集中供熱蒸汽管道設計研究

彭 涌

(福建省林業勘察設計院 福建福州 350001)

0 引言

集中供熱是將某區域或工業園區的供熱熱源集中設置，通過集中供熱管網將熱能輸送到各熱用戶，相對于過去常見的各業主自行分散設置鍋爐房，具有節約能源(熱效率高)、污染物排放少(污染集中治理)、工程總投資較低、管理人員較少、供熱負荷調節方便等優點。因此，集中供熱系統在近年來越來越廣泛得到應用。但是集中供熱系統管網相對較長，集中供熱管網投資較高，供熱系統壓降較大，集中供熱管道設計優質化，就顯得更加重要。基于此，本文擬以福州濱海某工業區設計監理等工程為例，探討集中供熱系統及管網設計施工等一些技術措施，提出集中供熱管網設計施工需注意的問題，供同仁及相關管理部門參考。

1 集中供熱蒸汽管道設計

1.1 系統設計

集中供熱系統設計，首先要掌握各用戶不同用熱需求，如蒸汽用戶，需要掌握各用戶用汽量變化曲線，用汽壓力、用汽溫度等需求，考慮集中供熱用戶發展規劃，爾后，根據用戶需求，選擇適當集中供熱熱源。

在福州濱海某集中供熱項目中，集中供熱熱源利用現有某廠熱電站鍋爐房，2臺40t/h、390℃燃煤循環流化床鍋爐作為主要供熱的熱源點。平均用汽負荷為77.5t/h，集中供熱蒸汽管網長度約6.3km，經減溫減壓后提供1.2MPa、200℃的過熱蒸汽集中供熱。集中供熱管道設計，要注意計算管道壓力損失、溫度降低等，合理選擇管徑，采取措施降低管網熱損失和壓力損失，確保滿足末端用戶用熱需求。

1.2 供熱計量

集中供熱項目是為多個用戶提供熱源，供熱量分戶計量必不可少。在福州濱海某集中供熱項目中，選用了無線傳輸的計量裝置，實時監測供熱熱源和各用戶的供熱介質流量、溫度、壓力，該計量裝置不僅能夠在控制中心的電腦顯示器顯示，而且還能夠通過網絡發送，管理人員可以通過手機實時監測供熱系統運行狀態。

1.3 管線布置

集中供熱管線如何布置，不僅要考慮工程投資，應符合《城鎮供熱管網設計規范》(CJJ34 - 2010)[1]等各規范中管道與構筑物、設施、設備、各類管道、綠化等的間距要求，更重要的是要滿足規劃要求，根據區域規劃圖紙，在完成管網布置初步方案設計后，報送當地規劃部門審批。

1.4 管道敷設

管道敷設有高位敷設、低位敷設、地溝敷設、埋地敷設等方式。通常，低位敷設投資最低，施工安裝方便，有利于維護檢修，但不利于場地通行。當跨越道路或大門等通行處時，對比管道各種敷設方式，優先采用高位架空敷設。在現場條件不具備架空敷設時，可采用地溝敷設。管道地溝敷設需注意地溝排水，避免管溝積水破壞管道保溫層，如果地溝不具備自然排水條件，在地溝中設置集水井通過潛水泵排水，集水井應設置自動水位監測報警和自動排水設施。但是，集水井自動排水設施投資較高，可靠性不足，如現場地溝不具備自然排水條件時，宜采用直埋管埋地敷設。直埋管埋地敷設投資最高，需要設置凝結水排水設施和排潮裝置，需要嚴格的防腐措施，除正常的五布三油環氧樹脂防腐外，還宜采取陰極保護措施[2]。

1.5 管道支吊架

管道支架形式，通常有固定支架、滑動支吊架、彈性支吊架等。支架生根通常利用土建基礎、建筑立柱、建筑墻體等設置，支吊架間距在設計手冊和標準圖集等有明確的規定。例如，國家建筑標準設計圖集13R503《動力工程設計常用數據》，對熱力管道各支架間距提供了數據，支吊架做法也有許多標準圖集，通常合理選用標準圖集就可以完成管道支吊架設計。例如，室內管架可參考動力設施國家標準圖05R417-1，室外管道支吊架可參考室外動力管道通用圖冊RD100～109,01R413,01R414等選用；但是，工程現場實際情況千變萬化，在福州濱海某集中供熱項目中，根據現場情況，采取了許多新方案和措施。例如，在管道沿排洪溝旁陡峭山體設置時，經多方案比選后，采取在山體中鉆孔，在排洪溝二側設置工字鋼，作為管道支架，固定支架則在山體設置三角斜撐，如圖1所示。

在管道跨越某24m寬道路時，支架設置三角斜撐仍不能滿足支架間距要求，按管道通常加強的標準圖集，是在需加強的管道上部或下方，設置鋼板及加強環進行管道加強，但是，需要的鋼板高度超過保溫層厚度，加強環數量多，施工不便。筆者創造性采用角鋼進行管道加強，實踐證明采用角鋼進行管道加強，簡單經濟、安全可靠，如圖2所示。

在管道跨越河道時，可采用拱形管道、附設在橋梁上或另行在河道中設置支座等，但因施工單位無拱形管道施工能力，原橋梁設計時未同時考慮附設其它管道。因此最終采取另行在河道中設置支座，如圖3所示。

圖2 現場施工情況二

圖3 現場施工情況三

1.6 管道補償

熱力管道設計中，管道膨脹補償對熱力管道安全運行是十分重要的[1-3]。管道補償有自然補償、方形補償器、旋轉補償器、波紋補償器、套筒補償器、球形補償器等補償方式。在工程實踐中，筆者認為自然補償具有投資低、可靠性高的優點，應在工程中優先選用，盡量創造條件采用自然補償。此外，方形補償器具有結構簡單、安全可靠的優點，不具備自然補償條件時，也可盡量選用方形補償器。旋轉補償器具有補償量大的優點，但需要具有方形補償器或自然補償的管道改變位置的條件。對于長距離直管段，不具備管道改變位置的條件時，可以需要波紋補償器，但波紋補償器可靠性不足，工程實踐中多次發生問題，例如，試壓時波紋管被拉長、推損固定支座等問題需要引起設計施工單位的高度重視，施工安裝波紋補償器前后的導向支座應按手冊要求安裝到位。

1.7 系統調試

集中供熱管網安裝完成后，需要進行試壓、吹掃、調試等工作。系統調試需要施工單位做好施工組織設計，協調特檢院、監理等單位共同參與。水壓試驗操作程序：上水——放空——檢查——緩慢升壓——升至強度試驗壓力——穩壓10min——檢查——嚴密性試驗——穩壓30min——檢查——高點泄壓放空——低點排放——管溝排水——拆除盲板——恢復系統。

吹掃通常采用壓縮空氣，但是，一般空壓機風量有限，可采用羅茨鼓風機替代。在福州濱海某集中供熱項目中，利用原有鍋爐，通過低壓蒸汽進行吹掃，兼顧了調試試運行需要[4]。試壓合格后，對焊縫、管道、支吊架等完善刷漆防腐工作，進行保溫施工。

2 體會

在福州濱海某集中供熱項目中，管道跨越道路、河流時，原設計采用拱形管道進行跨越，但是，該項目施工單位無拱形管道施工能力，不得不調整設計方案，而采用埋地及架空敷設[5]。

按正常管道支架間距規定，管道支架設置較多，按該項目筆者設計的管道角鋼加強方案，其管道加強措施投資遠低于管道支架投資。因此，建議考慮在集中供熱等管道設計時采用管道加強，加大管道支吊架間距，減少支吊架數量，可節約工程投資。

在蒸汽管道集中供熱系統中，過熱蒸汽可減少管網蒸汽凝結水產生，有利于節約能源，建議盡量采用過熱蒸汽集中供熱。

在管道跨越河道時，如果能夠附設在橋梁上，就簡單經濟，經過核查計算，管道附設在橋梁上，技術上也安全可靠。但是，該方案未得到道路橋梁管理部門同意認可，因此，只能自行在河道中設置支座，增加了工程投資也延長了工期，建議有關部門設計橋梁時，考慮附設除燃氣等危險管道外的其他管道設施。

在福州濱海某集中供熱項目中，遇到多種問題，由于過去無集中供熱規劃，地下管線缺乏正確的竣工圖，現場情況十分復雜，集中供熱管線布置比較困難，項目根據現場情況施工中進行了多次調整。另外，由于工業園區規劃時未同步考慮預留集中供熱管道敷設場地，導致建設過程中多次發生因場地問題導致停工現象，不僅拖延了工期，而且增加了工程投資，因此，建議今后在工業園區規劃時，應同步進行集中供熱系統規劃。