基于市政供熱管網(wǎng)設計的分析

張軍

（太原市政工程勘測設計院有限公司，山西太原 030012）

0 引言

在市政供熱工程中，供熱管網(wǎng)設計的好壞直接影響著供熱管網(wǎng)施工的品質。為了確保供熱系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定的運行，并為我國城市化建設奠定良好的基礎，我國市政與施工單位要對供熱管網(wǎng)的設計要點全面剖析，期間還要探討如何實現(xiàn)供熱管網(wǎng)的節(jié)能減排效果并優(yōu)化熱力管網(wǎng)設計等。

1 市政供熱管網(wǎng)系統(tǒng)

市政供熱管網(wǎng)中的熱媒指的是水蒸氣或者熱水，在市政供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，可使用很多熱源與熱交換站等形式為城市人們供熱，而此集中供熱方法主要是由熱源、熱網(wǎng)與用戶組成。隨著城市的發(fā)展建設，市政供熱管理系統(tǒng)發(fā)揮著至關重要的作用，它不僅轉變了以往老套的供熱形式，還能實現(xiàn)優(yōu)質、節(jié)能并減少污染的供熱。借助市政供熱管網(wǎng)系統(tǒng)集中控制供熱，其不僅能提高供熱質量，還能合理設置供熱管網(wǎng)的加熱溫度，在加熱的過程中其不會受到外界溫度的影響，所以能有效保障供熱的質量與效果。此外，結合室外溫度的變化，供熱系統(tǒng)還能對加熱的介質流速、溫度等進行合理調控，這在很大程度上都能將人們的供熱需求全面滿足。與此同時，市政供熱管網(wǎng)系統(tǒng)還配置了很多儀表設備，借助這些儀表市政單位能對供熱數(shù)據(jù)全面收集，再通過系統(tǒng)剖析便可掌握實際供熱情況，從而進行節(jié)能控制。在此過程中，市政單位不僅能節(jié)約能源，還能降低熱損失發(fā)生，對供暖效率也能大幅提高。

2 市政供熱管網(wǎng)具備的優(yōu)勢

2.1 供熱品質佳

如今，中國很多城市地區(qū)都是通過集中供熱的方式實現(xiàn)城市供暖的，而在冬季因溫度相對較低，所以通過集中質量并調的方法不但可合理調控供暖介質的流量、溫度等，還能把參數(shù)限制在適宜范圍內，這樣城市供暖的安全性與穩(wěn)定性便能得到保障。此外，應用此方式開展工作還具備很多優(yōu)勢，如不但能避免資源浪費，還能降低工程成本，對現(xiàn)有資源也能優(yōu)化配置。而且很多供熱管網(wǎng)系統(tǒng)都安置了計量表，通過計算機科學調節(jié)也能全面掌握城市的供熱情況。而且在開展市政供熱管網(wǎng)設計工作時適當縮減鋪設面積并全面考察城市情況，這不僅能設計出最佳的供熱方案，還能將供熱成本大幅度降低。最后科學布置供熱管網(wǎng)也能在最短時間內滿足城市人們的供熱需求，通過此過程，供熱管網(wǎng)的運行效率能不斷提升，期間還能防止其受不良因素的影響，而實際供熱的質量也會大幅提升。

2.2 能降低對環(huán)境空氣的污染

以往開展的城市供熱都是直接使用煤炭進行取暖，而煤炭在燃燒后會產生大量氣體，其不僅會污染生態(tài)環(huán)境，還會降低空氣質量。為了將城市供熱管網(wǎng)的優(yōu)勢全面發(fā)揮，市政單位要盡可能避免使用小型鍋爐房，而集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)所用的鍋爐不僅容量極大，而且還能節(jié)省大量的燃料。隨著社會的發(fā)展，在城市供熱工作中也要引入先進、有效的技術手段，這不僅能將資源的應用率全面提高，還能減少污染物的排放，從而有效保護生態(tài)環(huán)境。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的落實，國家開始提倡節(jié)能、減排、環(huán)保，所以在開展城市供熱工作時也要順應時代的發(fā)展步伐，科學設計市政供熱管網(wǎng)并進行不斷優(yōu)化，這不僅能實現(xiàn)預期目標，還能注重對生態(tài)環(huán)境的保護，可將生態(tài)污染降到最低，這在很大程度上都符合我國可持續(xù)發(fā)展理念[1]。

2.3 可促進城市供熱的智能化發(fā)展

社會科技水平的提升促使人工智能技術越發(fā)成熟，在此背景下，市政供熱管網(wǎng)也逐漸趨于智能化方向發(fā)展。在市政供熱管網(wǎng)運行的過程中，智能化設施不僅能依據(jù)室外氣溫變化科學調節(jié)管網(wǎng)內部介質溫度與流速，還能減少以往調節(jié)工作中的人力消耗，對管網(wǎng)運行期間的能源也能大量節(jié)約。此外，應用智能化設施開展供熱管網(wǎng)監(jiān)管工作，還能實現(xiàn)一天24h不間斷的全面監(jiān)管，一旦發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)運行存在問題，智能化設施便能自動定位并將問題信息反映給管理人員，以便他們能及時、有效的解決問題。

3 供熱管網(wǎng)設計期間存在的問題

3.1 管網(wǎng)布局不夠合理

我國城市化進程的加快致使市政供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的建設變得更為重要。然而在實際市政供熱管網(wǎng)設計工作的過程中，供熱質量與效果并未得到城市人們的認可，而這也致使城市集中供熱的優(yōu)化任務越發(fā)繁重。在此背景下，本文圍繞市政供暖管線設計工作面臨的問題展開了剖析。在進行供暖管網(wǎng)系統(tǒng)設計與建造工作的過程中，市政單位要保證供暖管線布局合理，這是做好供暖管線施工設計的基礎。但考慮到城市供暖品質與供熱范圍等因素，市政單位在做好管線工程設計后還要提高管線布置的科學性與可行性，如果管線布置不科學，不但會造成管線過長、管道布置雜亂等問題，還會對供熱的合理性產生影響，進而會加大供熱管網(wǎng)建設的成本。

3.2 凝結水問題較為嚴重

為了進一步明確市政供熱管網(wǎng)建設期間存在的問題，部分地區(qū)使用了蒸氣供熱的方式，在通過汽水換熱后又進行了水采暖[2]。通過對多地蒸汽管網(wǎng)設計的調查，發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)設計工作存在較嚴重的凝結水問題，對產生的凝結水也未進行有效回收處理。在市政供熱管網(wǎng)體系中，凝結水的出現(xiàn)會使供熱管道受到嚴重的侵蝕，其不僅會縮短管道的使用壽命，還會對供熱管網(wǎng)的質量產生影響，甚至會增加供熱管網(wǎng)熱量的消耗并造成不必要的能源浪費。所以在優(yōu)化設計市政供熱管網(wǎng)的過程中，市政單位要充分考慮凝結水問題，期間單位要結合工程情況合理制定凝結水的有效回收策略。而在管道設備設計期間，經常會出現(xiàn)設備或管道材質不合格以及管道連接不牢固等問題，這些問題的出現(xiàn)都會導致凝結水發(fā)生。而且在蒸汽管道中若未合理開展疏水工作也會導致蒸汽凝結水出現(xiàn)，由于蒸汽體積縮小會使管道局部真空，受到壓力差的作用真空附近的物質會受到嚴重沖擊，從而使管壁出現(xiàn)振動等現(xiàn)象，這在很大程度上也會對市政供熱的質量產生影響。

4 市政供熱管網(wǎng)的設計對策

4.1 供熱管網(wǎng)的布局

在進行供熱管網(wǎng)布局的過程中，市政單位要結合管網(wǎng)的熱負荷情況進行合理的規(guī)劃，期間市政單位不但要考慮當下工作狀況，還要對日后情況進行預測、規(guī)劃，所以市政單位開展的供熱管網(wǎng)設計工作必須符合工程的實際情況，同時也要預留足夠的發(fā)展空間。

4.2 管網(wǎng)敷設方法

以往進行的供熱管道敷設都是使用架空敷設或地溝敷設等方法，但這些方法在應用的過程中還存在很多問題[3]。管網(wǎng)敷設優(yōu)化不僅要考慮工程造價，還要注重節(jié)能環(huán)保，這樣才能實現(xiàn)對供熱管道的優(yōu)化設計。在實際工作中，市政供熱管網(wǎng)可使用預制直埋保溫管，通過將鋼管與聚氨酯硬質泡沫等材料粘合，供熱工程的社會效益、經濟效益以及生態(tài)效益都能大幅提高。

在布置供熱管網(wǎng)的過程中，市政單位要確保管網(wǎng)與熱媒、熱源以及用戶存在緊密的聯(lián)系。如今比較常見的供熱管網(wǎng)布置方式包括網(wǎng)格狀、枝狀等。網(wǎng)格狀供熱管網(wǎng)是由許多環(huán)狀管網(wǎng)連接在一起形成的一種管網(wǎng)布置方式，如圖1所示，該布置方式不僅安全，運行的可靠性也很強。不過此方法需投入大量的資金，熱網(wǎng)的水利工況也極為復雜，這也加大了市政單位對管網(wǎng)供熱的控制難度。

圖1 網(wǎng)格狀管網(wǎng)布置

其次枝狀管網(wǎng)布置是供熱管網(wǎng)布置應用最廣泛的一種方法，如圖2所示。枝狀管網(wǎng)布置方式具備很多優(yōu)點，如系統(tǒng)簡單、管徑會隨著熱源的遠離而不斷減小，所以其所消耗的金屬量少，且投資成本少，運行也十分可靠[4]。不過該布置方式還存在很多弊端，即供熱后備能力不足，如果管網(wǎng)發(fā)生故障問題，在此故障位置后的用戶供熱便會中斷。為了將此問題解決，如今市政單位從熱源到用戶處敷設了很多供熱主干線，而這些干線間也敷設了很多連通管，在供熱管網(wǎng)正常工作時這些連通管處于關閉狀態(tài)，且不會發(fā)揮作用。如若管網(wǎng)出現(xiàn)故障問題，連通管便會開啟，這樣故障發(fā)生位置后的用戶也能正常供熱。

圖2 枝狀管網(wǎng)布置

4.3 管網(wǎng)平衡方式的設計

市政供熱管網(wǎng)系統(tǒng)在運行期間是借助閉式管路系統(tǒng)將熱媒介傳遞給用戶的，為了提高設計的科學性與可行性，市政單位需按照計工況運行的供熱管網(wǎng)使各用戶能獲得均衡的設計流量，這樣便能將負荷要求全面滿足。為了確保供熱管網(wǎng)的平衡，市政單位要依據(jù)規(guī)定科學計算水力平衡，這樣便能保證不同環(huán)路的水量能符合設計要求。此外，市政單位還要將平衡閥或水力平衡元件安置在室外環(huán)路或建筑物的采暖供水管道上。

4.4 管道熱補償方式

由于供熱管網(wǎng)的主要供暖管線敷設在主干道低下，加上住宅區(qū)的馬路兩邊都是建筑物，并且主要供暖管線的口徑較大，這些原因都會導致循環(huán)水出現(xiàn)熱量損失。為了確保日常維護與管理工作能順利開展，單位還可使用TB型波紋管熱能補償器，將其置于供熱井內便能降低循環(huán)水的熱損失[5]。

4.5 對管道保溫層厚度的設計

在開展市政供熱管道保溫層設計工作中，針對一次回水管與二次回水管均采用了聚氨酯硬質泡沫作為保溫材料，在管道的外壁也設置了玻璃鋼。結合供熱工程施工標準，在管道口徑超過DN300時，玻璃鋼的厚度要保持在3.5mm，若口徑小于DN300，玻璃鋼厚度要控制在2.5mm。在市政供熱管網(wǎng)方案中，一次供熱水管使用的是改性聚異氰脲酸酯泡沫保溫材料，在管道的外壁也設置了玻璃鋼。依據(jù)工程施工標準，若管道口徑大于DN300，玻璃鋼厚度要控制在3.5mm，若管道口徑小于DN300，玻璃鋼厚度要設計為2.5mm。

對于蒸汽管線保溫層設計工作，由于蒸汽管線的蒸汽層壓強約1MPa，工作溫度在180℃左右，所以僅是借助泡沫材料是無法達到耐高溫這一條件的，在此背景下，市政單位要合理利用復合直埋技術進行敷設工作。期間工作人員需將硅酸鹽漿料涂刷在管道表面并形成良好的隔熱層，這樣便能確保保溫層溫度在140℃以內，之后便可在管道外壁設置3.5mm的玻璃鋼。

4.6 管道固定支座的設計

在供熱管道敷設作業(yè)中，單位可使用直埋式方法，但由于該敷設方法沒有明確的固定管推力計算公式，所以在開展設計工作的過程中單位可借助空敷設管道的計算公式來計算固定支座推力，不過在這一過程中單位要合理調整相關參數(shù)。除此之外，因固定支座的固定支架安裝簡便，且保溫處理較為便利，所以單位結合固定支座推力以及管道直徑便能明確支座的尺寸[6]。最后單位還要做好供熱管線水壓圖的設計工作，水壓圖中不僅詳細記錄了管網(wǎng)壓力的分布與變化情況，還能精準反映供熱系統(tǒng)的運行狀態(tài)，所以針對管線水壓圖設計工作，市政單位必須高度重視。

5 結語

總之，在開展市政供熱管網(wǎng)設計工作的過程中，為了提高供熱管網(wǎng)系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性，市政單位要使用先進、有效的設計理念，還要借助新材料與技術開展工作。同時為了增強供熱管網(wǎng)的設計施工效果，單位還要制定健全、系統(tǒng)的設計方案，這不僅能提高供熱的質量與效果，還能將城市的發(fā)展需求全面滿足。