供熱管網(wǎng)的設(shè)計及其防腐分析

摘 要：隨著城市集中供熱的發(fā)展，供熱管網(wǎng)在城區(qū)的覆蓋面積越來越大，為人們生活帶來了極大的方便。然而供熱管網(wǎng)的迅速擴(kuò)展也帶來了一系列的問題，嚴(yán)重影響著城市規(guī)劃及環(huán)境美化。文章根據(jù)實踐經(jīng)驗，對供熱管網(wǎng)的設(shè)計與防腐工作展開了探討。

關(guān)鍵詞：供熱管網(wǎng)；設(shè)計；防腐

中圖分類號：TU955.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）20-0159-02

集中供熱是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施。集中供熱主要集中在北方城市，并隨著人們生活水平的提高得到了前所未有的發(fā)展。集中供熱是以熱水或蒸汽為熱媒通過供熱管網(wǎng)向城市用戶提供熱能的供熱方式。為了節(jié)約工程投資、提高供熱質(zhì)量和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，對供熱管理的設(shè)計及防腐工作展開探討具有十分重要的意義。文章分析了我國城市集中供熱管網(wǎng)的現(xiàn)狀，然后對供熱管網(wǎng)的設(shè)計與防腐提出了合理的建議。

1 城市集中供熱管網(wǎng)現(xiàn)狀及特點

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速增長，城市化建設(shè)進(jìn)程逐漸加快，其最顯著的特點是大中城市不斷向周邊縣市擴(kuò)展。城市的擴(kuò)展必然要新建和翻新許多工民建筑，供熱管網(wǎng)也需要不斷擴(kuò)展與更新。但是，供熱管網(wǎng)在建設(shè)之初考慮并不周全，其擴(kuò)展能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了用戶的需求。為了節(jié)約成本，供熱管網(wǎng)多是一段一段地施工，呈單一枝狀延伸。而為了滿足一些特殊用戶的需要，甚至采取加粗管道的辦法，出現(xiàn)了二次網(wǎng)管徑大于主管網(wǎng)管徑的不合理現(xiàn)象。供熱管網(wǎng)的合理布局是城市建設(shè)和發(fā)展的前提條件。因此，必須對其進(jìn)行合理地優(yōu)化設(shè)計。國城市集中供熱管網(wǎng)的特點主要是熱用戶分布區(qū)域廣、分支多。在管網(wǎng)發(fā)生事故時，通常允許有若干小時的停供修復(fù)時間。同時有些熱網(wǎng)為提高供熱可靠性和應(yīng)付供熱發(fā)展的不確定性，在規(guī)劃設(shè)計時就將熱網(wǎng)像市政給水管網(wǎng)一樣成網(wǎng)格狀布置，而這樣存在一定的問題，水力工況和控制十分復(fù)雜。因此，應(yīng)結(jié)合供熱管網(wǎng)的特點，對城市集中供熱管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

2 供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計

供熱管網(wǎng)優(yōu)化可分為三個方面，其一是管線布局優(yōu)化，其二是管管徑設(shè)計優(yōu)化，其三是管理運(yùn)行的優(yōu)化。把握好這三個方面的優(yōu)化設(shè)計，將極大提高供熱管網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，同時也為城市的科學(xué)規(guī)劃奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.1 管線的布局優(yōu)化

管網(wǎng)的管線布局上必須達(dá)到兩個目標(biāo)，即技術(shù)上要可靠，經(jīng)濟(jì)上要合理。技術(shù)上可靠是指管線應(yīng)少穿主要交通線，一般平行于道路中心線并應(yīng)盡量敷設(shè)在車行道以外的地方，地上敷設(shè)的管道，更要達(dá)到不影響城市環(huán)境美觀，不妨礙交通的目標(biāo)；管線還應(yīng)盡量避開土質(zhì)松軟地區(qū)、地震斷裂帶、滑坡危險地帶以及地下水位高等不利地段；供熱管道與各種管道、建筑物應(yīng)協(xié)調(diào)安排相互之間的距離，保證運(yùn)行安全、施工及檢修方便。經(jīng)濟(jì)上合理是指要注意管線上的閥門、補(bǔ)償器和某些管道附件的合理布置；主干線應(yīng)盡量走熱負(fù)荷集中區(qū)，盡可能使其數(shù)量減少。

2.2 管徑的設(shè)計優(yōu)化

在管線布局、管徑設(shè)計和管網(wǎng)運(yùn)行這三部分中，管徑的優(yōu)選是優(yōu)化設(shè)計的核心問題。在管徑的設(shè)計優(yōu)化過程中，要根據(jù)工程實際給定管徑的上限，使管徑能在合理的范圍內(nèi)取值。管網(wǎng)設(shè)計時，各管段的直徑是根據(jù)供熱管網(wǎng)各管段的計算流量和比壓降范圍來選定，而流量大小最終由熱負(fù)荷而確定，管徑確定前，需要對各管段的現(xiàn)有熱負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確計算，對負(fù)荷將來的增容進(jìn)行合理預(yù)測。根據(jù)流動力學(xué)性質(zhì)，管徑愈小產(chǎn)生的流動阻力愈大，輸送過程消耗越大，生產(chǎn)成本變高。相反管徑愈大產(chǎn)生的流動阻力愈小，生產(chǎn)成本變低，但由于使用較粗管道，大大增加了基建投資。因此，衡量兩種情況的得失，最終選擇兩者兼顧的方案。

2.3 管網(wǎng)的運(yùn)行優(yōu)化

從我國各城市集中供暖的情況來看，經(jīng)濟(jì)性差、浪費(fèi)嚴(yán)重是最顯著的特點。而隨著供暖技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新的供熱系統(tǒng)被應(yīng)用，供熱管網(wǎng)的調(diào)節(jié)工作日益受到重視。目前，在調(diào)節(jié)工作中普遍遇到的問題是供熱管網(wǎng)冷熱不均的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的主要原因是水力失調(diào)所致。換句話說，管網(wǎng)內(nèi)水力平衡是管網(wǎng)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵要素。消除水力失衡的辦法是加裝動態(tài)調(diào)控設(shè)備，利用其預(yù)設(shè)功能對各個環(huán)路進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種設(shè)備不僅實現(xiàn)了自動調(diào)控，還不影響其他環(huán)路的用熱量，也不產(chǎn)生噪音或振動。但是不能過分依賴這種設(shè)備，有的時候可能因某些原因而出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)失調(diào)，所以使用動態(tài)系統(tǒng)時一定要注意對穩(wěn)態(tài)失調(diào)的防范。

3 供熱管網(wǎng)的防腐

管道的腐蝕，輕則洞穿管壁造成滲漏，重則管壁無法承受熱媒壓力而爆炸，嚴(yán)重危害用戶的安全。近幾年供熱管網(wǎng)普遍使用直埋預(yù)制保溫管，這種管道敷設(shè)技術(shù)施工方便、造價低且不影響城市環(huán)境美化。然而預(yù)埋管道一旦腐蝕，極難查出泄漏點，給維修工作帶來了極大不便。當(dāng)然，這種方法的后期維護(hù)成本之大也是顯而易見的。因此，要對供熱管道的腐蝕問題引起足夠重視，將管道的腐蝕程度降到最低，以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 供熱管網(wǎng)腐蝕的主要因素

3.1.1 水中溶解氧的濃度

《低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》對大于95℃的熱水鍋爐用水有嚴(yán)格規(guī)格，不允許水中的溶解氧大于0.1 mg/L。通常的工業(yè)用水pH一般在6.0～9.0之間，在這種情況下，水中的飽和氧正是一種去極劑，可以氧化管道形成鐵銹。有資料顯示，如果水中溶解氧含量低于0.1 mg/L，那么氧腐蝕速度約為0.03 mm/a，也就是說普通供熱管網(wǎng)的使用壽命在三十年以上。然而如果水中溶解氧含量達(dá)到8 mg/l時，氧腐蝕速度約為1.2 mm/a，供熱管網(wǎng)的使用壽命可想而知了。因此，水中溶解的氧含量是防止管網(wǎng)腐蝕的措施之一。

3.1.2 水的酸堿度

一般來講，pH在4.0～10.0之間，管網(wǎng)的腐蝕速度主要受水中的溶解氧含量的影響。pH4.0～7.0之間主要是緩慢的吸氧和析氫的反應(yīng)，腐蝕慢且均勻；pH7.0～10.0之間主要是氧的去極化和氫氧化亞鐵氧化反應(yīng)，這些反應(yīng)極其緩慢，甚至在接近10.0時，金屬表層形成的保護(hù)層具有極強(qiáng)的防腐作用。然而，在pH<4.0時，析氫反應(yīng)就會強(qiáng)烈，此時的腐蝕速度急劇增長；在pH>10.0時，會出現(xiàn)局部腐蝕過度的情況，這與孔蝕和潰瘍十分相似。

3.1.3 水的溫度

水溫也是管網(wǎng)腐蝕的重要因素。根據(jù)化學(xué)動力學(xué)規(guī)律，當(dāng)溫度升高時金屬離子活化能變大，化學(xué)反應(yīng)速度加快。供熱管網(wǎng)是封閉系統(tǒng)，熱媒溫度在90℃以上，這時電解質(zhì)的電阻降低，F(xiàn)e2+在水溶液中的速度加快，從而加速了腐蝕。有關(guān)資料顯示，如果水溶解氧給定，溫度每增加30℃，腐蝕速度將增加一倍。

3.1.4 鹽的濃度

在供熱管網(wǎng)內(nèi)使用的是純化水，而不是支離子水。所以當(dāng)水中鹽濃度變高，導(dǎo)電能力就會增加，同時腐蝕也會隨之增加，這種狀態(tài)會一直持續(xù)到鹽的濃度十分高而抑制氧化反應(yīng)。供熱管網(wǎng)用的純化水鹽濃度不會很高，所以始終處于加速腐蝕的狀態(tài)，可見鹽濃度也是不可忽略的因素。

3.2 供熱管網(wǎng)的防腐措施

3.2.1 供熱管網(wǎng)外的防腐

①選擇合理的保溫材料。管網(wǎng)外腐蝕多是管周濕度過大引起的，所以選擇保溫材料時要注意吸水性，盡量選用吸水性較小的材料。

②管道外保護(hù)層要加設(shè)防水層，盡量使外界水無法進(jìn)入到保溫層中。

③在地溝敷設(shè)時，需保證地溝干燥通風(fēng)且有排水措施，可能減少預(yù)埋管道周圍的含濕量。

④選擇合理的介質(zhì)溫度。高溫送熱固然可以起到一定的升溫作用，減少管道外腐蝕，但會加速管道內(nèi)腐蝕。所以應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析之后選擇最佳的介質(zhì)溫度。

3.2.2 供熱管網(wǎng)內(nèi)的防腐

①降低溶解氧濃度。由分析可知，供熱管網(wǎng)內(nèi)部腐蝕主要原因是溶解氧，因此必須投入有效的除氧系統(tǒng)，使熱媒始終達(dá)準(zhǔn)。

②調(diào)節(jié)管網(wǎng)的pH，使其處于合理范圍內(nèi)。

③嚴(yán)格控制管網(wǎng)的涌漏，如有發(fā)現(xiàn)立即解決，防止補(bǔ)水過多引起腐蝕。

④管網(wǎng)在停運(yùn)期間，要將內(nèi)部水全部放出，然后充滿新的經(jīng)化學(xué)處理、除氧的軟化水。如果再加入緩蝕劑，效果將更好。

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