淺析熱力管網設計與施工的研究探析

王俊紅

【摘要】城市現代化建設過程中北方城市必須要考慮采暖設計，而集中供熱工程的熱力管網設計是其中較為重要的設置。在施工過程中科學地設計并且準確的安置城市管網有著重要的意義：不僅能維護了供熱管道的穩定、安全及長期使用性能，還能減少施工中的相關問題，加強系統的可靠性。為了滿足現代化城市供熱需要、滿足城市空氣環節保護需求，在現代化城市建設中應根據熱負荷分布情況、小區情況以及地質條件等因素進行熱力管網的設計及布局，利用供熱干線、直線的合理分布保障供熱負荷，保護供熱效果。本文從城市熱力管網布置及敷設類型，分析了熱力管網的布局與設計，提出了熱力管網施工的質量控制和實施措施。

【關鍵詞】熱力管網 設計 施工 質量

熱能在社會發展中一項比較重要的能源，能夠滿足人們的正常生活需要。社會經濟的不斷發展提高了人們的生活水平，這也給城市熱能的消耗帶來了增加。隨著社會的發展，人們生活及生產水平的提高，對活動空間的舒適性要求越來越高，熱水管網的負荷正逐漸變大，這就對熱水管網的設計和施工提出了更為嚴格的要求，使得熱水管網的正常運行的有效調節面臨著新的研究問題，這就要求相關人員對技術提出了更為先進的研究，使得供熱技術的得到進一步改進。

一、城市熱力管網布置及敷設類型

在現代城市建設中，熱力管網的布置應根據城市供熱負荷的需求、發展規劃以及具體地形等因素進行確定。在我國多年的熱網管線布局及敷設中，枝狀管網設計是應用最為廣泛的一種結構。通過枝狀管網結構為現代城市供熱提供可靠、靈活的熱源輸熱干線。通過枝狀管網結構減少供熱的耗損，以此提高供熱效率。在城市熱力管網敷設中，地上敷設和地下敷設是主要的敷設方式。地上敷設主要應用于工業園區，而地下敷設主要應用于城市小區供熱。地下敷設能夠有效減少敷設施工對城市交通的影響，減少架空敷設對城市市容的影響。在現代城市規劃建設中地下敷設是城市熱力管網建設的主要方式。

二、熱力管網的布局與設計

1、 熱力管網布局的基本原則

在現代城市建設與發展中，城市集中熱力管網的布局應以城市總體規劃為指導，根據城市主體規劃的要求進行熱力管網的布局與設計。在此基礎上，根據城市地形地勢確定熱力管網的走向。根據城市規劃中熱力需求以及供熱需求等因素建立科學的供熱體系。以城市供熱需求為基礎，確保公路管線走向的合理性。減少城市供熱管網分散、缺乏設計造成的熱力損失。另外，在城市管網布局中還應根據城市供熱需求、室內溫度需求等確定相關參數。考慮城市地形因素在管網設計中還要確定管線高低差，因此減少管線壓力、流動等造成的能源消耗。在此基礎上，現代城市熱力管網布局中還應考慮住宅小區以及商業建筑對熱力供應需求的差異，針對供熱需求確定管線直徑以及管線走向。針對熱力供應管線首末端溫度差，熱力管線設計中還應對管線壓力、管線枝網以及管線直徑等進行設計。以保障供熱溫度為中心進行熱力管網的設計與布局，以此實現現代城市集中供熱、緩解城市空氣污染的目的。

2、現代城市熱力管網布局設計

根據城市熱力管網布局基本原則以及城市熱力管網設計需求，現代城市熱力管網的布局設計中應從以下幾個步驟保障設計目標的實現。

首先，在城市熱力管網布局設計前應對城市綜合規劃進行了解，以城市規劃為基礎確定城市熱力管網供熱實際需求。

其次，根據電廠所處位置確定城市集中供熱管線的走向及高低差，以此保障供熱效果。在確定基礎走向后，設計小區供熱管線的進出點。

第三，針對小區地勢走向確定的進出點較少供熱壓力，保障供熱效果。利用地勢差減少逆流對供熱效果的影響，提高區域供熱效果，通過科學的布局使城市集中供熱管網設計目標得以實現，保障城市供熱溫度。

3、 熱力管網敷設及施工管理要點

在城市集中供熱管網敷設中，地下敷設是城市熱力管網敷設的主要形式。地下敷設方式減少了架空敷設對城市市容的影響。目前，地下敷設又分為直埋敷設和地溝敷設兩種。地溝敷設是將管線敷設在地溝內，這樣的方式減少了管道的荷載，有效保障了管道的安全。直埋敷設是將管道直接埋設在土壤中。這樣的敷設方式使的管道需要承受來自地面的荷載。兩種方式，直埋敷設方式一起施工簡便、造價低的特點在我國城市熱網建設中有著廣泛的應用。而且，多數城市供熱管網的建設匯總也普遍采用這種方式。受直埋管網特點影響，直埋管網的建設中需要對管網基礎以及回填沉降進行有效控制。在直埋管網施工中，強化基礎的夯實以及回填材料的選擇。以較少管網施工后沉降及荷載對管線的影響，進而保障管線的使用安全。

三、熱力管網中固定支架的設計要點

固定支架的設計是城市集中供熱工程設計較為普遍的問題。而固定直接要避免出現管道與支撐結構發生相對位移現象，這會影響支架的使用性能。在實施城市建設工程中要根據實際情況來采用合理的固定支架，這將影響著供熱管道的固定、安全及正常使用性能。

1、熱力管線分段施工在支架推力固定中的作用

熱力管線與別的市政管線在施工方面基本是一致的，經常會面臨著不同因素造成的影響，例如：資金周轉不利、拆遷受阻、規劃困難等。在實際施工過程中應該采取求分期、分段方式有計劃地進行，但考慮到熱力管道壓力過大、溫度增高、管道管徑變大等因素影響，使得供熱管道的固定支架在推力方面出現較大的變化。

2、承受分段試壓和總試壓的固定支架

當熱力管線到達一定施工階段后需要采取分段試壓，一般情況下無需設備，且固定支架無需焊卡板，這是為了使得焊口的焊接質量能夠一次試驗完畢。但需要注意的是此種分段試壓跟分期、分階段施工供熱的管線的試壓屬于兩種形式，后者可歸納為總試壓。因為分階段試壓的固定支架無需焊卡板，在打壓試驗時不用檢驗固定支架的荷載。

對于總試壓過程不僅要再次檢驗管線的焊接質量，還需要檢驗管線上的設備，如：補償器、閥門等。這就給相應的計算提出了要求，在對固定支架設計、計算時，其Po以總試壓的壓力值為標準，不能根據設計壓力值進行，以此確保固定支架在承受總試壓時具有良好的安全性。

3、不同管網布置形勢下固定支架的承受力

3.1.管道吸收熱伸長運用軸向補償器，對于彎頭、閥門、堵板周圍的固定支架受力為不平衡內壓力，且此種內壓力會根據管徑的增大而變大，最終的壓力大小要大于管線上形成的彈性力、摩擦力。當存在這種力需要采取有效的措施進行處理。而固定支架出現變化時接近堵板，增加了推力。

3.2.管線吸收熱伸長運用自然補償，使得固定支架兩側的不平衡因為內壓力而消失。其承受力一般來源于管線或者設備產生的彈性力和管線熱伸長過程中與支架形成的摩擦力。對以上受力情況進行研究能夠使得整個施工過程能夠有重點的進行。

四、熱力管網中旋轉補償器的設計

補償器在熱力管網中極為重要的管道組成部分，其給熱力管網帶來的作用逐漸加大。旋轉補償器的優點在于補償器量大、布置方便、組合形式多樣等。不僅能夠設置在直管段的所有位置進行熱補償，還能采用管線自然轉角布置來達到管系熱補償的要求。旋轉補償器與其他補償器相比，在減少關系補償點、固定支架的設置數量時能起到很好的作用，在減小工程量、降低資金消耗等方面有著一定的作用。

1、設計選擇旋轉補償器的重點

在旋轉補償器設計及選擇過程中應該參照實際情況進行，以管線的走向、敷設方式等作為前提來準確的劃定補償器的位置、形式等，最終劃定H值、L值及旋轉角度θ，這樣才能達到管系設計的標準。

旋轉角度大小對于補償器內部密封材料能造成較大的影響，對其使用壽命起到了作用，給固定支架的受力造成變化。通常θ值低于60°，θ值在管徑變大時會減小，從而降低管道位移給固定支架造成的摩擦力大小，確保并保證運行時補償器的正確使用。

力臂的旋轉是管道的熱伸長的主要依據，II型組合的管道力臂發生旋轉后會引起補償管道的橫向移動。在設計過程中需要盡可能地控制橫向移動對管系安全運行造成的影響。不僅要滿足管道的剛度、強度，且在θ值低于60°，需把力臂的長度控制在2～6m。Ω型組合在算L值時需要參照管道間距B值與旋轉角度θ。

2、導向支架的安排

設計熱力管網時需結合導向支架對管線的移動情況，這樣能夠避免管道熱伸長時造成縱向彎曲，這樣能夠避免管道熱伸長時造成縱向彎曲、徑向位移給管道帶來的不利影響。旋轉補償器在補償量和兩固定支架的間距較長，管道在補償器運行時形成橫向位移，經常發生失穩情況，在補償器不知過程中要設置導向支架。

應根據補償器的布置形式選擇合適的導向支架、間距。II型組合在設置導向支架時，需避免長距離管道移動引起的失穩，還要保證補償端管道橫向位移的正常，第一導向支架需設置于距補償器20～40m處，這是根據應根據補償量和管徑大小而定的。Ω型組合的第一導向支架需布置在距補償器5～25m處。導向支架間距在長距離補償需控制在50～70m。

五、熱力管網施工的質量控制和實施措施

管網施工對于工程是極為關鍵的組成，不僅需要較高的安裝質量，還需要保證一定的安裝速度。安裝方法與質量要求需根據國家管道施工和驗收規范進行，以下結合直埋管分析。

1、積極構建科學的施工質量體系

在施工過程需建立一套完整的質量保證體系，主要是根據工程的性質、工期、材料、運輸等不同情況，并且具備良好的人員素質和機械裝備作為前提條件。需要以全局角度考慮后設計詳細的施工方法，規劃施工進程，做好現場安排工作，以此實現設計、施工、技術等各方面的有效結合，在保證工程質量的同時提高經濟效益。

2、控制保溫管的質量關

硬質聚氨酯保溫直埋技術是熱網經常使用到的，在運用時必須確保聚氨酯的發泡的溫度、時間、配料達到施工標準的要求，對于保溫材料的性能指標進行嚴格控制。

3、有效清除管內雜物

施工過程常存在諸多問題，經常因為施工人員工作失職而出現管子隨意放置，施工過程無法達到管理的需要，造成管內存有焊渣、泥沙、石塊等不同雜物，導致管網出現堵塞，使得熱網的使用出現很大的阻礙，一般能造成系統熱失衡，引起局部不熱，阻礙了系統調整，無法確保供熱質量。嚴重會造成除污器堵塞或系統損壞。

4、對外網進行有效清洗

為了保持管路系統的清潔，在安裝過程中要將管內雜物清除，當管道安裝結束后進行強度試驗，同時清洗管道系統的內部。這樣就能將殘留在管內的鐵銹清除，并有效的焊渣，防止因雜物而引起管堵，破壞了閥門、儀表。

5、建立直埋管回填方案

在結束了管網安裝后，采取試壓、沖洗，并根據實際需要做好回填工作。主要是在管底部墊100～200mm的砂墊層，在填砂至管頂上方～200mm，最后回填原土并逐層夯實。

結束語：

總之，在熱力管理設計過程中要根據施工的具體要求進行，對于普遍存在的熱力管網固定支架以及旋轉補償器等問題需要從設計、施工兩大方面進行分析，固定支架主要用于將管道劃分成若干補償段，分別進行補償，從而使管道部部失穩、部破壞，以保證補償器的正常工作和管道的安全運行。而供熱管道隨著所輸送熱媒溫度的升高，為了使管道不會由于溫度變化所引起的應力而破壞，必須在管道上設置各種補償器，以補償管道的熱伸長減弱或消除因熱膨脹而產生的應力。因此，在供熱管網設置固定支架，并在固定支架之間設置各種形式的補償器，其目的在于補償該管段的熱伸長而減弱或消除因熱膨脹而產生的應力。通過對以上問題的分析，這樣才能保證熱力網管發揮有效的使用性能。

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