關于市政供熱管網設計的探討

陳耀耀

摘要∶我國人口不斷增加，城市化進程不斷發展，而市政供熱工程也需要以更高的標準來實施，才能夠符合當前人民的需求，供熱網管需要科學設計，確定相對準確的負荷狀態，才能對供熱系統進行最優化設計。本文對城市供熱網管設計原則進行分析，對相應的參數進行計算，并且提出的總體布局特點，希望能夠得到借鑒。

關鍵詞∶供熱管網：設計：市政

引言：在城市建設時，市政供熱系統作為我國北方城市重要基礎設施，是保障民生的重要手段，北方城市集中供熱管道基本采用地下直埋敷設方 式。相比于管溝敷設和架空敷設，地下直埋供熱管道具有基本不占用地上 空間、散熱損失小等特點。市政集中供熱管網應避免影響城市景觀，并確 保城市供熱的最基本質量。供熱管網需要進行科學合理設計，以往在設計 時常出現一些問題，影響城市的供熱系統正常運行，因此在供熱管網的設計過程中，需要根據國家和地方的標準規范要求，結合供熱管網近、遠期熱負荷統計情況進行設計，同時供熱管網方案設計階段也要對設計內容進 行反復和探討和研究，保證設計更加科學合理。

一.市政供熱管網設計原則

1.供熱的設計原則

應符合國家相關標準規范和能源政策，在設計階段，要掌握相關的設計規范和程序，遵循供熱管網建設的原則，進行供熱管網設計，熱水管線設計壓力不大于2.5MPa，設計溫度不大于200℃;蒸汽管道設計壓力不大于1.6Mpa，設計溫度不大于350℃。[1]

2.供熱管網系統形式

市政供熱管網布置形式主要有枝狀管網和環狀管網兩種類型。

對于單一熱源供熱系統，供熱管網多采用枝狀管網布置形式，枝狀管網具有系統簡單，投資相對較小，運行管理方便等優點;但相對于環狀管網，枝狀管網可靠性稍顯不足，當供熱管網某處發生故障時，將無法對故障點下游熱用戶進行供熱。

近年來，不少地區采用了多熱源聯合供熱的方式進行市政供熱。多熱 源聯合供熱系統多采用環狀管網設計。各熱源與供熱管網之間設置切斷閥。 例如，在采暖期初期僅將基礎熱源投人使用，隨著采暖期熱負荷增加，陸續投人調峰熱源;系統還可以根據當地的氣溫變化，對各熱源進行靈活配置。多熱源環網供熱系統，初投資較高，但增加了供熱系統的靈活性和可靠性，當某個熱源或供熱管網局部出現故障時，可以通過切斷閥將故障區域與系統隔離，而不影響其他區域供熱系統的運行。

二.相關參數設計

1.管道熱補償方式設計

市政供熱管網根據長直管段是否設置補償器可以分為有補償設計和無補償設計兩大類。

有補償設計中可分為管線布置中自然形成的補償彎;設計過程中人為設置的"L"型、"Z"型、"m"型等補償彎;采用波紋管補償器、套筒補償器等補償。補償器的使用在降低熱網應力水平的同時，也帶來了投資增加，檢維修工作量加大，系統故障率增加等問題。

經過近幾十年的熱網運行經驗及國內外學者的研究，市政供熱管網設計在具備條件時多采用無補償設計。無補償設計主要是指在熱網的長直管線中，主要采用自然形成的補償彎或者人為設置少量的補償彎進行補償。 無補償直埋熱網通過土壤錨固、管道有限量塑性變形的等多重作用，在管道內留有殘余應力的狀態下，管系仍然能夠安定在彈性狀態下且管道結構不發生破壞。

2.應力分析

設計過程中，應對工作循環最高溫度下管道進行應力計算。由持續載荷作用產生的一次應力應進行彈性分析和極限分析;由管道熱脹冷縮引起的二次應力應在管道的許用應力范圍內。目前在熱力管道設計過程中，一般采用應力分析軟件進行詳細分析計算，常用的直埋熱力管道分析軟件有sTART-PR0F、CAEsAR Ⅱ等商用軟件，也有國內學者自行開發的計算軟件。當熱應力較大時，優先采用自然補償的方式進行補償，如果采用補償 器進行補償，應充分考慮補償器管系中固定支架的受力問題。[3]

3.供熱管道的選擇

目前較為常見的市政供熱管網一次網供水設計溫度一般在110～130℃。管道多采用預制直埋保溫管道，具有工程造價低、熱損失小、防腐性能好、占地少、施工快等優點。

直埋預制保溫管一般由工作管、保溫層和外護管組成。工作管根據輸送熱水溫度、壓力及管徑的參數可選擇無縫鋼管或焊接鋼管;保溫層采用硬質聚氨酯發泡塑料;外護管可采用高密度聚乙烯或者玻璃鋼。市政供熱一次熱網多采用整體式預制直埋保溫管道，即工作管、保溫層和外護管三者牢固的粘接在一起，形成一個整體結構，管道受熱膨脹時，三者一起膨脹移動。

需要說明的是整體式預制直埋保溫管道主要用于輸送介質溫度不超過130℃的熱媒。當輸送熱媒溫度較高時，建議采用鋼套鋼型直埋保溫管，此類型管道外護管采用焊接鋼管，外護管與工作管及保溫層之間脫開設計，工作管可以在外護管內自由伸縮，解決了高溫下工作管與外護管熱膨脹量 相差較大的問題。

三.城市供熱管網建設措施

供熱管網設計需考慮技術性、初投資和運行中熱量損失這三個方面，對于一個布局已定熱網的設計，技術、經濟和熱損這三個目標之間往往是矛盾的。追求高的經濟目標，將導致降低熱網運行質量，如何將這三個目標統一起來，是解決布局已定熱網設計最優化的關鍵問題。因此有必要對供熱管網的優化設計進行理論分析，以解決熱網系統問題。在具體的設計供熱管網過程中可以從以下方面出發來優化供熱管網的設計。

優化供熱管網路由設計，室外供熱管網是供熱系統中投資高、施工最大的部分，城市集中供熱管網路由、管網形式的選擇對于供熱的可靠性、系統的機動性、運行是否方便以及經濟效益有著很大的影響。合理地確定供熱管網平面的定線工作，對節省投資保證熱網安全可靠地運行和施工維修方便等，都具有重要的意義。

供熱管網布置原則是應在城市建設規劃的指導下，考慮熱負荷分布、熱源位置、與各種地上、地下管道及構筑物、園林綠地的關系和水文、地質條件等多種因素，經技術經濟比較確定。供熱管線平面位置的確定應遵守如下基本原則。

經濟上合理：主干線力求最直，主干線盡量走熱負荷集中區。

技術上可靠：線路應盡可能走過地勢平坦、土質好、水位低的地區。 盡量避開土質松軟地區、地震斷裂帶、滑坡危險地帶以及地下水位高等不利地段。

管線應少穿主要交通線：一般平行于道路中心線并盡量鋪設在車行道以外的地方。通常情況下管線應只沿街道的一側鋪設。地上鋪設的管道，不影響城市環境美觀，不妨礙交通。供熱管道與各種市政管線、建構筑物應協調，相互之間的距離，應能保證運行安全、施工及檢修方便。

四.結束語

總之，城市供熱管網的設計合理與否直接關系到居民生活質量，一項 好的設計可以使產品的性能得以充分發揮，可以最大限度地減少施工中的困難，降低工程造價。在設計過程中我們應遵循技術先進、經濟合理、安全適用的原則進行合理設計。

參考文獻

[1]郝明.集中供熱自動化系統在供熱管網中的應用[J].裝飾裝修天地，2019，（1）：81.2

[2]柴海山.城市集中供熱管網的優化設計探討[J].山東工業技術，2018，（24）：70.3

[3]韓國宇. 集中供熱管網水力失調及應對措施探究[J].卷宗，2019，9（6）：243.4

[4]朱海濤.城市集中供熱管網的設計施工及優化研究[J].中國房地產業，2019，（2）：244.5