市政熱力管網(wǎng)設(shè)計關(guān)鍵要素研究

郭彬

［太原熱力設(shè)計院（有限公司），山西 太原 030000］

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)集中供暖建設(shè)的迅速發(fā)展，城市供熱管網(wǎng)的建設(shè)與設(shè)計問題日益引起人們的重視[1]。隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，人民的生活水平得到了改善，同時也導致城市熱能的消耗量增大[2]。山西省太原市市政熱網(wǎng)工程造價高、規(guī)模大、涉及面廣，與城市總體規(guī)劃與發(fā)展息息相關(guān)，因此，提高供熱管網(wǎng)的設(shè)計水平和合理的施工方案，既能保證項目的順利進行，又能保證工程進度和成本的最大化。隨著供熱管網(wǎng)的不斷增大，供熱系統(tǒng)的設(shè)計與建設(shè)也越來越嚴格，因此，如何有效地調(diào)整供熱管網(wǎng)的運行成為一個新的課題。本文概述熱力管網(wǎng)設(shè)計，分析市政熱力管網(wǎng)設(shè)計中存在的問題，根據(jù)問題提出相應的對策，建立管網(wǎng)的劃定及布置情況，設(shè)計市政熱力管網(wǎng)固定支架和旋轉(zhuǎn)補償器，控制熱力管網(wǎng)施工的質(zhì)量管理。在城市供熱管網(wǎng)的設(shè)計與施工中，必須要有一套完整的規(guī)劃，建立健全的責任制度，明確各工種的職責，并對其進行全方位的質(zhì)量控制，以保證供熱管網(wǎng)的設(shè)計與質(zhì)量，減少施工中存在的各種問題。

1 熱力管網(wǎng)設(shè)計概述

城市熱網(wǎng)的建成和運營可以更好地滿足用戶對供暖的需要，同時也可以有效改善采暖系統(tǒng)的能量分布，減少供暖時的熱量損耗[3]。同時，供熱管網(wǎng)在供熱系統(tǒng)中應用可有效節(jié)能，能為環(huán)境保護貢獻力量，利用管網(wǎng)余熱可有效避免熱量的大量流失。在市政供熱管網(wǎng)中，一般使用大尺寸的鍋爐，通過廢物的循環(huán)再利用進行燒火加熱，從而達到更好的節(jié)能效果。熱網(wǎng)設(shè)計對后期的工程建設(shè)過程和建設(shè)效益有很大的影響。在進行科學的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃之前，必須根據(jù)建設(shè)區(qū)域的具體情況和規(guī)劃方案，進行科學、合理的研究和分析。在進行設(shè)計時，必須充分考慮建筑區(qū)域的建筑特性和各類特殊狀況，保證供熱管網(wǎng)系統(tǒng)被充分利用，為人民群眾的生活提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)[4]。同時，由于城市熱網(wǎng)技術(shù)和智能化技術(shù)的迅速發(fā)展，相關(guān)的智能設(shè)備也在逐步更新。采用智能化市政管網(wǎng)，可以有效降低管網(wǎng)運行時的能耗，進而提高管網(wǎng)運行效率。

2 市政熱力管網(wǎng)設(shè)計中存在的問題

在市政熱力管網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計中，不合理的設(shè)計思想將會對工程建設(shè)造成較大的不利影響[5]。我國對城市熱力管網(wǎng)建設(shè)的開展越來越廣泛，各地區(qū)也紛紛進行了相應的規(guī)劃和建設(shè)。但在一些經(jīng)濟落后的地區(qū)，設(shè)計者沒有建立正確的規(guī)劃，忽視了城市的發(fā)展方向，僅僅停留在短期的利益上，造成當?shù)氐墓┡到y(tǒng)不能滿足城市的長期發(fā)展，浪費大量的人力、財力和物力。所以，必須選擇一支絕對專業(yè)、可靠的規(guī)劃隊伍來進行城市熱網(wǎng)的設(shè)計，以促進城市的發(fā)展。當前，一些城市供熱管網(wǎng)在施工中沒有遵循全局原則，其總體布局存在著明顯的不合理現(xiàn)象，這不僅會影響到管網(wǎng)的長期發(fā)展，而且會嚴重制約城市進步。從熱電廠引出的管線通常直徑和長度較大，這樣的布置會消耗大量的電力熱量。同時，管網(wǎng)布置不當也會對遠、近端的居民生活產(chǎn)生影響，如供熱不正常、噪聲大等問題。異步式的熱網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計如圖1 所示。

圖1 熱力管網(wǎng)異程系統(tǒng)

在管網(wǎng)系統(tǒng)中循環(huán)水泵通過不同的回路會產(chǎn)生不同的管路阻力，從而產(chǎn)生不同的壓力損失，造成管網(wǎng)內(nèi)部的壓力分布不均勻。在實際熱力管網(wǎng)布局規(guī)劃時，需要對所規(guī)劃區(qū)域的建設(shè)狀況進行細致的調(diào)查，以免造成設(shè)計方案不符合當?shù)貙嶋H情況。

供熱管網(wǎng)的優(yōu)化與使用，將直接關(guān)系到整個城市的發(fā)展。通常來說，城市供熱管網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模都很大，但由于各部門對供水系統(tǒng)沒有足夠的重視，造成了供水系統(tǒng)的水力和熱力不能保證，從而造成了供水不暢。熱水采暖中存在的阻力不均勻是導致水力失衡的主要因素。有些城市為了抑制水力失衡，采取增大管道直徑的措施，并對閥門和流量進行調(diào)整。這些措施雖能暫時解決水利系統(tǒng)的失衡問題，但在技術(shù)上存在諸多困難和缺陷，因此難以實現(xiàn)。

從我國目前的實際狀況來看，我國一些城市的供熱系統(tǒng)還存在著許多問題。首先，太原市仍然以燃煤為主，這種供暖方式不但污染環(huán)境，而且要進行大量的投資。由于小型鍋爐的分布廣、數(shù)量多，很容易導致能源的大量浪費。其次，鍋爐和熱電廠容量較小，這將極大地影響到能源利用率，造成了巨大的成本和資源浪費。最后，由于地方和有關(guān)部門存在著強烈的保護主義，使得與之對應的集中供暖行業(yè)難以協(xié)調(diào)發(fā)展，造成集中供暖網(wǎng)絡(luò)的比重不斷下降。

3 市政熱力管網(wǎng)設(shè)計的具體措施

3.1 熱力管網(wǎng)的劃定及布置情況

在市政熱力管網(wǎng)布局設(shè)計方面存在一些規(guī)范與準則，在規(guī)劃和設(shè)計太原市供熱系統(tǒng)之前，一定要結(jié)合整個城市的整體規(guī)劃來考慮。先確定整個城市的地理位置，然后收集城市的道路信息，了解居民和工業(yè)供熱需求，再根據(jù)這些數(shù)據(jù)選擇合適的供熱網(wǎng)絡(luò)，既能保證供熱又能節(jié)省投資。在熱水網(wǎng)絡(luò)中，管道的速度不能超出規(guī)定的速度，表1 為限定流速。

表1 限定流速

設(shè)計參數(shù)采集過程涉及的數(shù)據(jù)比較復雜，精度要求較高，主要包括管線高差、管道壓力、管道直徑、管道損耗等，從而達到可持續(xù)發(fā)展的目的。供熱管網(wǎng)的布局，需要有關(guān)的設(shè)計者制定出一套完整的熱網(wǎng)規(guī)劃。管網(wǎng)設(shè)計中包含了給排水的設(shè)計、暖通空調(diào)的設(shè)計、動力設(shè)計、電氣設(shè)計以及弱電設(shè)計，需要兼顧各個方面，處理好污水、雨水及工藝循環(huán)水，對于輸送氣體及通風制冷做好安排，建立消火栓及安全報警系統(tǒng)，完善市政熱力管網(wǎng)的構(gòu)造。通過對各個系統(tǒng)可操作性的分析，將各個專業(yè)系統(tǒng)進行集成，得出山西省太原市城市熱力建設(shè)管網(wǎng)的設(shè)計內(nèi)容，如圖2 所示。

圖2 市政熱力管網(wǎng)設(shè)計總體內(nèi)容

（1）設(shè)計人員要對供熱管網(wǎng)的原材料進行科學的選擇，嚴格按照技術(shù)規(guī)程進行選址，盡可能的在地勢平坦、水位較低的地區(qū)進行施工，以提高設(shè)計的質(zhì)量，降低各種設(shè)計問題。同時，設(shè)計人員應對供熱管網(wǎng)工程的經(jīng)濟性進行科學的分析，并對其周邊環(huán)境進行綜合調(diào)查，使其不能破壞各種機械設(shè)備。

（2）在進行熱網(wǎng)鋪設(shè)設(shè)計時，有關(guān)設(shè)計人員應對熱網(wǎng)布設(shè)進行科學的選擇，以便減少施工難度，提高造價控制工作效率。而熱網(wǎng)鋪設(shè)方式的選取也關(guān)系到工程的安全和便捷。目前隨著工程技術(shù)的不斷發(fā)展，為提高供熱管道鋪設(shè)的質(zhì)量，有關(guān)部門可以采取直接埋設(shè)等技術(shù)手段，使熱力被充分利用。

（3）制定供熱網(wǎng)絡(luò)干線的規(guī)劃。在熱網(wǎng)干線的設(shè)計中，有關(guān)設(shè)計人員應對熱網(wǎng)干線的設(shè)計需求進行科學的分析，并對其設(shè)計原理進行全面優(yōu)化，使之充分發(fā)揮設(shè)計功能。同時，為提高供熱管網(wǎng)設(shè)計的可靠性，也要對有關(guān)設(shè)計人員進行科學的規(guī)劃。

（4）科學設(shè)計供熱管網(wǎng)的管徑。設(shè)計人員在設(shè)計供熱管網(wǎng)管徑時，應制定合理的設(shè)計方案，按有關(guān)規(guī)范進行管徑設(shè)計，以確保管道內(nèi)的流量滿足有關(guān)要求。并根據(jù)有關(guān)資料，對供熱管網(wǎng)的管徑進行合理設(shè)計，提高其設(shè)計質(zhì)量。

3.2 熱力管網(wǎng)固定支架的設(shè)計

在保證熱網(wǎng)穩(wěn)定可靠的前提下，安裝支架是一項非常重要的工作。在進行熱網(wǎng)管道設(shè)計時，一定要注意對熱力管網(wǎng)固定支架進行計算，以保證整個工程的質(zhì)量。首先，要確保固定支架的實用功能，設(shè)計者要精確地測量和計算支架與管線的安裝誤差。其次，支撐件的承載力也是設(shè)計者必須考慮的問題，它主要由補償器所產(chǎn)生的負荷和管路、流體的重量組成；只有在設(shè)計的時候充分考慮到有關(guān)因素，進行針對性設(shè)計，才能確保工程質(zhì)量，防止出現(xiàn)安全隱患。

3.3 熱力管網(wǎng)中旋轉(zhuǎn)補償器的設(shè)計

在熱管設(shè)計中，補償器設(shè)計尤為重要。旋轉(zhuǎn)補償裝置由整體密封座、密封壓蓋、減摩定心軸承、密封材料、旋轉(zhuǎn)筒體等部件構(gòu)成，在熱管上需要兩組或多組成組，通過轉(zhuǎn)動來吸收熱量，降低管道的應力。其工作原理如下：利用兩個轉(zhuǎn)鼓和一個力臂形成一對力偶，使力臂繞著軸心轉(zhuǎn)動，吸收力偶兩側(cè)的熱脹率。補償器可按自然地形和管線強度配置一套補償裝置，由于不會因介質(zhì)的壓力而造成盲板的作用力，所以可做成非常小的固定托架，尤其適合于大直徑的管材；具有良好的密封性，長時間使用不需要維修，節(jié)省了大量資金；采用旋轉(zhuǎn)式補償裝置，可直接用于蒸汽直埋、熱水直埋管道，節(jié)省投資，改善操作性能。因此，有關(guān)設(shè)計者應合理選擇合適的補償方式，以保證其合理性和柔性，從而提高其補償效果。

同時，設(shè)計者必須對直管段的位置進行科學選擇，做出合理改進，旋轉(zhuǎn)合適的角度，進行合理加工，使其達到現(xiàn)代設(shè)計質(zhì)量。在安裝補償裝置時，應對導軌支架進行合理設(shè)計，并確定支架定位，以防止由于設(shè)計間距的偏差而引起失穩(wěn)現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的工作效率。

3.4 控制熱力管網(wǎng)施工的質(zhì)量管理

熱網(wǎng)工程施工中，由于工程內(nèi)容多、危險作業(yè)多，所以在工程建設(shè)中要嚴格規(guī)范施工工藝，使工程建設(shè)過程中每一個環(huán)節(jié)都要有相應的制度。通過對施工人員的行為進行規(guī)范，保證工程安全與質(zhì)量；在進場之前，必須對其技術(shù)能力有全面的認識，施工人員要持有相應證書。在施工過程中，應加強對施工質(zhì)量的監(jiān)管，監(jiān)理人應制定一套完整、合理的監(jiān)理方案，以保證施工人員的生命和整個項目的安全。

選用高品質(zhì)的材料是保證熱網(wǎng)工程質(zhì)量的重要保證。加強對物料的檢測和控制，以保證物料品質(zhì)。首先要建立嚴格的物料檢查標準，選用符合要求的物料；選用的原料要綠色、衛(wèi)生，注意節(jié)約能源，盡量不要用不合格的低檔產(chǎn)品。其次，要強化監(jiān)管和控制，指定專人負責物料的歸檔和歸檔。最后，物資管理人員也要將各種物資的進貨和消耗量都記錄在案，避免出現(xiàn)任何不知情的情況。在工程建設(shè)中，由于供熱管網(wǎng)施工的特殊性，造成管線腐蝕、生銹的問題。由于其施工工序比較繁雜，所以在進行工種交接時，必須對管線進行除銹、防腐、刷油。在完成工程后，應及時將管線的出口封閉，從而保證管線安全，保證管網(wǎng)的正常運行。

4 結(jié)語

通過建立城市供熱網(wǎng)絡(luò)，可以充分滿足居民對供暖的需要，使資源得到更好地利用，從根本上提高相關(guān)資源的利用率。因此，本文概述熱力管網(wǎng)設(shè)計，分析市政熱力管網(wǎng)設(shè)計中存在的問題，根據(jù)問題提出相應的對策，建立管網(wǎng)的劃定及布置情況，設(shè)計市政熱力管網(wǎng)固定支架和旋轉(zhuǎn)補償器，控制熱力管網(wǎng)施工的質(zhì)量管理。同時，設(shè)計者要不斷提高自己的技術(shù)和實際操作能力，以全面滿足城市的供暖需要，從而加速城市的現(xiàn)代化建設(shè)。