基于市政供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)的分析

張軍

（太原市政工程勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，山西太原 030012）

0 引言

在市政供熱工程中，供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)的好壞直接影響著供熱管網(wǎng)施工的品質(zhì)。為了確保供熱系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，并為我國(guó)城市化建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)，我國(guó)市政與施工單位要對(duì)供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)全面剖析，期間還要探討如何實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)的節(jié)能減排效果并優(yōu)化熱力管網(wǎng)設(shè)計(jì)等。

1 市政供熱管網(wǎng)系統(tǒng)

市政供熱管網(wǎng)中的熱媒指的是水蒸氣或者熱水，在市政供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，可使用很多熱源與熱交換站等形式為城市人們供熱，而此集中供熱方法主要是由熱源、熱網(wǎng)與用戶組成。隨著城市的發(fā)展建設(shè)，市政供熱管理系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它不僅轉(zhuǎn)變了以往老套的供熱形式，還能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、節(jié)能并減少污染的供熱。借助市政供熱管網(wǎng)系統(tǒng)集中控制供熱，其不僅能提高供熱質(zhì)量，還能合理設(shè)置供熱管網(wǎng)的加熱溫度，在加熱的過(guò)程中其不會(huì)受到外界溫度的影響，所以能有效保障供熱的質(zhì)量與效果。此外，結(jié)合室外溫度的變化，供熱系統(tǒng)還能對(duì)加熱的介質(zhì)流速、溫度等進(jìn)行合理調(diào)控，這在很大程度上都能將人們的供熱需求全面滿足。與此同時(shí)，市政供熱管網(wǎng)系統(tǒng)還配置了很多儀表設(shè)備，借助這些儀表市政單位能對(duì)供熱數(shù)據(jù)全面收集，再通過(guò)系統(tǒng)剖析便可掌握實(shí)際供熱情況，從而進(jìn)行節(jié)能控制。在此過(guò)程中，市政單位不僅能節(jié)約能源，還能降低熱損失發(fā)生，對(duì)供暖效率也能大幅提高。

2 市政供熱管網(wǎng)具備的優(yōu)勢(shì)

2.1 供熱品質(zhì)佳

如今，中國(guó)很多城市地區(qū)都是通過(guò)集中供熱的方式實(shí)現(xiàn)城市供暖的，而在冬季因溫度相對(duì)較低，所以通過(guò)集中質(zhì)量并調(diào)的方法不但可合理調(diào)控供暖介質(zhì)的流量、溫度等，還能把參數(shù)限制在適宜范圍內(nèi)，這樣城市供暖的安全性與穩(wěn)定性便能得到保障。此外，應(yīng)用此方式開展工作還具備很多優(yōu)勢(shì)，如不但能避免資源浪費(fèi)，還能降低工程成本，對(duì)現(xiàn)有資源也能優(yōu)化配置。而且很多供熱管網(wǎng)系統(tǒng)都安置了計(jì)量表，通過(guò)計(jì)算機(jī)科學(xué)調(diào)節(jié)也能全面掌握城市的供熱情況。而且在開展市政供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)工作時(shí)適當(dāng)縮減鋪設(shè)面積并全面考察城市情況，這不僅能設(shè)計(jì)出最佳的供熱方案，還能將供熱成本大幅度降低。最后科學(xué)布置供熱管網(wǎng)也能在最短時(shí)間內(nèi)滿足城市人們的供熱需求，通過(guò)此過(guò)程，供熱管網(wǎng)的運(yùn)行效率能不斷提升，期間還能防止其受不良因素的影響，而實(shí)際供熱的質(zhì)量也會(huì)大幅提升。

2.2 能降低對(duì)環(huán)境空氣的污染

以往開展的城市供熱都是直接使用煤炭進(jìn)行取暖，而煤炭在燃燒后會(huì)產(chǎn)生大量氣體，其不僅會(huì)污染生態(tài)環(huán)境，還會(huì)降低空氣質(zhì)量。為了將城市供熱管網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)全面發(fā)揮，市政單位要盡可能避免使用小型鍋爐房，而集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)所用的鍋爐不僅容量極大，而且還能節(jié)省大量的燃料。隨著社會(huì)的發(fā)展，在城市供熱工作中也要引入先進(jìn)、有效的技術(shù)手段，這不僅能將資源的應(yīng)用率全面提高，還能減少污染物的排放，從而有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的落實(shí)，國(guó)家開始提倡節(jié)能、減排、環(huán)保，所以在開展城市供熱工作時(shí)也要順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展步伐，科學(xué)設(shè)計(jì)市政供熱管網(wǎng)并進(jìn)行不斷優(yōu)化，這不僅能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，還能注重對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，可將生態(tài)污染降到最低，這在很大程度上都符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展理念[1]。

2.3 可促進(jìn)城市供熱的智能化發(fā)展

社會(huì)科技水平的提升促使人工智能技術(shù)越發(fā)成熟，在此背景下，市政供熱管網(wǎng)也逐漸趨于智能化方向發(fā)展。在市政供熱管網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，智能化設(shè)施不僅能依據(jù)室外氣溫變化科學(xué)調(diào)節(jié)管網(wǎng)內(nèi)部介質(zhì)溫度與流速，還能減少以往調(diào)節(jié)工作中的人力消耗，對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行期間的能源也能大量節(jié)約。此外，應(yīng)用智能化設(shè)施開展供熱管網(wǎng)監(jiān)管工作，還能實(shí)現(xiàn)一天24h不間斷的全面監(jiān)管，一旦發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行存在問(wèn)題，智能化設(shè)施便能自動(dòng)定位并將問(wèn)題信息反映給管理人員，以便他們能及時(shí)、有效的解決問(wèn)題。

3 供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)期間存在的問(wèn)題

3.1 管網(wǎng)布局不夠合理

我國(guó)城市化進(jìn)程的加快致使市政供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)變得更為重要。然而在實(shí)際市政供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，供熱質(zhì)量與效果并未得到城市人們的認(rèn)可，而這也致使城市集中供熱的優(yōu)化任務(wù)越發(fā)繁重。在此背景下，本文圍繞市政供暖管線設(shè)計(jì)工作面臨的問(wèn)題展開了剖析。在進(jìn)行供暖管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建造工作的過(guò)程中，市政單位要保證供暖管線布局合理，這是做好供暖管線施工設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。但考慮到城市供暖品質(zhì)與供熱范圍等因素，市政單位在做好管線工程設(shè)計(jì)后還要提高管線布置的科學(xué)性與可行性，如果管線布置不科學(xué)，不但會(huì)造成管線過(guò)長(zhǎng)、管道布置雜亂等問(wèn)題，還會(huì)對(duì)供熱的合理性產(chǎn)生影響，進(jìn)而會(huì)加大供熱管網(wǎng)建設(shè)的成本。

3.2 凝結(jié)水問(wèn)題較為嚴(yán)重

為了進(jìn)一步明確市政供熱管網(wǎng)建設(shè)期間存在的問(wèn)題，部分地區(qū)使用了蒸氣供熱的方式，在通過(guò)汽水換熱后又進(jìn)行了水采暖[2]。通過(guò)對(duì)多地蒸汽管網(wǎng)設(shè)計(jì)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)設(shè)計(jì)工作存在較嚴(yán)重的凝結(jié)水問(wèn)題，對(duì)產(chǎn)生的凝結(jié)水也未進(jìn)行有效回收處理。在市政供熱管網(wǎng)體系中，凝結(jié)水的出現(xiàn)會(huì)使供熱管道受到嚴(yán)重的侵蝕，其不僅會(huì)縮短管道的使用壽命，還會(huì)對(duì)供熱管網(wǎng)的質(zhì)量產(chǎn)生影響，甚至?xí)黾庸峁芫W(wǎng)熱量的消耗并造成不必要的能源浪費(fèi)。所以在優(yōu)化設(shè)計(jì)市政供熱管網(wǎng)的過(guò)程中，市政單位要充分考慮凝結(jié)水問(wèn)題，期間單位要結(jié)合工程情況合理制定凝結(jié)水的有效回收策略。而在管道設(shè)備設(shè)計(jì)期間，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)設(shè)備或管道材質(zhì)不合格以及管道連接不牢固等問(wèn)題，這些問(wèn)題的出現(xiàn)都會(huì)導(dǎo)致凝結(jié)水發(fā)生。而且在蒸汽管道中若未合理開展疏水工作也會(huì)導(dǎo)致蒸汽凝結(jié)水出現(xiàn)，由于蒸汽體積縮小會(huì)使管道局部真空，受到壓力差的作用真空附近的物質(zhì)會(huì)受到嚴(yán)重沖擊，從而使管壁出現(xiàn)振動(dòng)等現(xiàn)象，這在很大程度上也會(huì)對(duì)市政供熱的質(zhì)量產(chǎn)生影響。

4 市政供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)對(duì)策

4.1 供熱管網(wǎng)的布局

在進(jìn)行供熱管網(wǎng)布局的過(guò)程中，市政單位要結(jié)合管網(wǎng)的熱負(fù)荷情況進(jìn)行合理的規(guī)劃，期間市政單位不但要考慮當(dāng)下工作狀況，還要對(duì)日后情況進(jìn)行預(yù)測(cè)、規(guī)劃，所以市政單位開展的供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)工作必須符合工程的實(shí)際情況，同時(shí)也要預(yù)留足夠的發(fā)展空間。

4.2 管網(wǎng)敷設(shè)方法

以往進(jìn)行的供熱管道敷設(shè)都是使用架空敷設(shè)或地溝敷設(shè)等方法，但這些方法在應(yīng)用的過(guò)程中還存在很多問(wèn)題[3]。管網(wǎng)敷設(shè)優(yōu)化不僅要考慮工程造價(jià)，還要注重節(jié)能環(huán)保，這樣才能實(shí)現(xiàn)對(duì)供熱管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在實(shí)際工作中，市政供熱管網(wǎng)可使用預(yù)制直埋保溫管，通過(guò)將鋼管與聚氨酯硬質(zhì)泡沫等材料粘合，供熱工程的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益以及生態(tài)效益都能大幅提高。

在布置供熱管網(wǎng)的過(guò)程中，市政單位要確保管網(wǎng)與熱媒、熱源以及用戶存在緊密的聯(lián)系。如今比較常見的供熱管網(wǎng)布置方式包括網(wǎng)格狀、枝狀等。網(wǎng)格狀供熱管網(wǎng)是由許多環(huán)狀管網(wǎng)連接在一起形成的一種管網(wǎng)布置方式，如圖1所示，該布置方式不僅安全，運(yùn)行的可靠性也很強(qiáng)。不過(guò)此方法需投入大量的資金，熱網(wǎng)的水利工況也極為復(fù)雜，這也加大了市政單位對(duì)管網(wǎng)供熱的控制難度。

圖1 網(wǎng)格狀管網(wǎng)布置

其次枝狀管網(wǎng)布置是供熱管網(wǎng)布置應(yīng)用最廣泛的一種方法，如圖2所示。枝狀管網(wǎng)布置方式具備很多優(yōu)點(diǎn)，如系統(tǒng)簡(jiǎn)單、管徑會(huì)隨著熱源的遠(yuǎn)離而不斷減小，所以其所消耗的金屬量少，且投資成本少，運(yùn)行也十分可靠[4]。不過(guò)該布置方式還存在很多弊端，即供熱后備能力不足，如果管網(wǎng)發(fā)生故障問(wèn)題，在此故障位置后的用戶供熱便會(huì)中斷。為了將此問(wèn)題解決，如今市政單位從熱源到用戶處敷設(shè)了很多供熱主干線，而這些干線間也敷設(shè)了很多連通管，在供熱管網(wǎng)正常工作時(shí)這些連通管處于關(guān)閉狀態(tài)，且不會(huì)發(fā)揮作用。如若管網(wǎng)出現(xiàn)故障問(wèn)題，連通管便會(huì)開啟，這樣故障發(fā)生位置后的用戶也能正常供熱。

圖2 枝狀管網(wǎng)布置

4.3 管網(wǎng)平衡方式的設(shè)計(jì)

市政供熱管網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行期間是借助閉式管路系統(tǒng)將熱媒介傳遞給用戶的，為了提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性與可行性，市政單位需按照計(jì)工況運(yùn)行的供熱管網(wǎng)使各用戶能獲得均衡的設(shè)計(jì)流量，這樣便能將負(fù)荷要求全面滿足。為了確保供熱管網(wǎng)的平衡，市政單位要依據(jù)規(guī)定科學(xué)計(jì)算水力平衡，這樣便能保證不同環(huán)路的水量能符合設(shè)計(jì)要求。此外，市政單位還要將平衡閥或水力平衡元件安置在室外環(huán)路或建筑物的采暖供水管道上。

4.4 管道熱補(bǔ)償方式

由于供熱管網(wǎng)的主要供暖管線敷設(shè)在主干道低下，加上住宅區(qū)的馬路兩邊都是建筑物，并且主要供暖管線的口徑較大，這些原因都會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水出現(xiàn)熱量損失。為了確保日常維護(hù)與管理工作能順利開展，單位還可使用TB型波紋管熱能補(bǔ)償器，將其置于供熱井內(nèi)便能降低循環(huán)水的熱損失[5]。

4.5 對(duì)管道保溫層厚度的設(shè)計(jì)

在開展市政供熱管道保溫層設(shè)計(jì)工作中，針對(duì)一次回水管與二次回水管均采用了聚氨酯硬質(zhì)泡沫作為保溫材料，在管道的外壁也設(shè)置了玻璃鋼。結(jié)合供熱工程施工標(biāo)準(zhǔn)，在管道口徑超過(guò)DN300時(shí)，玻璃鋼的厚度要保持在3.5mm，若口徑小于DN300，玻璃鋼厚度要控制在2.5mm。在市政供熱管網(wǎng)方案中，一次供熱水管使用的是改性聚異氰脲酸酯泡沫保溫材料，在管道的外壁也設(shè)置了玻璃鋼。依據(jù)工程施工標(biāo)準(zhǔn)，若管道口徑大于DN300，玻璃鋼厚度要控制在3.5mm，若管道口徑小于DN300，玻璃鋼厚度要設(shè)計(jì)為2.5mm。

對(duì)于蒸汽管線保溫層設(shè)計(jì)工作，由于蒸汽管線的蒸汽層壓強(qiáng)約1MPa，工作溫度在180℃左右，所以僅是借助泡沫材料是無(wú)法達(dá)到耐高溫這一條件的，在此背景下，市政單位要合理利用復(fù)合直埋技術(shù)進(jìn)行敷設(shè)工作。期間工作人員需將硅酸鹽漿料涂刷在管道表面并形成良好的隔熱層，這樣便能確保保溫層溫度在140℃以內(nèi)，之后便可在管道外壁設(shè)置3.5mm的玻璃鋼。

4.6 管道固定支座的設(shè)計(jì)

在供熱管道敷設(shè)作業(yè)中，單位可使用直埋式方法，但由于該敷設(shè)方法沒(méi)有明確的固定管推力計(jì)算公式，所以在開展設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中單位可借助空敷設(shè)管道的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算固定支座推力，不過(guò)在這一過(guò)程中單位要合理調(diào)整相關(guān)參數(shù)。除此之外，因固定支座的固定支架安裝簡(jiǎn)便，且保溫處理較為便利，所以單位結(jié)合固定支座推力以及管道直徑便能明確支座的尺寸[6]。最后單位還要做好供熱管線水壓圖的設(shè)計(jì)工作，水壓圖中不僅詳細(xì)記錄了管網(wǎng)壓力的分布與變化情況，還能精準(zhǔn)反映供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，所以針對(duì)管線水壓圖設(shè)計(jì)工作，市政單位必須高度重視。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，在開展市政供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)工作的過(guò)程中，為了提高供熱管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性，市政單位要使用先進(jìn)、有效的設(shè)計(jì)理念，還要借助新材料與技術(shù)開展工作。同時(shí)為了增強(qiáng)供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)施工效果，單位還要制定健全、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，這不僅能提高供熱的質(zhì)量與效果，還能將城市的發(fā)展需求全面滿足。