城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)方法與改進(jìn)措施研究

李麗娟

[摘 ? ?要]本文對(duì)城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，介紹管網(wǎng)設(shè)計(jì)整體規(guī)劃與具體方案，介紹架空敷設(shè)與地下直埋技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用。隨著施工技術(shù)發(fā)展，對(duì)城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證質(zhì)量的前提下，提升管網(wǎng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性，并且加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保措施應(yīng)用，為管道設(shè)計(jì)理念發(fā)展提供支持。

[關(guān)鍵詞]城鎮(zhèn);供熱管網(wǎng);設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)]TU995.3[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2020）05–00–03

Research on Design Methods and Improvement Measures of Urban Heating Pipe Network

Li Li-juan

[Abstract]This article studies the design method of urban heating pipe network， introduces the overall planning and specific scheme of pipe network design， and introduces the practical application of overhead laying and underground direct burying technology.With the development of construction technology， optimize the design of urban heating pipe network， improve the economy and stability of pipe network design under the premise of ensuring quality， and strengthen the application of energy saving and environmental protection measures to provide support for the development of pipeline design concepts.

[Keywords]town; heating pipe network; design

隨著城鎮(zhèn)化趨勢(shì)的加強(qiáng)，供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)，應(yīng)對(duì)管網(wǎng)設(shè)計(jì)工作方法和理念進(jìn)行升級(jí)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，提升整體設(shè)計(jì)能力。目前應(yīng)將工作重點(diǎn)放在長(zhǎng)輸管線的設(shè)計(jì)與改進(jìn)中，對(duì)設(shè)計(jì)方案、敷設(shè)方法進(jìn)行強(qiáng)化，注重設(shè)計(jì)過(guò)程節(jié)能與環(huán)保理念應(yīng)用，使得城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)方式得到優(yōu)化，保障供熱管網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

1 ?城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)方法

1.1 ?方案規(guī)劃

城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)重視選擇合適的設(shè)計(jì)方案，發(fā)揮設(shè)計(jì)方案對(duì)實(shí)踐工作的指導(dǎo)作用。目前，城鎮(zhèn)化水平提升，供熱管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為建設(shè)與發(fā)展中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，相關(guān)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到管網(wǎng)設(shè)計(jì)的重要性，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，提升管網(wǎng)整體設(shè)計(jì)水平。供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮環(huán)境因素、地形地質(zhì)、城市規(guī)劃布局、經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)保效益等多方面，注重在實(shí)踐設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)各項(xiàng)因素進(jìn)行調(diào)整，滿足供熱管網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。

方案設(shè)計(jì)時(shí)可參考城鎮(zhèn)給排水設(shè)計(jì)布局，對(duì)供熱管線進(jìn)行網(wǎng)格化布局，避免發(fā)生管道設(shè)計(jì)沖突，影響實(shí)際施工進(jìn)度。同時(shí)，在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，倘若未能考慮城市管道系統(tǒng)實(shí)際情況，容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更，影響管道系統(tǒng)優(yōu)化布局，影響施工效率。因此，在供熱管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察，關(guān)注人口分布、氣候條件、地形條件，使得方案設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。

此外，城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性，在管道材料的選擇上，選擇環(huán)保材料，降低環(huán)境污染，而且也對(duì)材料的經(jīng)濟(jì)性能提出嚴(yán)格要求，管網(wǎng)在后期維護(hù)與更換時(shí)，應(yīng)考慮成本造價(jià)，注重使用質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、節(jié)能環(huán)保的供熱管材。例如，在某管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)中，對(duì)供熱管網(wǎng)材料進(jìn)行明確，綜合考慮了施工技術(shù)現(xiàn)狀和長(zhǎng)距離運(yùn)輸要求，推薦使用PERTII型熱力管，并且在管網(wǎng)外層使用了HDPE高密度聚乙烯護(hù)管，并且在中間層加入保溫層，不僅提高了管網(wǎng)整體抗腐蝕性能，而且保溫時(shí)間較長(zhǎng)，滿足長(zhǎng)距離運(yùn)輸要求，對(duì)降低能耗、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

1.2 ?架空敷設(shè)

管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)明確管網(wǎng)敷設(shè)方式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇合適的管網(wǎng)敷設(shè)方式，使得城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)系統(tǒng)更加優(yōu)化合理。架空敷設(shè)方式在工廠地區(qū)較為常見，這類工廠通常為加工型企業(yè)，具有較多的設(shè)備和機(jī)械，為有效利用空間，避免與其他管線發(fā)生沖突，對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行了架空敷設(shè)，發(fā)揮設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)民用住宅和商業(yè)建筑而言，架空敷設(shè)方式一般不適用。這主要是因?yàn)榧芸辗笤O(shè)方式會(huì)在一定程度上影響城市布局美觀性。但是，在城市邊緣位置可使用該種方法，架空敷設(shè)的供熱管網(wǎng)具有使用壽命長(zhǎng)，管網(wǎng)不受到地下水和土壤侵蝕，并且對(duì)管道坡度和供熱設(shè)備的控制較為便利，使得管道網(wǎng)絡(luò)施工設(shè)計(jì)更加穩(wěn)定。同時(shí)，在城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)布局中，倘若地下水位高、地區(qū)年降雨量較大、地下土質(zhì)構(gòu)造為濕陷性黃土?xí)r，管網(wǎng)設(shè)計(jì)也應(yīng)綜合考慮自重作用下浸水引起的土壤塌陷值，如塌陷超過(guò)50 mm，可使用該種敷設(shè)方式。

1.3 ?地下直埋

地下直埋供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)方式是常用方案，具有應(yīng)用范圍廣、技術(shù)成熟穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮直埋管道的防水、防腐蝕措施應(yīng)用。例如，在某地下供熱管網(wǎng)的規(guī)劃中，使用了聚氨酯膜和氰聚塑料，進(jìn)行了保溫和防腐設(shè)計(jì)。聚氨酯具有重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸水性較低的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在管網(wǎng)地下敷設(shè)中，可使用相關(guān)材料進(jìn)行包裹，達(dá)到保溫設(shè)計(jì)要求。

設(shè)計(jì)中，采用無(wú)抵償直埋敷設(shè)方式，將長(zhǎng)距離供熱管線的埋深進(jìn)行控制，考慮土壤之間的摩擦，使得管道敷設(shè)方式合理，滿足設(shè)計(jì)方案要求。具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，對(duì)管道進(jìn)行預(yù)熱后，方可組織填土埋深工作，使管道性能更加穩(wěn)定，提升供熱系統(tǒng)整體服務(wù)能力。溫度預(yù)熱過(guò)程中，管道溫度只需要達(dá)到工作溫度的一半即可。同時(shí)，對(duì)管道管徑進(jìn)行有效控制，防止出現(xiàn)管徑過(guò)大，影響保溫效果。

此外，在地下直埋管道設(shè)計(jì)中，增加了一次性抵償器，使得裝置本身溫度和預(yù)熱溫度達(dá)到規(guī)范值。抵償器應(yīng)在管道敷設(shè)完成后設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)施工中，技術(shù)人員需要將抵償器牢固焊接在管道指定位置處，并且對(duì)初始值進(jìn)行調(diào)整。相關(guān)設(shè)計(jì)方法主要應(yīng)用在交通復(fù)雜、車輛較多公路地下管道施工中。

2 ?城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)改進(jìn)措施研究

2.1 ?集中供熱系統(tǒng)

城市供熱管網(wǎng)建設(shè)中，應(yīng)對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)熱源、熱網(wǎng)和用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理，提升供熱效率。實(shí)踐管理中，考慮到熱媒種類和參數(shù)存在差別，需要對(duì)熱媒及其參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)供熱工程的優(yōu)化改進(jìn)。集中供熱系統(tǒng)中，以熱水和蒸汽作為主要媒介，將生產(chǎn)區(qū)與生活區(qū)進(jìn)行熱能供應(yīng)。同時(shí)，集中供熱方式具有負(fù)荷多、熱能規(guī)模大、效率高的優(yōu)勢(shì)，可提升熱能供應(yīng)效率。

采取集中供熱方式有利于節(jié)約能源，提升供熱管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性。集中供熱管網(wǎng)改進(jìn)中，應(yīng)綜合考慮供熱地區(qū)實(shí)際情況，根據(jù)地區(qū)冬季溫度，對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)理論溫度值進(jìn)行明確，并且加強(qiáng)對(duì)供熱溫度的管理，確保整體供熱能力。在管理過(guò)程中，應(yīng)注重對(duì)城鎮(zhèn)管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，分析目前管網(wǎng)布局中存在的主要問題，并且采取最新技術(shù)和施工材料，對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，滿足城鎮(zhèn)居民取暖需求。

與以往的分散式供熱方式比較，集中供熱系統(tǒng)，能夠降低能耗、減少?gòu)U氣污染，有利于城市環(huán)保工作有序開展。集中供熱系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)也在于對(duì)煙氣排放的有效控制。在城市管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，對(duì)熱源供應(yīng)進(jìn)行規(guī)范，使得管網(wǎng)設(shè)計(jì)能力提升，滿足節(jié)能環(huán)保要求。通過(guò)改進(jìn)措施應(yīng)用，管網(wǎng)敷設(shè)方式更加合理，并且以集中控制、統(tǒng)一管理的方式，對(duì)供熱現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)整，使得能源燃燒效率獲得明顯提升。

具體方案選擇中，使用大容量設(shè)備提升工況，并且對(duì)相關(guān)污染方式進(jìn)行控制，有效降低分散式供熱造成的環(huán)境污染問題。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)不斷加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)有供熱設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，關(guān)注設(shè)備供熱性能實(shí)現(xiàn)。集中供熱模式使用過(guò)程中，應(yīng)考慮供熱半徑，結(jié)合城市居民區(qū)布局和供熱方案劃定有效半徑，致力于改進(jìn)供熱管理效率，提升城鎮(zhèn)化發(fā)展水平。

2.2 ?優(yōu)化管道設(shè)計(jì)

城市供熱管網(wǎng)是一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜的工程，與人們生活質(zhì)量密切相關(guān)。新時(shí)期背景下，由于中國(guó)城市供熱管網(wǎng)的發(fā)展，集中供熱方案成為東北地區(qū)供熱主要方式。設(shè)計(jì)過(guò)程中，為保證管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性與安全性，對(duì)管道設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。具體工作中，根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ34-2010要求，對(duì)管道壓力進(jìn)行明確。

供熱系統(tǒng)中，管道在輸送氣體或液體時(shí)，需要注入一定的壓力，根據(jù)安全管理?xiàng)l例，城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)中，液體、氣體或蒸汽介質(zhì)的最大壓力超過(guò)0.1 MPa時(shí)，管道公稱直徑應(yīng)大于25 mm。供熱系統(tǒng)中，通常一次網(wǎng)的溫度可達(dá)到100 ℃、二次網(wǎng)的輸送溫度也不低于50 ℃。介質(zhì)參數(shù)方面，當(dāng)供熱熱水介質(zhì)壓力≤2.5 MPa時(shí)，理論設(shè)計(jì)溫度應(yīng)保持在200 ℃。實(shí)踐中，考慮管網(wǎng)與用戶需求等因素對(duì)供水溫度和回水溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保供熱管道中熱媒參數(shù)穩(wěn)定。

在供熱管道設(shè)計(jì)中，綜合考慮中繼站、熱力站的影響，對(duì)供熱管道進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工，使得管網(wǎng)整體服務(wù)能力滿足預(yù)期要求。管網(wǎng)的平面布置形式可具體分為支狀管網(wǎng)、環(huán)狀管網(wǎng)和多類型管網(wǎng)。敷設(shè)方式也分為地下敷設(shè)和架空敷設(shè)兩種，考慮到設(shè)計(jì)安全性，熱水熱力管網(wǎng)的布置方案應(yīng)選擇閉式雙管制。而蒸汽熱力管網(wǎng)中，采取單管制，設(shè)計(jì)過(guò)程中，也需要考慮熱負(fù)荷的變化情況，對(duì)熱量供應(yīng)較大的地區(qū)，使用多熱源供應(yīng)方案。

2.3 ?節(jié)能環(huán)保措施

目前在城鎮(zhèn)集中供熱管道系統(tǒng)中存在水力失衡現(xiàn)狀，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)進(jìn)行節(jié)能改造。實(shí)踐中，水力失調(diào)程度可通過(guò)水力失調(diào)度來(lái)衡量：，其中Vs表示管道實(shí)際流量。Vg表示管道設(shè)計(jì)流量，二者的比值計(jì)為X水力失調(diào)度。當(dāng)X=1，表示水力平衡，否則管網(wǎng)水力平衡度失衡。實(shí)踐中，管道水力失衡問題出現(xiàn)，會(huì)造成熱力能源浪費(fèi)，因此管道設(shè)計(jì)中，節(jié)能環(huán)保措施的應(yīng)用重點(diǎn)是對(duì)水力失衡問題進(jìn)行調(diào)整。

具體工作中，可增加管道阻力，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)各處阻力值有效控制，通過(guò)在管網(wǎng)相應(yīng)位置增設(shè)閥門，以閥門開度大小對(duì)阻力值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得二次網(wǎng)熱力能源供應(yīng)效率提升，防止冷熱不均勻，造成熱力資源浪費(fèi)。當(dāng)無(wú)法通過(guò)閥門調(diào)節(jié)阻力時(shí)，可在壓力不足的管段附加壓頭，解決用戶流量不足問題。也可補(bǔ)充因閥門節(jié)流形成的無(wú)用功，由此降低循環(huán)水泵能耗，提升管道設(shè)計(jì)能力。

針對(duì)管網(wǎng)供熱能量輸送過(guò)多問題進(jìn)行調(diào)整，是目前改造工作的核心，也是提升二次網(wǎng)熱能供應(yīng)效率的有效手段?；诂F(xiàn)有技術(shù)和節(jié)能環(huán)保要求提出以下改進(jìn)措施：

（1）對(duì)分布泵系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。分布泵與常規(guī)系統(tǒng)存在明顯不同，可在用戶端設(shè)計(jì)用戶泵，熱源處設(shè)計(jì)熱源泵。熱源泵的使用，可將熱媒輸送到零壓差點(diǎn)處，用戶泵則負(fù)責(zé)將相關(guān)熱源抽送到終端。相關(guān)方案設(shè)計(jì)能夠避免熱量損失，熱能輸送完成后，水源直接進(jìn)入回水管，提升了管網(wǎng)供熱效率。

（2）采取旁通混水方案。旁通混水系統(tǒng)中，在熱力入口安裝管道和混水泵，實(shí)現(xiàn)回水與熱網(wǎng)水結(jié)合，防止水源浪費(fèi)，節(jié)約水源。實(shí)踐設(shè)計(jì)中，混水系統(tǒng)方案的應(yīng)用，增加了熱源出口熱媒溫差，能夠降低主循環(huán)泵的流量與揚(yáng)程，滿足供熱管道節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)要求。

3 ?結(jié)語(yǔ)

以上分析可知，在城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)管網(wǎng)設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸供熱管線敷設(shè)方式優(yōu)化，對(duì)供熱系統(tǒng)穩(wěn)定性起到關(guān)鍵作用。實(shí)踐工作中，對(duì)整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)實(shí)際情況選擇架空敷設(shè)和地下直埋方式，使得設(shè)計(jì)過(guò)程與預(yù)期方案相一致，并且在改進(jìn)措施應(yīng)用中，選擇集中供熱方式，對(duì)管道設(shè)計(jì)方法進(jìn)行升級(jí)，關(guān)注節(jié)能與環(huán)保措施的實(shí)踐應(yīng)用，有效保證了城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定安全，使得管網(wǎng)設(shè)計(jì)不僅產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，而且具有社會(huì)效益。

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