對市政供熱管網設計的研究

摘要：近年來，隨著城市化進程的不斷加快，生活在城市中的居民越來越多，當冬季來臨時，人們對暖氣的需求也相應的增長，這就要求市政的供熱工程能滿足城市居民的需求，更對供熱工程施工作業提出了更高的要求。供熱工程設計人員按照科學合理的管網設計理念，對熱負荷指標及熱負荷分類進行分析，設計出符合城市理念的管網方案。并且根據城市熱循環系統的測算所得到的數據，合理設計管道圖紙和運行水壓，保證市政供暖管網運行的安全和穩定。

關鍵詞：市政供熱;供熱管網;管網設計

關于市政供熱管網的設計理念，設計人員必須遵循科學、合理、安全的原則，這關系到供熱管網的施工質量和安全。設計人員在設計供熱管網圖紙時，要善于總結市政供熱的特點，例如怎樣才能達到節能減排的效果、怎樣進行管道優化設計等。筆者在文中試圖通過上述設計要求，合理計算和論證市政供熱管道作業，力求市政供熱管網的設計方案更加科學、合理。

一、市政供熱管網設計概念分析

市政供熱管網設計主要是針對北方地區，優化管網設施，不僅有利于提高供熱質量，并且還能達到降低污染、節能減排的效果。當前，市政供熱單位需要優化設計方案，才能在政府公信力中占據較大優勢，并提升市政公共服務功能。

（一）設計原則

市政供熱管網的工程設計應以國家標準為原則，應當遵循《城鎮供熱管網設計規范》（CJJ34-2010）以及《發電廠汽水管道應力計算技術規程》（DL/T5366-2014）等相關要求。另外，對設計人員也有一定的要求。工程設計人員必須掌握相關的設計規范和規程，遵循供熱管網的適用范圍，其范圍為：熱水管道小于2.4MPa，溫度小于150℃，蒸汽管道壓力小于1.5MPa，溫度要小于350℃。

（二）管道布置類型

市政供熱管道網絡的布置，一定要考慮到管道的經濟性、實用性和安全性。因為管道的布置與用熱用戶、熱力來源以及煤炭種類之間有極大的關系，因此在布置管道網絡時，首先要考慮的是用熱用戶的分布區域。市政熱力管道工程的設計所用到的管件一般有三通、彎管、變徑和直管等類型，考慮到市政供熱管道存在一定的特殊性，因此在設計網絡狀管網時，一定要符合用熱用戶的實際需要，例如，可以用一次性補償器、覆土后預熱等方法達到長直管段補償設計的效果，同時也要考慮投資成本和材料質量。

（三）管網形式

針對市政供熱管道網絡的布置形式，可以采用多管制或者雙管制，其中凝結水管的布置需要根據市政單位的實際條件來進行設計。對于供熱調節方面，設計人員可以用熱源整體調節和熱源出入口局部調節的方式進行。其他管網方面則根據現實情況進行設計操作。針對生產熱負荷的熱力系統，用熱設備必須獨自進行轉換，該設備具有控制溫度變化的裝置，但只是采用局部調節。用熱單位和用戶可以使用閉式管網設計以及流量設計等方式，將溫度控制在一定符合之內，并利用熱負荷和溫度差之間的熱力網流量曲線進行關聯。這樣所得到的流量值能夠作為設計流量的數據和憑證進行設計。

二、供熱管網設計的相關計算

（一）集中供熱管網設計的水力計算

供熱管網的輸配系統設計必須遵循水力計算的結果，按照管道管徑的循環水泵以及水源流量的強度進行計算，得出的數據符合輸配系統的參數。另一方面，設計人員要分析管道網絡中的壓力工況，使用熱用戶的壓力工況符合供熱管網設計的工況，必要時還要采取動態水力工況的分析方式，也要對流量揚程進行壓力允許值計算。大高差、長距離的熱水輸送系統中除了能夠進行靜態水力計算以之外，還可以對動態水力進行計算。

（二）分析方式計算

設計人員在設計市政供熱管網時，可以采用彈性分析或者極限分析方式。在布置管道網絡時，由于在最高壓力抗衡作用下，對管道局部結構熱壓力抗衡所產生的峰值應力可以進行疲勞分析，設計人員對溫度進行計算，并且建模計算三通等管件的抗壓程度。與此同時，由于主干線用熱用戶相對密集，產生的熱壓力負荷較大，因此要求管道網絡短小且直，也可以利用管道的彎曲作為受熱補償。

（三）抗震因素計算

在設計過程中，設計人員還要考慮到管網抗震效果。供熱管網的抗震效果必須遵循國家關于管網抗震參數的規定，在管道設計、管網施工、和管道材料等方面，要選取符合國家規定的抗震用材和方法。在設計時，也要運用先進的管理模式，努力提升管道網絡的抗震指數，對其進行參數計算。為了提升供熱管網的抗震效果，設計人員曾經采用了三種運行方式，其關鍵是將各個熱源分別供熱轉換成多熱源供熱系統，這種方式不僅提高了供熱的可靠性和安全性，而且還增強了抗震性能。

其中多熱源供熱系統具有非常明顯的特征：多熱源能夠分別工作、多熱源在計算時能夠解列工作、在利用計算機的基礎上能夠使熱源之間進行聯網工作。多熱源在熱負荷穩定時能夠分別工作，根據氣溫的升高和降低，在基本熱負荷滿載以后，管網范圍能夠相應擴大或者縮小一定的隔出空間。并且用熱用戶家中的采暖期必須用閥門使供熱系統分裂為許多單熱源官網系統，即單熱源供熱，并根據氣溫的高低，開始進行計算，以便能夠使多熱源解列工作。

三、供熱管網工程設計示例

筆者曾對北方某一地區的市政供熱管網工程設計進行考察，并對其進行適用性分析。該工程在設計期間，曾計算和統計過市政工程內各類熱負荷的消耗指標，得出的結果是，公共建筑和居民居住地區采暖熱負荷過大，而工業區域熱負荷不高。考慮到這些地區的實際情況，設計人員在設計時計算了混合區域的熱負荷消耗量，得到了該區域最大熱負荷、最小熱負荷以及計算得出的平均熱負荷值。

筆者按照年供熱所需，對供熱介質以及熱力管網系統進行熱力設計。按照國家規定的城鄉鎮供熱管網設計的相關要求和規定，對供熱單位的蒸汽以及熱水設計方案進行分析對比，因此使用熱水設計方案最能代表當前的供熱趨勢。確定方案后，設計人員應該參照該計劃的可行性研究報告，使管網投資在一定程度上相對減少兩成，并預制聚氨酯直埋保溫管道以保證方案的順利實施。對熱力網的挑選方案，設計者一般選擇支狀布置或者是環狀布置方式。首先來看支狀布置，由于供熱管網運用支狀布置能夠降低運行成本，操作簡便也能夠根據熱源距離的加大和變小以及用戶的多少進行調節。在沒有其他互補供熱設備的幫助下，對用熱用戶和用熱單位進行供熱，必須要求該建筑物具有相應的蓄熱能力，并且可以在發生危險時，可以迅速解除管網故障。再來看環狀布置，其布置方式主要是利用環狀的主干線進行。當城市使用多熱源供熱時，這種布置方式能夠將熱源連接到供熱管網的主干線上，其所具有的有點也是十分顯著的，安全運行，操作簡便，管理可靠。

該工程在設計方案時，曾具體勘測過之前市政供熱管網設施，并且發現了許多具體問題。首先，部分市政供熱管網因為架空敷設，沒有對其進行有效的維護，從而致使管網的保溫結構嚴重受損，管件及支架受到嚴重腐蝕和銹蝕，部分支架還出現錯位等情況;其次，之前的供熱管網和室內的暖氣系統年久失修，系統內部擁有大量的積水，致使管道網絡保溫壁脫落，閥門系統也因為常年腐蝕而出現滲漏等問題。特別是在嚴冬季節，供熱水平難以達到要求，居民反應較為強烈。

針對以上現象，筆者試圖提出一些論證方案，以期引起共鳴。

（1）供熱管網的總體布局。在進行供熱管網整體布局時，一定要根據供熱管網運行的熱負荷狀況進行整體謀劃。在規劃時，不僅要考察當地的實際情況及現狀，還要對供熱未來的發展走向進行預測和觀察。因此，在實際設計方案時既要符合當地情況，也要為未來留下發展空間。

（2）改變管網敷設方式。之前的供暖管網敷設大多是采用地溝敷設方式或者是架空敷設方式，但是這兩種方式都存在著較大的局限性。設計者在考慮敷設方式時，必須充分分析造價控制、能源安排以及環境影響等，并對地溝敷設方式進行優化升級。供熱管道的材料可以選用聚氨酯硬質泡沫保溫材料、聚乙烯保護外殼以及不銹鋼管。將其三者運用到地溝敷設方式，能夠提升社會效益以及經濟效益。

（3）管道保溫材料和保護殼選材。當前供熱工程中，直埋熱水管道一般使用聚氨酯硬質泡沫保溫材料作為保持溫度的首選，由于這種保溫材料保溫效果比其他的好，并且還有一定的抗壓能力。優化升級供熱管網敷設方式時，設計者都會選用高密聚乙烯保護殼對管網進行熱力保護，這種材料同樣具有一定的抗壓能力，并且其抗老化和防水能力在同類保護殼中也是非常具有優勢的。

（4）水力失調的解決方法。冬季是供熱最集中也是最頻繁的季節，因此供熱單位在集中供熱時期間，都會對用熱用戶的供熱設備進行檢查維修。在集中供熱期間，由于供熱系統無法滿足所有用戶的熱量需求時，供熱單位的供熱設備就會出現水力失調的現象，使得供熱管網初端及末端都會出現熱脹冷縮的問題。為了解決水力失調的問題，設計人員需要認真計算熱負荷值，以實際的水溫和溫差為依據，升級供熱設備。

四、結語

除了上述設計方案，設計人員針對市政供熱管網的安排，還采取了其他的方式進行設計，旨在保障供熱管網系統運行的安全性和可靠性。人們利用許多新的設計理念，并采用新技術。新材料、新方案。綜上所述，設計人員采用多種科學技術措施，打破傳統的供熱模式，致力于實現供熱管網工程的精細化和合理化。

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作者簡介：

汲麗，中國市政工程東北設計研究總院有限公司。