城市供熱系統的設計

李 靜

（太原智博熱電工程設計有限公司， 山西 太原 03000）

1 工程概況

本工程的小區所在地區位于山西太原市，該小區占地面積為60萬m2，共包括甲、乙、丙、丁四個生活區以及一個動力區，小區常住人口約為3.5萬。近年來，隨著人民生活質量的提高，該小區的住宅標準也在不斷提高，對其甲、丙兩個生活區進行了重新規劃。經規劃后，該小區占地總面積約為95萬m2，并對其的供熱系統進行重新設計。該小區供熱系統的設計詳細闡述如下：

2 供熱系統設計概況

本小區供熱系統所采用的熱源為小區內部所提供的 130℃/80℃的一次性熱水，在一次水管網的作用下到達小區的各個換熱站，經換熱站后將95℃/70℃的二次熱水供給小區內的每家每戶。其中，供熱站配備有 4臺熱水鍋爐，其主要作用是為整個小區提供熱負荷，確保小區的供水溫度為 130℃，回水溫度為 80℃；除此之外，供熱站內還設有兩臺蒸汽鍋爐，為鍋爐房及生活區等提供1Mpa的飽和蒸汽[1]。據統計，該小區（生活區和動力區）共有7個換熱站，均采用BB型不等截面板式換熱器。

3 供熱網管設計

3.1 供熱網管負荷計算

（1）蒸汽熱負荷計算

經統計可得，液化石油氣站的蒸汽熱負荷值為2.5t/h，小區公用建筑的蒸汽熱負荷值為10t/h，供熱站蒸汽熱負荷值為7.5t/h。值得注意的是：在實際生活中小區的公共建筑和液化石油汽站可能同時使用蒸汽。因此，蒸汽管網按照二者同時使用計算。

（2）供暖熱負荷計算

小區內所有換熱站的總供暖熱負荷量為 57951kW。重新規劃后小區的總面積為95萬m2。則該小區的平均熱負荷量為61W/m2。

3.2 供熱管網的敷設與布置

由于該小區有且僅有一個熱源，故小區供熱管網的需以枝狀的形式布置。該種布置方式具有成本低、操作簡單以及管理方便的優勢[2]。

小區內的一次管網和二次管網均采用直埋的方式進行保溫。將飽和蒸汽管線的內層和外層均做特殊處理。其中，內層涂耐高溫的復合硅酸鹽涂料，外層采用特殊材質的泡沫塑料。采用直埋保溫可確保飽和蒸汽在管線上的溫度保持在 184℃以上，解決了以往的溫度必須小于150℃的問題[3]。

除此之外，小區內鍋爐房采用熱力除氧，將軟化水采用蒸汽直接加熱后送至鍋爐中。液化氣站使用蒸汽的目的是當氣溫相對燃氣液化時加快燃氣的氣化，保證每家每戶天然氣的正常供應。小區內醫院是使用蒸汽量最大的區域，主要用于食堂、消毒等。為了確保居民的生活安全，上述的凝水均不回收。

3.3 管道熱補償設計

由于該小區內的主供熱管道均敷設于主干道地下，加之居民區道路兩側均為建筑物且主供熱管道的口徑較大等客觀因素，導致循環水的熱損失[4]。為了日常的維修與管理，選用TB型波紋管熱補償器，并將其安置于供熱井內。

3.4 管道保溫層厚度的設計

（1）熱水管道保溫層厚度設計

本次供熱方案中二次回水管和一次回水管的保溫材料均采用聚氨酯硬質泡沫塑料，且管道外層加設玻璃鋼。根據相關標準可知，當管道的口徑大于DN300時，玻璃鋼厚度為3.5mm；當管道口徑小于DN300時，玻璃鋼厚度為2.5mm[5]。

本次供熱方案的一次供水管所采用的保溫材料為改性聚異氰脲酸酯泡沫塑料，且管道外層加設玻璃鋼。根據相關標準可知，當管道的口徑大于DN300時，玻璃鋼厚度為3.5mm；當管道口徑小于DN300時，玻璃鋼厚度為2.5mm。

（2）蒸汽管道保溫層厚度設計

由于蒸汽管道中蒸汽壓力為1Mpa，溫度為184℃，僅依靠改性聚異氰脲酸酯泡沫塑料無法達到蒸汽管道耐高溫的要求。故，蒸汽管道的敷設采用復合直埋技術。首先，在蒸汽管道表面涂抹硅酸鹽漿料的隔熱層，保證保溫層表面的溫度低于150℃，并在管道外層加設3.5mm的玻璃鋼。

經綜合考慮得出：二次水管的保溫層的厚度為30mm；一次供水管、回水管保溫層厚度為40mm；蒸汽管道總保溫層厚度為40mm（第一層復合硅酸鹽保溫材料厚度為20mm，第二層改性聚異氰脲酸酯泡沫塑料的厚度為20mm）。

3.5 管道固定支座的設計

（1）管道固定支座推力計算的注意事項

本次供熱方案中的管道采用直埋式，加之缺乏相應的固定管承受推力的計算公式。因此，本方案中管道固定支座推力的計算只能參照空敷設管道固定支架推力的公式計算，而后對一些參數進行調整。

（2）固定支座的選型

采用固定支架具有施工簡單、固定支架處保溫處理方便等優勢。此外，根據管道固定支座的推力及管道孔徑大小得出固定支座的尺寸。注：當同時存在有兩根管路時可選用聯合固定管墩。

4 換熱站的設計

該居民區內 7個換熱站均相同，由于換熱站需為高層供暖。因此，供暖系統根據樓層的高低劃分為高區、低區供熱系統。其中，高區供熱系統主要針對15-25層換熱站，低區供熱系統主要針對15層以下的換熱站。此外，為確保整個系統的穩定運行，高區供熱系統和低區供熱系統是相互獨立的。

考慮到換熱效率、可用面積小以及便于維護等客觀條件，所選用的換熱器的類型為不等截面板式換熱器。為方便對整個系統的供熱調整，每臺換熱器的換熱面積需大于整個系統熱負荷的70%。

5 結束語

通過參與本工程項目的設計及后期的配合施工，筆者有以下幾點體會：

（1）在熱補償設計時，供熱管道所加設的波紋管補償器需在其兩端加設固定支架，以防止補償器在工作過程中由于手里不均勻而變形；

（2）當供熱系統采用循環水泵時，需對水泵的入口壓力進行監測，以確保其滿足規定的壓力要求。

（3）若在供熱系統中選用不等截面板式換熱器，需在供暖后期對其進行清理，避免換熱器堵塞，影響第二年的供暖。