集中供熱蒸汽管道設(shè)計(jì)研究

彭 涌

(福建省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院 福建福州 350001)

0 引言

集中供熱是將某區(qū)域或工業(yè)園區(qū)的供熱熱源集中設(shè)置，通過集中供熱管網(wǎng)將熱能輸送到各熱用戶，相對(duì)于過去常見的各業(yè)主自行分散設(shè)置鍋爐房，具有節(jié)約能源(熱效率高)、污染物排放少(污染集中治理)、工程總投資較低、管理人員較少、供熱負(fù)荷調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，集中供熱系統(tǒng)在近年來越來越廣泛得到應(yīng)用。但是集中供熱系統(tǒng)管網(wǎng)相對(duì)較長(zhǎng)，集中供熱管網(wǎng)投資較高，供熱系統(tǒng)壓降較大，集中供熱管道設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)化，就顯得更加重要。基于此，本文擬以福州濱海某工業(yè)區(qū)設(shè)計(jì)監(jiān)理等工程為例，探討集中供熱系統(tǒng)及管網(wǎng)設(shè)計(jì)施工等一些技術(shù)措施，提出集中供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)施工需注意的問題，供同仁及相關(guān)管理部門參考。

1 集中供熱蒸汽管道設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

集中供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，首先要掌握各用戶不同用熱需求，如蒸汽用戶，需要掌握各用戶用汽量變化曲線，用汽壓力、用汽溫度等需求，考慮集中供熱用戶發(fā)展規(guī)劃，爾后，根據(jù)用戶需求，選擇適當(dāng)集中供熱熱源。

在福州濱海某集中供熱項(xiàng)目中，集中供熱熱源利用現(xiàn)有某廠熱電站鍋爐房，2臺(tái)40t/h、390℃燃煤循環(huán)流化床鍋爐作為主要供熱的熱源點(diǎn)。平均用汽負(fù)荷為77.5t/h，集中供熱蒸汽管網(wǎng)長(zhǎng)度約6.3km，經(jīng)減溫減壓后提供1.2MPa、200℃的過熱蒸汽集中供熱。集中供熱管道設(shè)計(jì)，要注意計(jì)算管道壓力損失、溫度降低等，合理選擇管徑，采取措施降低管網(wǎng)熱損失和壓力損失，確保滿足末端用戶用熱需求。

1.2 供熱計(jì)量

集中供熱項(xiàng)目是為多個(gè)用戶提供熱源，供熱量分戶計(jì)量必不可少。在福州濱海某集中供熱項(xiàng)目中，選用了無線傳輸?shù)挠?jì)量裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供熱熱源和各用戶的供熱介質(zhì)流量、溫度、壓力，該計(jì)量裝置不僅能夠在控制中心的電腦顯示器顯示，而且還能夠通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，管理人員可以通過手機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供熱系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

1.3 管線布置

集中供熱管線如何布置，不僅要考慮工程投資，應(yīng)符合《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ34 - 2010)[1]等各規(guī)范中管道與構(gòu)筑物、設(shè)施、設(shè)備、各類管道、綠化等的間距要求，更重要的是要滿足規(guī)劃要求，根據(jù)區(qū)域規(guī)劃圖紙，在完成管網(wǎng)布置初步方案設(shè)計(jì)后，報(bào)送當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門審批。

1.4 管道敷設(shè)

管道敷設(shè)有高位敷設(shè)、低位敷設(shè)、地溝敷設(shè)、埋地敷設(shè)等方式。通常，低位敷設(shè)投資最低，施工安裝方便，有利于維護(hù)檢修，但不利于場(chǎng)地通行。當(dāng)跨越道路或大門等通行處時(shí)，對(duì)比管道各種敷設(shè)方式，優(yōu)先采用高位架空敷設(shè)。在現(xiàn)場(chǎng)條件不具備架空敷設(shè)時(shí)，可采用地溝敷設(shè)。管道地溝敷設(shè)需注意地溝排水，避免管溝積水破壞管道保溫層，如果地溝不具備自然排水條件，在地溝中設(shè)置集水井通過潛水泵排水，集水井應(yīng)設(shè)置自動(dòng)水位監(jiān)測(cè)報(bào)警和自動(dòng)排水設(shè)施。但是，集水井自動(dòng)排水設(shè)施投資較高，可靠性不足，如現(xiàn)場(chǎng)地溝不具備自然排水條件時(shí)，宜采用直埋管埋地敷設(shè)。直埋管埋地敷設(shè)投資最高，需要設(shè)置凝結(jié)水排水設(shè)施和排潮裝置，需要嚴(yán)格的防腐措施，除正常的五布三油環(huán)氧樹脂防腐外，還宜采取陰極保護(hù)措施[2]。

1.5 管道支吊架

管道支架形式，通常有固定支架、滑動(dòng)支吊架、彈性支吊架等。支架生根通常利用土建基礎(chǔ)、建筑立柱、建筑墻體等設(shè)置，支吊架間距在設(shè)計(jì)手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)圖集等有明確的規(guī)定。例如，國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集13R503《動(dòng)力工程設(shè)計(jì)常用數(shù)據(jù)》，對(duì)熱力管道各支架間距提供了數(shù)據(jù)，支吊架做法也有許多標(biāo)準(zhǔn)圖集，通常合理選用標(biāo)準(zhǔn)圖集就可以完成管道支吊架設(shè)計(jì)。例如，室內(nèi)管架可參考動(dòng)力設(shè)施國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖05R417-1，室外管道支吊架可參考室外動(dòng)力管道通用圖冊(cè)RD100～109,01R413,01R414等選用；但是，工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況千變?nèi)f化，在福州濱海某集中供熱項(xiàng)目中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采取了許多新方案和措施。例如，在管道沿排洪溝旁陡峭山體設(shè)置時(shí)，經(jīng)多方案比選后，采取在山體中鉆孔，在排洪溝二側(cè)設(shè)置工字鋼，作為管道支架，固定支架則在山體設(shè)置三角斜撐，如圖1所示。

在管道跨越某24m寬道路時(shí)，支架設(shè)置三角斜撐仍不能滿足支架間距要求，按管道通常加強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)圖集，是在需加強(qiáng)的管道上部或下方，設(shè)置鋼板及加強(qiáng)環(huán)進(jìn)行管道加強(qiáng)，但是，需要的鋼板高度超過保溫層厚度，加強(qiáng)環(huán)數(shù)量多，施工不便。筆者創(chuàng)造性采用角鋼進(jìn)行管道加強(qiáng)，實(shí)踐證明采用角鋼進(jìn)行管道加強(qiáng)，簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、安全可靠，如圖2所示。

在管道跨越河道時(shí)，可采用拱形管道、附設(shè)在橋梁上或另行在河道中設(shè)置支座等，但因施工單位無拱形管道施工能力，原橋梁設(shè)計(jì)時(shí)未同時(shí)考慮附設(shè)其它管道。因此最終采取另行在河道中設(shè)置支座，如圖3所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)施工情況二

圖3 現(xiàn)場(chǎng)施工情況三

1.6 管道補(bǔ)償

熱力管道設(shè)計(jì)中，管道膨脹補(bǔ)償對(duì)熱力管道安全運(yùn)行是十分重要的[1-3]。管道補(bǔ)償有自然補(bǔ)償、方形補(bǔ)償器、旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器、波紋補(bǔ)償器、套筒補(bǔ)償器、球形補(bǔ)償器等補(bǔ)償方式。在工程實(shí)踐中，筆者認(rèn)為自然補(bǔ)償具有投資低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)在工程中優(yōu)先選用，盡量創(chuàng)造條件采用自然補(bǔ)償。此外，方形補(bǔ)償器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，不具備自然補(bǔ)償條件時(shí)，也可盡量選用方形補(bǔ)償器。旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器具有補(bǔ)償量大的優(yōu)點(diǎn)，但需要具有方形補(bǔ)償器或自然補(bǔ)償?shù)墓艿栏淖兾恢玫臈l件。對(duì)于長(zhǎng)距離直管段，不具備管道改變位置的條件時(shí)，可以需要波紋補(bǔ)償器，但波紋補(bǔ)償器可靠性不足，工程實(shí)踐中多次發(fā)生問題，例如，試壓時(shí)波紋管被拉長(zhǎng)、推損固定支座等問題需要引起設(shè)計(jì)施工單位的高度重視，施工安裝波紋補(bǔ)償器前后的導(dǎo)向支座應(yīng)按手冊(cè)要求安裝到位。

1.7 系統(tǒng)調(diào)試

集中供熱管網(wǎng)安裝完成后，需要進(jìn)行試壓、吹掃、調(diào)試等工作。系統(tǒng)調(diào)試需要施工單位做好施工組織設(shè)計(jì)，協(xié)調(diào)特檢院、監(jiān)理等單位共同參與。水壓試驗(yàn)操作程序：上水——放空——檢查——緩慢升壓——升至強(qiáng)度試驗(yàn)壓力——穩(wěn)壓10min——檢查——嚴(yán)密性試驗(yàn)——穩(wěn)壓30min——檢查——高點(diǎn)泄壓放空——低點(diǎn)排放——管溝排水——拆除盲板——恢復(fù)系統(tǒng)。

吹掃通常采用壓縮空氣，但是，一般空壓機(jī)風(fēng)量有限，可采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)替代。在福州濱海某集中供熱項(xiàng)目中，利用原有鍋爐，通過低壓蒸汽進(jìn)行吹掃，兼顧了調(diào)試試運(yùn)行需要[4]。試壓合格后，對(duì)焊縫、管道、支吊架等完善刷漆防腐工作，進(jìn)行保溫施工。

2 體會(huì)

在福州濱海某集中供熱項(xiàng)目中，管道跨越道路、河流時(shí)，原設(shè)計(jì)采用拱形管道進(jìn)行跨越，但是，該項(xiàng)目施工單位無拱形管道施工能力，不得不調(diào)整設(shè)計(jì)方案，而采用埋地及架空敷設(shè)[5]。

按正常管道支架間距規(guī)定，管道支架設(shè)置較多，按該項(xiàng)目筆者設(shè)計(jì)的管道角鋼加強(qiáng)方案，其管道加強(qiáng)措施投資遠(yuǎn)低于管道支架投資。因此，建議考慮在集中供熱等管道設(shè)計(jì)時(shí)采用管道加強(qiáng)，加大管道支吊架間距，減少支吊架數(shù)量，可節(jié)約工程投資。

在蒸汽管道集中供熱系統(tǒng)中，過熱蒸汽可減少管網(wǎng)蒸汽凝結(jié)水產(chǎn)生，有利于節(jié)約能源，建議盡量采用過熱蒸汽集中供熱。

在管道跨越河道時(shí)，如果能夠附設(shè)在橋梁上，就簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，經(jīng)過核查計(jì)算，管道附設(shè)在橋梁上，技術(shù)上也安全可靠。但是，該方案未得到道路橋梁管理部門同意認(rèn)可，因此，只能自行在河道中設(shè)置支座，增加了工程投資也延長(zhǎng)了工期，建議有關(guān)部門設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，考慮附設(shè)除燃?xì)獾任ｋU(xiǎn)管道外的其他管道設(shè)施。

在福州濱海某集中供熱項(xiàng)目中，遇到多種問題，由于過去無集中供熱規(guī)劃，地下管線缺乏正確的竣工圖，現(xiàn)場(chǎng)情況十分復(fù)雜，集中供熱管線布置比較困難，項(xiàng)目根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況施工中進(jìn)行了多次調(diào)整。另外，由于工業(yè)園區(qū)規(guī)劃時(shí)未同步考慮預(yù)留集中供熱管道敷設(shè)場(chǎng)地，導(dǎo)致建設(shè)過程中多次發(fā)生因場(chǎng)地問題導(dǎo)致停工現(xiàn)象，不僅拖延了工期，而且增加了工程投資，因此，建議今后在工業(yè)園區(qū)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)同步進(jìn)行集中供熱系統(tǒng)規(guī)劃。