熱網主干管管徑及敷設方式的選取分析

鄭震

(無錫市市政公用產業集團有限公司，江蘇 無錫 214000)

0 引言

建設天然氣熱電聯產項目，實現集中供熱，取代效率低、能耗高、污染重的燃煤小鍋爐和小煤電廠，可以有效地節約能源、降低能耗、減少環境污染，具有十分顯著的環保效益、經濟效益以及社會效益。熱網作為熱量的傳輸載體，其管徑設計和敷設形式直接影響到熱網工程的基建投資、運行的安全性和經濟性。為此，選擇一個最佳的管徑及管道敷設方案對節約投資，提高熱網運行的經濟性具有重要意義。本文以某燃氣熱電廠為例，對其熱網主干管管徑的選取和敷設方式進行對比分析。

1 項目概況

該熱網項目為某燃氣熱電廠配套項目，電廠建設規模為2×230 MW燃氣-蒸汽聯合循環機組，最大供熱能力為300 t/h，電廠建成后將替代一家燃煤小熱電廠和周邊燃煤小鍋爐作為新的熱源點。配套熱網主干管以此熱源點為起點，從廠圍墻外1 m接出，后沿道路架空或埋地敷設至燃煤小熱電廠，與其供熱主管貫通實現對外供熱，主干管總長5.1 km。

2 熱負荷分析

根據熱用戶調研資料，燃氣電廠供熱范圍內以常年性工業生產熱負荷為主，涉及的工業熱用戶共136家。目前主要以分散的燃煤小鍋爐和一家燃煤小熱電廠作為熱源對熱用戶進行供熱。綜合考慮工業熱用戶用熱同時率、管道損失以及折算至電廠出口參數，經折算，匯總得到熱負荷情況，詳見表1。

由表1可知，最大熱負荷為250 t/h，平均熱負荷為152 t/h，最小熱負荷為82 t/h。根據熱用戶供熱需求，供熱機組出口參數按壓力0.98 MPa、溫度295 ℃設計。

表1 熱負荷匯總情況 t/h

3 主干管管徑選取

3.1 管徑配置

根據《城鎮供熱管網設計規范》[1]規定，蒸汽管網的設計流量應按照各用戶的最大流量之和乘以同時使用系數確定。按照上節匯總的最大、平均、最小熱負荷以及蒸汽參數，通過查閱蒸汽流量與管徑關系表，推薦熱網主干管管徑按2種配置方案進行配置，見表2。

表2 管徑配置方案

3.2 管網水力計算及熱量損失估算

管網水力計算是為了保證熱用戶的用熱參數要求，滿足系統正常經濟運行的條件而進行的。針對上節管徑方案和熱負荷分布情況，將蒸汽流量、管徑、始端參數、管長等數據作為輸入數據，通過蒸汽水力計算軟件進行運算得到相應的輸出數據，即得到蒸汽的終端參數和熱量損失。具體計算結果詳見表3和表4。

由表3、表4可知，在起始參數和管長均相同的前提下，方案1在各工況的參數衰減程度和熱量損失均大于方案2，且終端參數不能夠完全滿足熱用戶需求。因此，從熱網運行經濟性及供熱可靠性角度出發，選擇方案2管徑配置方式比較合適。

表3 管網水力計算結果

注：1.方案1、方案2管長均為5 100 m；2.方案1最大、平均及最低負荷時均運行DN800單管；3.方案2最大負荷時DN700和DN500同時運行，平均負荷時運行DN700單管，最低負荷時運行DN500單管。

表4 管網熱量損失估算結果

4 管網敷設方式分析

4.1 敷設方式

目前國內外關于熱力管網的敷設方式主要有4種形式[2]：架空敷設；地下管溝敷設；地下直埋敷設；城市綜合管溝。其中架空敷設和埋地敷設為常見的2種敷設方式，本工程蒸汽管網敷設方式根據周邊環境、地理位置、地質條件等，主要按以下2個方案設計。

方案1：DN700和DN500的管道全程采用埋地敷設，總工程量為埋地管道DN700和DN500總長分別約5 100 m。

方案2：DN700和DN500的雙管，采用綠化帶低架空形式敷設，過路埋地敷設形式敷設，總工程量為架空管道DN700長約4 000 m， DN500長約4 000 m；埋地管道DN700長約1 100 m，DN500長約1 100 m。

4.2 方案比較

從安全經濟運行，施工方便、維護和流量調節、建設成本等方面，對上述兩種敷設方案進行比較分析見表5。由表5可知，從施工難易程度、維護、建設成本等方面來看方案2均優于方案1。因此，在道路市政綜合管線允許的條件下優先選擇方案2。

通過上述分析，本熱網工程主干管在管徑選取上采用管徑分別為DN700和DN500的雙管配置方式，即在低負荷時運行DN500單管、平均負荷時運行DN700單管、滿負荷時運行DN700和DN500雙管。在敷設方式上采用架空與埋地相結合的方式，經過現場詳細踏勘，主干管沿道路旁敷設主要采用0.5 m高的低管墩敷設，過道路處主要采用高架跨越或直埋敷設，力求保證交通通暢及市容美觀，在農田內敷設時采用4 m高支架，以便農民耕種。

表5 敷設方案比較

5 結束語

合理地選取熱網主干管管徑和敷設方式有利于提高熱網運行的安全性、可靠性和經濟性。在管徑選取方面，管徑選取太大，熱網在低負荷運行時熱量損失較大，熱網運行經濟性差。管徑選取太小，滿足不了最大供熱需要且壓損較大，影響熱網運行的安全性和經濟性。在敷設形式方面，埋地敷設工程造價較高，檢修和維護難度較大。架空敷設工程造價較低，易于檢修和維護，在不影響市容的前提下優先采用架空敷設。因此，根據不同的熱負荷工況和主干管路徑的實際情況，選擇最優的管徑和合理的敷設方式，對減少前期投資、提高熱網運行的經濟性和可靠性具有非常重要的現實意義。