市政熱力管網設計關鍵要素研究

郭彬

［太原熱力設計院（有限公司），山西 太原 030000］

0 引言

隨著我國城鎮集中供暖建設的迅速發展，城市供熱管網的建設與設計問題日益引起人們的重視[1]。隨著社會和經濟的發展，人民的生活水平得到了改善，同時也導致城市熱能的消耗量增大[2]。山西省太原市市政熱網工程造價高、規模大、涉及面廣，與城市總體規劃與發展息息相關，因此，提高供熱管網的設計水平和合理的施工方案，既能保證項目的順利進行，又能保證工程進度和成本的最大化。隨著供熱管網的不斷增大，供熱系統的設計與建設也越來越嚴格，因此，如何有效地調整供熱管網的運行成為一個新的課題。本文概述熱力管網設計，分析市政熱力管網設計中存在的問題，根據問題提出相應的對策，建立管網的劃定及布置情況，設計市政熱力管網固定支架和旋轉補償器，控制熱力管網施工的質量管理。在城市供熱管網的設計與施工中，必須要有一套完整的規劃，建立健全的責任制度，明確各工種的職責，并對其進行全方位的質量控制，以保證供熱管網的設計與質量，減少施工中存在的各種問題。

1 熱力管網設計概述

城市熱網的建成和運營可以更好地滿足用戶對供暖的需要，同時也可以有效改善采暖系統的能量分布，減少供暖時的熱量損耗[3]。同時，供熱管網在供熱系統中應用可有效節能，能為環境保護貢獻力量，利用管網余熱可有效避免熱量的大量流失。在市政供熱管網中，一般使用大尺寸的鍋爐，通過廢物的循環再利用進行燒火加熱，從而達到更好的節能效果。熱網設計對后期的工程建設過程和建設效益有很大的影響。在進行科學的網絡規劃之前，必須根據建設區域的具體情況和規劃方案，進行科學、合理的研究和分析。在進行設計時，必須充分考慮建筑區域的建筑特性和各類特殊狀況，保證供熱管網系統被充分利用，為人民群眾的生活提供優質的服務[4]。同時，由于城市熱網技術和智能化技術的迅速發展，相關的智能設備也在逐步更新。采用智能化市政管網，可以有效降低管網運行時的能耗，進而提高管網運行效率。

2 市政熱力管網設計中存在的問題

在市政熱力管網規劃和設計中，不合理的設計思想將會對工程建設造成較大的不利影響[5]。我國對城市熱力管網建設的開展越來越廣泛，各地區也紛紛進行了相應的規劃和建設。但在一些經濟落后的地區，設計者沒有建立正確的規劃，忽視了城市的發展方向，僅僅停留在短期的利益上，造成當地的供暖系統不能滿足城市的長期發展，浪費大量的人力、財力和物力。所以，必須選擇一支絕對專業、可靠的規劃隊伍來進行城市熱網的設計，以促進城市的發展。當前，一些城市供熱管網在施工中沒有遵循全局原則，其總體布局存在著明顯的不合理現象，這不僅會影響到管網的長期發展，而且會嚴重制約城市進步。從熱電廠引出的管線通常直徑和長度較大，這樣的布置會消耗大量的電力熱量。同時，管網布置不當也會對遠、近端的居民生活產生影響，如供熱不正常、噪聲大等問題。異步式的熱網系統設計如圖1 所示。

圖1 熱力管網異程系統

在管網系統中循環水泵通過不同的回路會產生不同的管路阻力，從而產生不同的壓力損失，造成管網內部的壓力分布不均勻。在實際熱力管網布局規劃時，需要對所規劃區域的建設狀況進行細致的調查，以免造成設計方案不符合當地實際情況。

供熱管網的優化與使用，將直接關系到整個城市的發展。通常來說，城市供熱管網的建設規模都很大，但由于各部門對供水系統沒有足夠的重視，造成了供水系統的水力和熱力不能保證，從而造成了供水不暢。熱水采暖中存在的阻力不均勻是導致水力失衡的主要因素。有些城市為了抑制水力失衡，采取增大管道直徑的措施，并對閥門和流量進行調整。這些措施雖能暫時解決水利系統的失衡問題，但在技術上存在諸多困難和缺陷，因此難以實現。

從我國目前的實際狀況來看，我國一些城市的供熱系統還存在著許多問題。首先，太原市仍然以燃煤為主，這種供暖方式不但污染環境，而且要進行大量的投資。由于小型鍋爐的分布廣、數量多，很容易導致能源的大量浪費。其次，鍋爐和熱電廠容量較小，這將極大地影響到能源利用率，造成了巨大的成本和資源浪費。最后，由于地方和有關部門存在著強烈的保護主義，使得與之對應的集中供暖行業難以協調發展，造成集中供暖網絡的比重不斷下降。

3 市政熱力管網設計的具體措施

3.1 熱力管網的劃定及布置情況

在市政熱力管網布局設計方面存在一些規范與準則，在規劃和設計太原市供熱系統之前，一定要結合整個城市的整體規劃來考慮。先確定整個城市的地理位置，然后收集城市的道路信息，了解居民和工業供熱需求，再根據這些數據選擇合適的供熱網絡，既能保證供熱又能節省投資。在熱水網絡中，管道的速度不能超出規定的速度，表1 為限定流速。

表1 限定流速

設計參數采集過程涉及的數據比較復雜，精度要求較高，主要包括管線高差、管道壓力、管道直徑、管道損耗等，從而達到可持續發展的目的。供熱管網的布局，需要有關的設計者制定出一套完整的熱網規劃。管網設計中包含了給排水的設計、暖通空調的設計、動力設計、電氣設計以及弱電設計，需要兼顧各個方面，處理好污水、雨水及工藝循環水，對于輸送氣體及通風制冷做好安排，建立消火栓及安全報警系統，完善市政熱力管網的構造。通過對各個系統可操作性的分析，將各個專業系統進行集成，得出山西省太原市城市熱力建設管網的設計內容，如圖2 所示。

圖2 市政熱力管網設計總體內容

（1）設計人員要對供熱管網的原材料進行科學的選擇，嚴格按照技術規程進行選址，盡可能的在地勢平坦、水位較低的地區進行施工，以提高設計的質量，降低各種設計問題。同時，設計人員應對供熱管網工程的經濟性進行科學的分析，并對其周邊環境進行綜合調查，使其不能破壞各種機械設備。

（2）在進行熱網鋪設設計時，有關設計人員應對熱網布設進行科學的選擇，以便減少施工難度，提高造價控制工作效率。而熱網鋪設方式的選取也關系到工程的安全和便捷。目前隨著工程技術的不斷發展，為提高供熱管道鋪設的質量，有關部門可以采取直接埋設等技術手段，使熱力被充分利用。

（3）制定供熱網絡干線的規劃。在熱網干線的設計中，有關設計人員應對熱網干線的設計需求進行科學的分析，并對其設計原理進行全面優化，使之充分發揮設計功能。同時，為提高供熱管網設計的可靠性，也要對有關設計人員進行科學的規劃。

（4）科學設計供熱管網的管徑。設計人員在設計供熱管網管徑時，應制定合理的設計方案，按有關規范進行管徑設計，以確保管道內的流量滿足有關要求。并根據有關資料，對供熱管網的管徑進行合理設計，提高其設計質量。

3.2 熱力管網固定支架的設計

在保證熱網穩定可靠的前提下，安裝支架是一項非常重要的工作。在進行熱網管道設計時，一定要注意對熱力管網固定支架進行計算，以保證整個工程的質量。首先，要確保固定支架的實用功能，設計者要精確地測量和計算支架與管線的安裝誤差。其次，支撐件的承載力也是設計者必須考慮的問題，它主要由補償器所產生的負荷和管路、流體的重量組成；只有在設計的時候充分考慮到有關因素，進行針對性設計，才能確保工程質量，防止出現安全隱患。

3.3 熱力管網中旋轉補償器的設計

在熱管設計中，補償器設計尤為重要。旋轉補償裝置由整體密封座、密封壓蓋、減摩定心軸承、密封材料、旋轉筒體等部件構成，在熱管上需要兩組或多組成組，通過轉動來吸收熱量，降低管道的應力。其工作原理如下：利用兩個轉鼓和一個力臂形成一對力偶，使力臂繞著軸心轉動，吸收力偶兩側的熱脹率。補償器可按自然地形和管線強度配置一套補償裝置，由于不會因介質的壓力而造成盲板的作用力，所以可做成非常小的固定托架，尤其適合于大直徑的管材；具有良好的密封性，長時間使用不需要維修，節省了大量資金；采用旋轉式補償裝置，可直接用于蒸汽直埋、熱水直埋管道，節省投資，改善操作性能。因此，有關設計者應合理選擇合適的補償方式，以保證其合理性和柔性，從而提高其補償效果。

同時，設計者必須對直管段的位置進行科學選擇，做出合理改進，旋轉合適的角度，進行合理加工，使其達到現代設計質量。在安裝補償裝置時，應對導軌支架進行合理設計，并確定支架定位，以防止由于設計間距的偏差而引起失穩現象，提高系統的工作效率。

3.4 控制熱力管網施工的質量管理

熱網工程施工中，由于工程內容多、危險作業多，所以在工程建設中要嚴格規范施工工藝，使工程建設過程中每一個環節都要有相應的制度。通過對施工人員的行為進行規范，保證工程安全與質量；在進場之前，必須對其技術能力有全面的認識，施工人員要持有相應證書。在施工過程中，應加強對施工質量的監管，監理人應制定一套完整、合理的監理方案，以保證施工人員的生命和整個項目的安全。

選用高品質的材料是保證熱網工程質量的重要保證。加強對物料的檢測和控制，以保證物料品質。首先要建立嚴格的物料檢查標準，選用符合要求的物料；選用的原料要綠色、衛生，注意節約能源，盡量不要用不合格的低檔產品。其次，要強化監管和控制，指定專人負責物料的歸檔和歸檔。最后，物資管理人員也要將各種物資的進貨和消耗量都記錄在案，避免出現任何不知情的情況。在工程建設中，由于供熱管網施工的特殊性，造成管線腐蝕、生銹的問題。由于其施工工序比較繁雜，所以在進行工種交接時，必須對管線進行除銹、防腐、刷油。在完成工程后，應及時將管線的出口封閉，從而保證管線安全，保證管網的正常運行。

4 結語

通過建立城市供熱網絡，可以充分滿足居民對供暖的需要，使資源得到更好地利用，從根本上提高相關資源的利用率。因此，本文概述熱力管網設計，分析市政熱力管網設計中存在的問題，根據問題提出相應的對策，建立管網的劃定及布置情況，設計市政熱力管網固定支架和旋轉補償器，控制熱力管網施工的質量管理。同時，設計者要不斷提高自己的技術和實際操作能力，以全面滿足城市的供暖需要，從而加速城市的現代化建設。