預制直埋供熱管道優化配置探討

李昊澤

（大慶油田項目管理公司天宇設計院，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

供熱管道是進行熱量傳輸的重要路徑，其能夠像熱用戶進行熱源的傳送，選型和設計對于初期投資成本和后期的運行費用具有直接的影響。其中，初期投資成本的構成主要包括材料費用和安裝費用，后期運行成本主要是電量消耗以及維護保養費用等。供熱管道輸送的物質通常具有很高的溫度或者壓力，為了避免兩相流的出現，要通過水力計算進行管徑的合理選擇[1]。水力計算需要進行流動速度的確定，然后通過比摩阻進行內徑的確定，是管道設計和管理主要的數據基礎。

1 預制直埋供熱管道水力計算

首先，供暖熱負荷的計算公式為：Q=qdA×10-6，其中Q代表的是供暖熱負荷，單位是兆瓦；qd代表的是采暖的熱指標，單位是瓦每平方米；A代表的是供熱面積，單位是平方米。依據當前城市的供熱情況進行計算，取采暖面積為800m2，采暖指標是每平方米60瓦，所以采暖熱負荷是480mw；

其次，供暖熱負荷熱水供熱管網設計所需的流量利用下面公式進行計算：

以上公式當中，Gh代表的是管網設計的既定流量，單位是t/h；Qh指的是供暖的熱負荷；c指的是水的比熱容；ts和tr分別指的是供暖室外面計算溫度條件下熱力網的供水溫度和回收溫度，單位是攝氏度[2]。假定溫度分別是130和70oC，經計算Gh為5160t/h；

再次，計算管道內徑。采用的公式為：

其中，dj指的是管道的內徑，單位是mm；G是熱介質的質量流量，單位是噸/小時；v指的是流動速度；p是熱介質的密度，單位是千克/立方米。在平均溫度為100oC的情況下，熱介質密度數值為959千克/立方米，依據有關標準，流動速度應當低于3m/s，設定為1m/s和3m/s，則內徑分別為796.1mm和1.379m。

2 投資和運行費用計算

首先，預制直埋供熱管道線路出投資的費用主要是保溫管，通過熱電廠到供熱區域的距離可以計算出所需的供回水管道的長度，從而獲取投資初步費用估算表；

其次，管道沿途受到的阻力計算公式為：

然后對管道局部的阻力進行計算，公式為：

最后計算出管道阻力造成的運行費用增量，功耗跟阻力之間存在下面關系：

3 優化配置分析

預制直埋供熱管道初期需要進行一次性的投資，而運行費用屬于常年產生的費用，兩者相加所得的數值對于其經濟性的體現不夠全面，選擇財務專業作為分析角度，可以利用利率實現對時間和資金關系的合理折算，從而使得成本具有更好的可比性，使尺度更加統一。可以選擇利用財務動態分析中的年計算費用法，在項目的全周期中，依據基準投資收益率，對形成的現金流量進行現值的折算，采用的公式為：

通過這公式對年均投資費用進行計算，年均總費用等于年運行費用和年均投資費用相加之合，年均總費用最小的數值所對應的管徑就是最優配置管徑。

4 結語

依據水力計算可以發現，預制直埋供熱管道進行選型時主要考慮的因素是管道內介質的流動速度，通過對安全流速范圍進行界定，可以計算得到預制直埋供熱管道的管徑大小范圍。

預制直埋供熱管道初始投資費用主要包括建筑安裝以及材料所需的費用，管道型號的選擇對這一費用具有較大的影響，在管徑增加的同時，初始投資成本也會增加；年運行費用主要是水泵的電力消耗，管道型號的選擇對運行費用也具有較大的影響，管徑增加的同時，年運行費用會相應降低，所以，要想使總費用最低，要選擇合適的管道類型。

通過對具體工程的預制直埋供熱管道進行優化配置，采用財務分析方法，對年均總費用進行計算，結合各個參數的設置，得到以下結果。嘉定年利率為8%，則年平均總費用所對應的管徑最小數值為φ1120 ×16。