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市政热力管道工程设计主要依据

《城镇供热管网设计规范》CJJ34-2010

《城镇供热直埋热水管道技术规程》CJJ/T81-2013

《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》CJ/T 114

《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管件》CJ/T 155

《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》DL/T5366

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在设计阶段，首要任务是精读上述主要设计规范、规程，作为设计时的一般规则，这是必须的，也是重中之重。

我读这些文件时，一个首要的心态或者意识是：这是热力行业的法律，任何不遵从或无意冒犯他的做法，都会造成相应的后果，不管是后果被发现或没发现。

02

市政热力工程设计主要内容

热源→一级热网（热力网）→调压、调温站房→二级热网（街区热力网）→单体热力入口

这里我把中继泵站和换热站形象的从他们作用方面称为：调压、调温站房，易于理解。

03

工程设计适用范围

热水管道：压力≤2.5MPA，温度≤150℃，公称直径≤1200mm;

蒸汽管道：压力≤1.6MPa，温度≤350℃；

不包括地热和工业余热回收为热源的热网

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多热源运行方式

（1），分别运行：用阀门分隔成多个单热源，分别供热；

（2），解列运行：基本热源先投入使用，气温变化时，分隔出部分官网划归尖峰热源，随气温变化，扩大缩小分隔官网范围；

（3），联网运行：基本热源投入使用，气温变化，投入尖峰热源

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供热管道设计分三类：三通、弯管、直管

三通处支线开孔管道强度消弱，要有保护措施；

弯管段本身有补偿能力，设计时要将补偿量控制在补偿能力内；

直管要考虑热补偿，无补偿敷设主要用于埋地，是不采用人为的热补偿措施，人为的热补偿方式包括设置补偿器、预热、一次性补偿器覆土后预热等

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热负荷Q：采用经核实的资料或图纸，当没有时，采用热指标面积估算；

工艺生产热负荷取最大热负荷之和x同时使用系数；

热电厂应发展非采暖期热负荷，如季节性生产热负荷或制冷热负荷

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年耗热量：民用建筑全年耗热量，根据公式计算，生产工艺年耗热量根据年负荷曲线图计算；

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供热介质：民建应采用热水（水热容大、热能利用率高，无蒸汽漏气和凝结水回收损失，输送距离远、供热半径大），同时有生产负荷时，当生产负荷为主要负荷时，采用蒸汽介质；

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介质参数：应经比较计算，得出最佳供回水温度，可参考一般热源厂设计温度取110—150℃，回水温度≤70℃；

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水质要求：有不锈钢设备时，氯离子浓度≤25mg/l;

蒸汽凝结水排放要符合《污水排入城市下水道水质标准》

热力网补水水质符合《工业锅炉水质》要求，水质PH为7到11

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管网形式：

闭式双管制（一般形式）；闭式多管制（有生产负荷）；单管制（蒸汽管网系统），凝结水管是否设置，要根据生产特点，回收凝结水时，由于凝结水融氧，要进行防腐措施。

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供热调节：热源集中调节、热力站和热力入口局部调节、用热设备单独调节三者结合，对于有生产负荷的供热系统，应采用局部调节。温度变化时，热源处进行集中质调节或质—量调节。

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设计流量：

闭式管网设计流量：G=3.6Q/c(t1-t2)

c：比热 4.18；t1:供水温度；t2:相应的回水温度；

采用集中质-调节调节时，应采用各种热负荷在不同温度的热力网流量曲线叠加得出的最大流量值作为设计流量；

蒸汽热力网的设计流量，应按各用户最大蒸汽流量x同时使用系数，凝结水管道的设计流量应按蒸汽管道的设计流量x用户凝结水回收率；

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水力计算（设计计算、校核计算、事故分析）：

内容：管网管径、循环水泵、中继泵的流量、扬程；

分析管网系统的正常运行的压力工况，确保用户有足够的资用压头且系统不超压、不汽化、不倒空；

进行事故工况分析；

必要时进行动态水利分析；

水力计算应满足连续性方程和压力降方程，环网水力计算应保证所有环线压力降的代数和为0；

蒸汽管网水力计算时，应按设计流量进行设计计算，再按最小流量进行校核计算，根据管线起点压力和用户需要压力确定的允许压力降选择管道直径；

下列系统除了进行静态水力计算外，还应进行动态水力计算：

长距离输送干线；

供热范围内地形高差大；

系统压力高；

系统工作温度高；

系统可靠性要求高；

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水力计算参数：

计算热网主干线管径，宜采用经济比摩阻，可取30-70PA/m；

支干线、支线应按允许压力降确定管径，但流速≤3.5m/s，支干线比魔族≤300PA/m，连接一个热力站的支线比魔族可大于300PA/m(支线要充分利用主干线作用压头，因此按允许压力降方法，管径越大，水利稳定性要求越高，可适当降低比魔族，管径变大，小管径比魔族大，消除剩余压头，流速大，噪声、振动方面却不存在问题）

蒸汽热力网凝结水设计比魔族可取100ＰＡ／ｍ

热力网局部阻力和沿程阻力存在比值，可估算局部阻力；

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压力工况：

（１）系统的任何一点压力≥介质汽化压力，并＋３０ｋＰＡ－５０ＫＰＡ富裕压力；

（２）系统回水压力要求：

≤直接连接用户系统允许压力；

任何一点≥５０ＫＰＡ；

（３）循环泵停运，要保持静态压力

系统的任何一点压力≥介质汽化压力，并＋３０ｋＰＡ－５０ＫＰＡ富裕压力；

与热力网直接连接用户系统充满水；

≤系统任何一点允许压力；

（４）热力网最不利点资用压头，应满足该点用户系统所需作用压头；

（５）热力网应该水力计算基础上绘制各种运行方案的主干线水压图，复杂地区，绘制支干线水压图；

（６）中继泵站位置及参数应根据水压图确定；

（７）蒸汽热力网，宜按设计凝结水量绘制凝结水管网水压图；

供热管网的设计压力，≥各种运行工况的最高工作压力＋地形高差形成的静水压力＋事故工况分析和动态水力计算要求的安全余量；

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水泵选择：

循环水泵扬程≥热源＋供热管线＋最不理用户环路压力损失；

循环水泵应具有工作点附近较为平缓的流量－扬程特性曲线；

应减少并联循环水泵的台数；３台以下，设备用，４台或４台以上，不设备用；

采用集中质－量调节的单热源系统，水泵采用变频泵；

补水泵流量按事故补水，为系统循环流量的４％，补水泵扬程≥补水点管道压力加３－５ｍ，当补水泵同时用于维持静态压力时，其扬程应满足静态压力要求；

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管道应力计算：

采用应力分类法：

内压、持续外载引起的一次应力（静力不平衡，导致屈服，验算采用弹性分析或极限分析，无自限性）；

热胀冷缩、热位移受约束的二次应力（超过屈服极限，产生少量塑性变形，变形协调得到满足，变形就不再继续发展，有自限性，安定性分析，安定条件：≤2倍屈服极限）

峰值应力（管道、附件，如三通，弯头，局部结构不连续或局部热应力产生的应力增量，不引起显著变形，但会导致疲劳裂纹或脆性破坏，采用疲劳分析；

工作循环最低温度：底下敷设10℃，计算管道固定点时，考虑最大温差，在安装温度低于工作循环最低温度时，采用安装温度进行计算）；
 

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管网布置：

1）热力管道布置力求短直，主干线通过热用户密集区，并靠近热负荷大的用户；

2）管道走向最好平行与厂区或建筑区域的干道或建筑物；

3）管道最好不穿越电石库等由于汽、水泄露会引起事故的场所，也最好不穿越建筑扩建地和物料堆放地。并且尽量减少与公路、铁路、沟谷、河流的交叉。交叉时候，可采用拱形管道。

4）布置应尽量利用管道的自然弯角作为管道受热膨胀的自然补偿。采用方形补偿器时候，尽可能布置在两固定墩之间中心点上，由于地方限制等原因，保证短边管道不小于全长管段的三分之一。

5）一般热力地沟分支处都应设置检查进或人孔，直管段长100到150m距离，无分支，也应布置检查进或人孔，所有管道上必须设置阀门，都应安装在检查井或人孔中；

6）主干线支管上，一般都应设置截断阀门；

7）蒸汽管道最低点、被阀门截断的各蒸汽之最低点、垂直升高管段前的最低点、间隔100-150m直管段等各点，都应该布置疏水阀；

8）热水管段最低点放水、最高点放气；

9）直埋和管沟敷设的管道坡度≥千分之二，进入建筑物的管道坡向干管；

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管道敷设（架空、地沟、直埋）要点：

1）在山区的热力管道，采取沿山坡或道路低支架布置；

2）爬山热力管道，最好采用阶梯形布置；

3）跨越沟谷、河流时候，最好架空沿桥或栈桥布置成拱形管道，注意：管道底部标高高于最高洪水位0.5m以上；

4）地上敷设的管道，可与其他管道敷设在同一个管架上，利用相互牵扯力（技术性），减少管架数（经济性）；

5）在湿陷性黄土层、腐蚀性大的土层、永久性冻土层，应架空敷设；

6）地下水位较高或降雨量较大地区，架空敷设；

7）厂区管道宜架空；

8）管道不允许开挖的路面或管道多、管径大、管道垂直高度≥1.5m等情况，采用通行地沟敷设；

9）地面不允许开挖，且架空不合理或管道单排水平布置，地沟宽度受到限制，宜采用半通行地沟；

10）河底敷设管道选在较深的稳定河段，1-5级航道河流，管沟覆土深度在航道底设计标高2m以下，其他河流，管沟覆土深度在1m以下；

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直埋敷设方式：

无补偿：不使用补偿器、固定支架、完全依靠管道的自然变形及土壤的约束。有冷安装无补偿直埋（施工简单，但要防止轴向失稳）和预热安装无补偿直埋两种，第二种是在供热管网工作之前进行预热，产生一个预拉应力，预热温度限定在运行温度和最低温度之间，温差产生的热应力，不超过管材的许用应力，有敞槽预热及覆土预热，覆土预热需设置一次性补偿器；

有补偿：当管道温度高（热应力大）且难以找到热源预热时采用。有补偿分有固定点和无固定点方式，有固定点是补偿器至固定点间距不超过管道最大过渡段长度；无固定点重在校核直管段长度是否超过最大过渡段的两倍；

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热伸长：

是管道内介质温度变化，引起的管道热涨、冷缩效应，同时使管壁产生巨大应力，超过管材强度极限，会发生破坏。计算公式：△L=αL（t1-t2)x1000; (mm);

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补偿装置分类及优缺点：

自然弯管补偿：L型、Z型、空间立体弯；优点简单、可靠；缺点变形产生横向位移；L型角度区间：最好120°到90°，或＜150°；

方形补偿器：由四个90°弯头组成，优点制作方便，补偿能力大、轴向推力较小；缺点是单向外伸臂较长，占地大，常用四种形式：

自由臂长一般为40倍公称直径长度；

套筒补偿器：优点：安装简单，占地少，补偿能力大，流体阻力大，缺点：轴向推力大，造价高，易漏水漏气；

波纹补偿器：缺点：强度低，补偿能力小，轴向推力大；波节以3-6个最好；安装前先冷紧，冷紧值为热伸长量一半；

球形补偿器：利用球形管接头的随机弯转来解决热涨冷缩。对三向位移的蒸汽和热水最易适用。优点：占地小，不存在推力；缺点存在侧向位移，易漏水漏汽;