對(duì)市政供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)的研究

摘要：近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，生活在城市中的居民越來(lái)越多，當(dāng)冬季來(lái)臨時(shí)，人們對(duì)暖氣的需求也相應(yīng)的增長(zhǎng)，這就要求市政的供熱工程能滿足城市居民的需求，更對(duì)供熱工程施工作業(yè)提出了更高的要求。供熱工程設(shè)計(jì)人員按照科學(xué)合理的管網(wǎng)設(shè)計(jì)理念，對(duì)熱負(fù)荷指標(biāo)及熱負(fù)荷分類(lèi)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出符合城市理念的管網(wǎng)方案。并且根據(jù)城市熱循環(huán)系統(tǒng)的測(cè)算所得到的數(shù)據(jù)，合理設(shè)計(jì)管道圖紙和運(yùn)行水壓，保證市政供暖管網(wǎng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：市政供熱;供熱管網(wǎng);管網(wǎng)設(shè)計(jì)

關(guān)于市政供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)人員必須遵循科學(xué)、合理、安全的原則，這關(guān)系到供熱管網(wǎng)的施工質(zhì)量和安全。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)供熱管網(wǎng)圖紙時(shí)，要善于總結(jié)市政供熱的特點(diǎn)，例如怎樣才能達(dá)到節(jié)能減排的效果、怎樣進(jìn)行管道優(yōu)化設(shè)計(jì)等。筆者在文中試圖通過(guò)上述設(shè)計(jì)要求，合理計(jì)算和論證市政供熱管道作業(yè)，力求市政供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)、合理。

一、市政供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)概念分析

市政供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)北方地區(qū)，優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)施，不僅有利于提高供熱質(zhì)量，并且還能達(dá)到降低污染、節(jié)能減排的效果。當(dāng)前，市政供熱單位需要優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，才能在政府公信力中占據(jù)較大優(yōu)勢(shì)，并提升市政公共服務(wù)功能。

（一）設(shè)計(jì)原則

市政供熱管網(wǎng)的工程設(shè)計(jì)應(yīng)以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為原則，應(yīng)當(dāng)遵循《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ34-2010）以及《發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)程》（DL/T5366-2014）等相關(guān)要求。另外，對(duì)設(shè)計(jì)人員也有一定的要求。工程設(shè)計(jì)人員必須掌握相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)程，遵循供熱管網(wǎng)的適用范圍，其范圍為：熱水管道小于2.4MPa，溫度小于150℃，蒸汽管道壓力小于1.5MPa，溫度要小于350℃。

（二）管道布置類(lèi)型

市政供熱管道網(wǎng)絡(luò)的布置，一定要考慮到管道的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和安全性。因?yàn)楣艿赖牟贾门c用熱用戶、熱力來(lái)源以及煤炭種類(lèi)之間有極大的關(guān)系，因此在布置管道網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先要考慮的是用熱用戶的分布區(qū)域。市政熱力管道工程的設(shè)計(jì)所用到的管件一般有三通、彎管、變徑和直管等類(lèi)型，考慮到市政供熱管道存在一定的特殊性，因此在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)狀管網(wǎng)時(shí)，一定要符合用熱用戶的實(shí)際需要，例如，可以用一次性補(bǔ)償器、覆土后預(yù)熱等方法達(dá)到長(zhǎng)直管段補(bǔ)償設(shè)計(jì)的效果，同時(shí)也要考慮投資成本和材料質(zhì)量。

（三）管網(wǎng)形式

針對(duì)市政供熱管道網(wǎng)絡(luò)的布置形式，可以采用多管制或者雙管制，其中凝結(jié)水管的布置需要根據(jù)市政單位的實(shí)際條件來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于供熱調(diào)節(jié)方面，設(shè)計(jì)人員可以用熱源整體調(diào)節(jié)和熱源出入口局部調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行。其他管網(wǎng)方面則根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)操作。針對(duì)生產(chǎn)熱負(fù)荷的熱力系統(tǒng)，用熱設(shè)備必須獨(dú)自進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該設(shè)備具有控制溫度變化的裝置，但只是采用局部調(diào)節(jié)。用熱單位和用戶可以使用閉式管網(wǎng)設(shè)計(jì)以及流量設(shè)計(jì)等方式，將溫度控制在一定符合之內(nèi)，并利用熱負(fù)荷和溫度差之間的熱力網(wǎng)流量曲線進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這樣所得到的流量值能夠作為設(shè)計(jì)流量的數(shù)據(jù)和憑證進(jìn)行設(shè)計(jì)。

二、供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)的相關(guān)計(jì)算

（一）集中供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)的水力計(jì)算

供熱管網(wǎng)的輸配系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須遵循水力計(jì)算的結(jié)果，按照管道管徑的循環(huán)水泵以及水源流量的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，得出的數(shù)據(jù)符合輸配系統(tǒng)的參數(shù)。另一方面，設(shè)計(jì)人員要分析管道網(wǎng)絡(luò)中的壓力工況，使用熱用戶的壓力工況符合供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)的工況，必要時(shí)還要采取動(dòng)態(tài)水力工況的分析方式，也要對(duì)流量揚(yáng)程進(jìn)行壓力允許值計(jì)算。大高差、長(zhǎng)距離的熱水輸送系統(tǒng)中除了能夠進(jìn)行靜態(tài)水力計(jì)算以之外，還可以對(duì)動(dòng)態(tài)水力進(jìn)行計(jì)算。

（二）分析方式計(jì)算

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)市政供熱管網(wǎng)時(shí)，可以采用彈性分析或者極限分析方式。在布置管道網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于在最高壓力抗衡作用下，對(duì)管道局部結(jié)構(gòu)熱壓力抗衡所產(chǎn)生的峰值應(yīng)力可以進(jìn)行疲勞分析，設(shè)計(jì)人員對(duì)溫度進(jìn)行計(jì)算，并且建模計(jì)算三通等管件的抗壓程度。與此同時(shí)，由于主干線用熱用戶相對(duì)密集，產(chǎn)生的熱壓力負(fù)荷較大，因此要求管道網(wǎng)絡(luò)短小且直，也可以利用管道的彎曲作為受熱補(bǔ)償。

（三）抗震因素計(jì)算

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員還要考慮到管網(wǎng)抗震效果。供熱管網(wǎng)的抗震效果必須遵循國(guó)家關(guān)于管網(wǎng)抗震參數(shù)的規(guī)定，在管道設(shè)計(jì)、管網(wǎng)施工、和管道材料等方面，要選取符合國(guó)家規(guī)定的抗震用材和方法。在設(shè)計(jì)時(shí)，也要運(yùn)用先進(jìn)的管理模式，努力提升管道網(wǎng)絡(luò)的抗震指數(shù)，對(duì)其進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。為了提升供熱管網(wǎng)的抗震效果，設(shè)計(jì)人員曾經(jīng)采用了三種運(yùn)行方式，其關(guān)鍵是將各個(gè)熱源分別供熱轉(zhuǎn)換成多熱源供熱系統(tǒng)，這種方式不僅提高了供熱的可靠性和安全性，而且還增強(qiáng)了抗震性能。

其中多熱源供熱系統(tǒng)具有非常明顯的特征：多熱源能夠分別工作、多熱源在計(jì)算時(shí)能夠解列工作、在利用計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上能夠使熱源之間進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)工作。多熱源在熱負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)能夠分別工作，根據(jù)氣溫的升高和降低，在基本熱負(fù)荷滿載以后，管網(wǎng)范圍能夠相應(yīng)擴(kuò)大或者縮小一定的隔出空間。并且用熱用戶家中的采暖期必須用閥門(mén)使供熱系統(tǒng)分裂為許多單熱源官網(wǎng)系統(tǒng)，即單熱源供熱，并根據(jù)氣溫的高低，開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算，以便能夠使多熱源解列工作。

三、供熱管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)示例

筆者曾對(duì)北方某一地區(qū)的市政供熱管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行考察，并對(duì)其進(jìn)行適用性分析。該工程在設(shè)計(jì)期間，曾計(jì)算和統(tǒng)計(jì)過(guò)市政工程內(nèi)各類(lèi)熱負(fù)荷的消耗指標(biāo)，得出的結(jié)果是，公共建筑和居民居住地區(qū)采暖熱負(fù)荷過(guò)大，而工業(yè)區(qū)域熱負(fù)荷不高?？紤]到這些地區(qū)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算了混合區(qū)域的熱負(fù)荷消耗量，得到了該區(qū)域最大熱負(fù)荷、最小熱負(fù)荷以及計(jì)算得出的平均熱負(fù)荷值。

筆者按照年供熱所需，對(duì)供熱介質(zhì)以及熱力管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行熱力設(shè)計(jì)。按照國(guó)家規(guī)定的城鄉(xiāng)鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求和規(guī)定，對(duì)供熱單位的蒸汽以及熱水設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析對(duì)比，因此使用熱水設(shè)計(jì)方案最能代表當(dāng)前的供熱趨勢(shì)。確定方案后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該參照該計(jì)劃的可行性研究報(bào)告，使管網(wǎng)投資在一定程度上相對(duì)減少兩成，并預(yù)制聚氨酯直埋保溫管道以保證方案的順利實(shí)施。對(duì)熱力網(wǎng)的挑選方案，設(shè)計(jì)者一般選擇支狀布置或者是環(huán)狀布置方式。首先來(lái)看支狀布置，由于供熱管網(wǎng)運(yùn)用支狀布置能夠降低運(yùn)行成本，操作簡(jiǎn)便也能夠根據(jù)熱源距離的加大和變小以及用戶的多少進(jìn)行調(diào)節(jié)。在沒(méi)有其他互補(bǔ)供熱設(shè)備的幫助下，對(duì)用熱用戶和用熱單位進(jìn)行供熱，必須要求該建筑物具有相應(yīng)的蓄熱能力，并且可以在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，可以迅速解除管網(wǎng)故障。再來(lái)看環(huán)狀布置，其布置方式主要是利用環(huán)狀的主干線進(jìn)行。當(dāng)城市使用多熱源供熱時(shí)，這種布置方式能夠?qū)嵩催B接到供熱管網(wǎng)的主干線上，其所具有的有點(diǎn)也是十分顯著的，安全運(yùn)行，操作簡(jiǎn)便，管理可靠。

該工程在設(shè)計(jì)方案時(shí)，曾具體勘測(cè)過(guò)之前市政供熱管網(wǎng)設(shè)施，并且發(fā)現(xiàn)了許多具體問(wèn)題。首先，部分市政供熱管網(wǎng)因?yàn)榧芸辗笤O(shè)，沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行有效的維護(hù)，從而致使管網(wǎng)的保溫結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損，管件及支架受到嚴(yán)重腐蝕和銹蝕，部分支架還出現(xiàn)錯(cuò)位等情況;其次，之前的供熱管網(wǎng)和室內(nèi)的暖氣系統(tǒng)年久失修，系統(tǒng)內(nèi)部擁有大量的積水，致使管道網(wǎng)絡(luò)保溫壁脫落，閥門(mén)系統(tǒng)也因?yàn)槌Ｄ旮g而出現(xiàn)滲漏等問(wèn)題。特別是在嚴(yán)冬季節(jié)，供熱水平難以達(dá)到要求，居民反應(yīng)較為強(qiáng)烈。

針對(duì)以上現(xiàn)象，筆者試圖提出一些論證方案，以期引起共鳴。

（1）供熱管網(wǎng)的總體布局。在進(jìn)行供熱管網(wǎng)整體布局時(shí)，一定要根據(jù)供熱管網(wǎng)運(yùn)行的熱負(fù)荷狀況進(jìn)行整體謀劃。在規(guī)劃時(shí)，不僅要考察當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況及現(xiàn)狀，還要對(duì)供熱未來(lái)的發(fā)展走向進(jìn)行預(yù)測(cè)和觀察。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)方案時(shí)既要符合當(dāng)?shù)厍闆r，也要為未來(lái)留下發(fā)展空間。

（2）改變管網(wǎng)敷設(shè)方式。之前的供暖管網(wǎng)敷設(shè)大多是采用地溝敷設(shè)方式或者是架空敷設(shè)方式，但是這兩種方式都存在著較大的局限性。設(shè)計(jì)者在考慮敷設(shè)方式時(shí)，必須充分分析造價(jià)控制、能源安排以及環(huán)境影響等，并對(duì)地溝敷設(shè)方式進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。供熱管道的材料可以選用聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫材料、聚乙烯保護(hù)外殼以及不銹鋼管。將其三者運(yùn)用到地溝敷設(shè)方式，能夠提升社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益。

（3）管道保溫材料和保護(hù)殼選材。當(dāng)前供熱工程中，直埋熱水管道一般使用聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫材料作為保持溫度的首選，由于這種保溫材料保溫效果比其他的好，并且還有一定的抗壓能力。優(yōu)化升級(jí)供熱管網(wǎng)敷設(shè)方式時(shí)，設(shè)計(jì)者都會(huì)選用高密聚乙烯保護(hù)殼對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行熱力保護(hù)，這種材料同樣具有一定的抗壓能力，并且其抗老化和防水能力在同類(lèi)保護(hù)殼中也是非常具有優(yōu)勢(shì)的。

（4）水力失調(diào)的解決方法。冬季是供熱最集中也是最頻繁的季節(jié)，因此供熱單位在集中供熱時(shí)期間，都會(huì)對(duì)用熱用戶的供熱設(shè)備進(jìn)行檢查維修。在集中供熱期間，由于供熱系統(tǒng)無(wú)法滿足所有用戶的熱量需求時(shí)，供熱單位的供熱設(shè)備就會(huì)出現(xiàn)水力失調(diào)的現(xiàn)象，使得供熱管網(wǎng)初端及末端都會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮的問(wèn)題。為了解決水力失調(diào)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員需要認(rèn)真計(jì)算熱負(fù)荷值，以實(shí)際的水溫和溫差為依據(jù)，升級(jí)供熱設(shè)備。

四、結(jié)語(yǔ)

除了上述設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)人員針對(duì)市政供熱管網(wǎng)的安排，還采取了其他的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，旨在保障供熱管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。人們利用許多新的設(shè)計(jì)理念，并采用新技術(shù)。新材料、新方案。綜上所述，設(shè)計(jì)人員采用多種科學(xué)技術(shù)措施，打破傳統(tǒng)的供熱模式，致力于實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)工程的精細(xì)化和合理化。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝明：《集中供熱自動(dòng)化系統(tǒng)在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用》[J].裝飾裝修天地，2019年;

[2]朱海濤：《城市集中供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)施工及優(yōu)化研究》[J].中國(guó)房地產(chǎn)業(yè)，2019年。

[3]陳佳明：《工業(yè)園區(qū)供熱管網(wǎng)運(yùn)行的節(jié)能對(duì)策研究》[J]. 科學(xué)與財(cái)富，2019年。

[4]柴海山：《城市集中供熱管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)探討》[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018年。

作者簡(jiǎn)介：

汲麗，中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究總院有限公司。