熱力管道設計方法
熱網設備選擇:
熱網循環水泵:泵的總流量應不小于管網總設計流量;
泵的揚程不小于設計流量下熱源、熱網、最不利用戶壓力損失之和;
并聯運行水泵的特性曲線宜相同;
泵的承壓、耐溫能力應與熱力網設計參數相適應;
應減少并聯水泵臺數,3臺或3臺以下循環水泵并聯運行時,應設備用泵,當4臺或4臺以上泵并聯運行時,可不設備用泵;多熱源聯網運行或質量調節的單熱源供熱系統,采用調速泵。
熱網補水泵:閉式熱力網補水裝置的流量,應不小于供熱系統循環流量的2%;事故補水量不小于供熱系統循環流量的4%;
開式熱力網補水泵的流量,應不小于生活熱水最大設計流量和供熱系統泄漏量之和;
閉式熱力網補水泵應不少于二臺,可不設備用泵;開式熱力網補水泵不宜少于三臺,其中一臺備用
事故補水時,軟化除氧水量不足,可補充工業水。
熱力管道位移及補償方式:
熱位移:管道內介質溫度高于周圍環境溫度,因熱脹而產生的伸長。
熱補償:管道的補償可采用自然補償和利用補償器補償兩種方式。
自然補償是利用管道布置的自然彎曲和扭轉產生變形來吸收管道的熱伸長,以消除管道的熱應力。應盡量采用自然補償,當自然補償無法滿足補償要求時,可設置補償器進行熱補償。選擇補償器時,應根據敷設條件,采用維修工作量小,工作可靠,價格低廉的補償器。
補償器:方型補償器;波紋補償器;套筒補償器;球形補償器。
波紋補償器:由單層或多層薄壁金屬管制成的具有軸向波紋的補償設備,占地小,介質流動阻力小。
套筒補償器:由套管和外殼管組成,其補償能力大,占地小,介質流動阻力小。
球形補償器:由球體及外殼組成,能作空間變形,補償能力大,安裝方便。
管道應力計算和作用力計算:
(一)熱力管道應力計算:
原則:采用應力分類法。
一次應力、二次應力、峰值應力。
一次應力:管道由內壓、持續外載引起的應力屬于一次應力,應力驗算采用彈性分析和極限分析;
二次應力:管道由熱脹冷縮等變形受約束產生的應力,屬于二次應力,應力驗算采用安定性分析;
峰值應力:管件由于局部結構不連續等產生的應力,屬于峰值應力,應力驗算采用疲勞分析。
計算目的:判斷管道是否安全。提供結構設計依據。
管道作用力計算:熱脹冷縮受約束產生的作用力;內壓產生的不平衡力;活動端位移產生的作用力。
(二)管道作用力計算
固定支架推力計算:
(1)架空和溝道敷設
摩擦力:
,內壓力:
式中: Pm —摩擦力(N);
q—單位長度結構荷重,(N/m);μ—摩擦系數;
L—管段計算長度(m);Pn—內壓力(MPa);
P—工作壓力(MPa);F—管道截面積(cm2)。
2)直埋敷設
摩擦力:Pm=μ·ρ·[π Dc·(H+Dc/2)·g]/V
式中: Pm—每米管道的摩擦力(N/m);
H—管頂覆土深度(m);
μ—摩擦系數;Dc—保溫管外徑(m);
ρ—土壤密度(kg/m3)。
補償器推力及內壓力的計算與架空和溝道敷設計算方法相同。
(三)管道作用力合成
(1)地上敷設和管溝敷設管道
固定點兩側管段由熱脹冷縮受約束引起的作用力和活動端位移產生的作用力的合力相互抵消時,較小方向作用力應乘以0.7抵消系數;固定點兩側管段內壓不平衡力抵消系數取1。
(2)直埋敷設熱水管道
直埋敷設熱水管道應按《城鎮直埋供熱管道工程技術規程》CJJ/T81的規定執行。
(四)管道支吊架類型
支架:固定支架,活動支架。
吊架:剛性吊架,彈簧吊架。
(五)活動支架間距計算
式中:Lmax—支吊架允許的最大間距(m);
Et—鋼材彈性模量(MPa);q—管道單位重量(N/m);
w—管子斷面抗彎矩(cm3);Φ—管子環向焊縫系數。
水平90°彎管兩端支吊架間的展開長度,不應大于水平直管段上支吊架最大允許間距的0.73倍。
固定支架不僅承受管道的垂直荷載,還承受管道各向的推力和力矩,間距滿足以下條件:
管道在兩固定架的熱伸長值,不得超過兩固定架間補償器的允許補償值。
管道的垂直荷重和各向推力和力矩,不得超過固定架結構強度計算的允許值。
固定架的設置,應能防止管道產生振動。
固定架最大間距與管道直徑、介質溫度和補償器類型等有關。
中繼泵站與熱力站:
(一)中繼泵站設置原則
距離遠、高差大、管網允許壓力有限時,為滿足末端用戶要求,降低電耗,節省費用,需設置中繼泵站。
泵站可設在供水或回水管上,優先考慮回水加壓。泵站位置及水泵揚程在水力計算的基礎上,通過技術經濟比較確定。
中繼泵站不應建在環狀管網的環線上。
(二)中繼泵站布置
(1)相鄰兩個機組基礎間的凈距
1)當電動機容量小于或等于55kW時,不小于0.8m;
2)當電動機容量大于55kW時,不小于1.2m;
(2)就地檢修時,至少在每個機組一側留有大于水泵機組寬度加0.5m的通道;
(3)相鄰兩個機組突出部分的凈距以及突出部分與墻壁間的凈距,應保證泵軸和電動機轉子 在檢修時能拆卸,并不應小于0.7m,如電動機容量大于55kW,則不應小于1.0m;
(4)中繼泵站的主要通道寬度不應小于1.2m;
(5)水泵基礎應高出站內地坪0.15m以上。
(6)水泵吸入母管和壓出母管之間應設裝有止回閥的旁通管。旁通管管徑宜與母管等徑。
(7)中繼泵站水泵入口處應設除污裝置。
(三)熱力站
作用:連接熱網和熱用戶的中間設備,其作用如下:
(1)將熱量從熱網轉移到熱用戶。
(2)將熱源的參數變換為用戶所需的參數,以保證用戶系統 安全、經濟運行。
(3)檢測和計量熱用戶耗熱量。
類型:
根據管網介質分為:水水熱力站和汽水熱力站;
根據設備型式分為:有人值守熱力站和無人值守熱力站;
根據服務對象分為:工業熱力站和民用熱力站。
供熱規模:
熱力站最佳規模,應通過技術經濟比較確定。不具備技術經濟比較條件時,熱力站的規模宜按下列原則確定:
(1)新建居住區,最大規模以供熱范圍不超過本街區為限。
(2)已有采暖系統小區,在減少改造工程量的前提下,宜減少熱力站的個數。
(3)工業熱力站,通常一個單位或數個臨近單位設置一個熱力站。
水水熱力站內主要設備:組合式換熱機組(板式換熱器、循環水泵、補水泵、除污器及部分控制儀表)、全自動軟水器、補水箱等。
熱力站換熱器選擇:
1)選用工作可靠、傳熱性能良好的換熱器;
2)換熱器可不設備用。換熱器臺數和單臺能力的確定應適應熱負荷的分期增長,并考慮供熱可靠性的需要;
循環水泵選擇:
1)水泵流量應不小于所有用戶的設計流量之和;
2)水泵揚程應不小于換熱器、站內管道設備、主干線和最不利用戶內部系統阻力之和;
3)水泵臺數應不少于2臺,其中1臺備用。
當采用質—量調節或考慮用戶自主調節時應選用調速泵。
水處理設備:間接連接采暖系統的補水質量應保證換熱器不結垢,采用化學軟化處理時,水質標準應符合以下規定:
補水裝置選擇:
1)水泵流量為正常補水量的4~5倍,正常補水量采用系統水容量的1%;
2)水泵的揚程不應小于補水點壓力加30~50kPa;
3)水泵臺數不宜少于2臺,其中一臺備用;
4)補給水箱的有效容積可按1~1.5小時的正常補水量考慮。
熱力管道施工驗收:
(一)質量復驗報告
復驗報告應包括材料品種名稱、材料代號、鋼材規格、鋼廠名稱及鋼材爐批號、數據來源、化學成分、機械性能。
(二)補償器安裝
方形補償器:
水平安裝時,垂直臂應水平放置,平行臂與管道坡度相同;
垂直安裝時,不得在彎管上開孔安裝放風和排水管;
補償器處滑托處的預偏移量應符合設計要求;
冷緊應在兩端同時、均勻對稱進行,允許誤差為10mm。
球形補償器:
與球形補償器相連的兩垂直臂傾斜角度應符合設計要求,外伸部分應與管道坡度保持一致。
試運行期間在工作壓力和溫度下觀察應轉動靈活,密封良好。
波紋補償器:
波紋補償器應與管道保持同軸;
有流向標記的補償器,應使流向標記與管道介質流向一致;
套筒補償器:
補償器要與管道保持同軸;
補償器芯管外露長度不大于規定的伸縮長度,芯管端部與套管內擋圈之間的距離應大于管道冷收縮量;
成型填料圈密封的套筒補償器,填料品種及規格應符合設計規定,填料圈接口應做成與填料箱圓柱軸線成45°斜面,填料逐圈裝入,壓緊,各圈接口應相互錯開。
非成型填料補償器,密封填料按規定壓力均勻注壓。
(三)試壓、清洗、吹掃
試壓:管道安裝質量應符合有關規定,材料、設備資料齊全。
試驗方案經有關單位審查同意。對操作人員進行技術、安全交底。
各種支架已安裝調整完畢,固定支架混凝土已達到設計強度,回填土及填充物滿足設計要求;
焊接質量外觀檢驗合格,焊縫無損檢驗合格;
安全閥、爆破片及儀表組件等已拆除或加盲板隔離,加盲板處有明顯的標記并作記錄,安全閥全開,填料密實;
管道自由端加固裝置安裝完成,確認安全可靠,試驗管道與無關系統隔開,不得影響其它系統安全;
壓力表已校驗,精度不低于1.5級,表滿量程達到試驗壓力1.5~2倍,不少于兩支;安裝在試驗泵出口和試驗系統末端。
壓力試驗前應劃定工作區,并設標志,無關人員不得進入;
檢查室、管溝及直埋管道的溝槽中有可靠的排水系統;
試壓現場清理完畢,具備對試驗管道和設備進行檢查的條件。
管道清洗:
將不能與管道同時清洗的儀表等與清洗管道隔開;
支架的牢固程度能承受清洗時的沖擊力;
管道的排水裝置應滿足排放水量的要求,并能將臟物排除;
清洗裝置安裝完畢并經檢查合格。
蒸汽吹掃:
吹掃前應緩慢升溫暖管,恒溫1小時后進行吹掃;
吹掃用蒸汽壓力和流量應按計算確定;
吹掃次數一般為2~3次,每次間隔時間為2~4小時;
吹掃用排汽管的管徑應根據計算確定并能將臟物排出,管口朝向、高度、傾角應計算確定,要保證安全可靠。
管道清洗示意圖: