；

Lj—主干线计算长度（m）；ΔP —主干线压差（Pa）。

介质允许流速：

管 管径：

式中：Dn—管道内径（mm）；Q —计算流量(m3/h)；

w —介质流速（m/s）。

压力损失：△P = P1+P2+P3

式中：P1—沿程阻力；P2—局部阻力；P3—静压力。

管 水力计算表

动态水力工况分析：

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。

热 设备选择：

热 循环水泵：泵的总流量应不小于管 总设计流量；

泵的扬程不小于设计流量下热源、热 、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 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 运行或质量调节的单热源供热系统，采用调速泵。

热 补水泵：闭式热力 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 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 补水泵应不少于二台，可不设备用泵；开式热力 补水泵不宜少于三台，其中一台备用

事故补水时，软化除氧水量不足，可补充工业水。

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。

补偿器：方型补偿器；波纹补偿器；套筒补偿器；球形补偿器。

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。

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。

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。

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：管道由内压、持续外载引起的应力属于一次应力，应力验算采用弹性分析和极限分析；