热力管网深度分析.docx

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1、热力管网深度分析在集中供热管网中，工作管一般使用钢管。近年来，在二次管网中，用塑料管替代钢管作工作管正在逐步兴起。在供热行业，塑料管还是一种新型管材，作为工作管材料，塑料管与钢管的特性不同，管道设计方法有很大差别。供热管道概念：凡是输送蒸汽或热水的管道均称为供热管道。供热管道的任务：将锅炉生产的热能，通过蒸汽、热水等热媒输送到室内用热设备，以满足生产、生活的需要。一、供热管道的分类。按其管内流动的介质不同可分为蒸汽和热水管道两种。按其工作压力不同可分为低压、中压和高压管道三种。0按其敷设位置不同可分为室内和室外供热管道两种。二、供热管道的特点热水和蒸汽管道最突出的特点就是由于温度变化所引起的管

2、道热涨和冷缩。安装时管道的温度为常温，初次运行（输送热媒）时，由于温度陡然升高，管道将急剧地伸长，停止运行时，随着温度的下降管道也渐渐向回收缩。管道热胀冷缩时，将对其两端固定点产生很大的推（拉）应力，使管道产生变形甚至支架破坏，因此，安装供热管道时应采取措施（设置补偿器），消除由于温度变化而产生的推拉应力。对于蒸汽管道而言，除热胀冷缩之外，还有另一特点：蒸汽在输送途中，由于散热等原因将产生凝结水。蒸汽管道内的凝结水，对于系统的正常运行极为不利，它不仅使蒸汽的品质变坏，而且会阻碍蒸汽的正常流通，产生水击和噪声等。因此，安装蒸汽管道时应采取措施（设置疏水和排除凝结水的装置），及时将产生的凝结水排出

3、。材料特性对于同时承受介质温度和压力作用的供热管道，必须从耐热性能和机械性能两个方面满足工作条件的要求。钢材的机械性能与温度有关，但与时间无关。在一定工作温度下，其屈服强度、拉伸强度及许用应力在使用寿命内可以认为是恒定值。塑料材料的机械性能与温度和时间均有关。在高温作用下，其机械强度逐步下降，产生蠕变（在不变应力作用下，材料不断产生塑性变形）、松弛（压紧力自行减少）和高温氧化（在高温下产生氧化破坏）等现象。因此塑料管道设计时，必须考虑设计使用寿命末期的机械性能。使用条件的确定使用条件即管道工作的时间一一温度分布。塑料材料的机械性能与温度和时间有关，使用条件决定设计应力的数值。因此在确定管道壁厚

4、之前要先确定使用条件。根据供热系统调节曲线，将全年时间划分为若干阶段，列出每个时间段的最高介质温度，可得到管道工作的时间一温度分布。有的标准根据应用领域设定了几种典型系统给出时间一温度分布，称为使用条件级别。如果设计的管道运行规律与某一使用条件级别接近，可以直接选用对应的S值。常见的使用条件级别表中有关术语解释如下：a.设计温度。在使用条件级别表中，设计温度定义为水输送系统的设计值。按供热行业的习惯，该温度为运行调节曲线上的运行温度，其最大值为供热行业常用的设计供水温度。b.最高设计温度。在使用条件级别表中，最高设计温度定义为仅在短时间内出现的设计温度的最高值。在供暖系统中，供热行业常用的设计

5、供水温度即是最高工作温度，不存在最高设计温度；在生活热水系统中，最高设计温度可以理解为使用流量变化时供水温度高于系统设计温度的数值。c.故障温度。在使用条件级别表中，故障温度定义为当控制系统出现异常时，可能出现的超过控制极限的最高温度。d.XX温度的使用时间。时间单位为年或者小时，在管道50年设计使用寿命内各种温度对应的总的使用时间。这个时间包括供热时间和非供热时间，在使用条件级别表中，设计温度、最高设计温度和故障温度的使用时间相加为50年。管壁厚度的表示方法钢管的规格一般用”管径X壁厚的方法表示。塑料管的壁厚用管系列S或标准尺寸比SDR表示，按下式计算并圆整：(1)(2)Cd-eS=12en

6、SDR=2S+1n式中dn为公称外径；en为公称壁厚。常用塑料管的规格为S4(SDR9)、S5(SDR11)xS6.3(SDR13.6)、S8(SDR17)管道壁厚的计算国家标准冷热水系统用热塑性塑料管材和管件GB/T18991-2003中按下式计算最小设计壁厚e:(3)_dnp2e式中。为设计应力；P为设计压力。由此可知，管系列S与设计应力和设计压力的比值相近。以上公式变换一下形式即可得到下式：这就是我们常见的钢管壁厚计算公式，其中设计应力在钢管计算时称为许用应力。设计应力的确定塑料管的设计应力，是指在规定的使用条件下材料的允许应力，即设计使用寿命（50年）末期的材料强度。国家标准冷热水系统

7、用热塑性塑料管材和管件GB/T18991-2003推荐使用Miner,S规则推算,管道材料的破坏时间tx可按下式计算：式中ai分别为设计温度、最高设计温度、故障温度的使用时间占总时间的分数（总和为1）；ti为材料在各种温度连续作用下的破坏时间。材料在某一温度连续作用下的破坏时间ti与材料的静液压应力（环应力）有关，各种材料均有相应的预测强度曲线，可以查到不同温度和静液压应力（环应力）下的破坏时间。通过上式计算时需要进行试算，步骤如下：a.先假设一个设计应力。；b.计算各种温度对应的静液压应力（环应力）i:(6)1=C1X式中Ci为各种温度对应的使用系数，即安全系数，考虑使用条件和材料性能，数值

8、不小于1；c.根据温度和。i查相应材料的预测强度曲线，得到对应温度的破坏时间ti;d.带入式（5）计算材料的破坏时间tx;e.重复步骤ad,经过多次试算，直到tx=50年为止，此时的。即为设计应力。工程设计应用设计应力在工程设计中可用于两种计算，已知设计压力计算最小壁厚，或已知S值计算最大允许工作压力。a.已知设计压力计算最小壁厚。将设计压力和设计应力代入式（3）或式（4）可算出最小壁厚，圆整后选取管系列S值。b.已知S值计算最大允许工作压力。根据式（1）和式（3）得到下式：(7)P=S将管系列S值和设计应力代入式（7）,可算出管道的最大允许工作压力。室外供热管道的布置及敷设形式一、室外供热管

9、道的布置室外供热管道的平面布置，应在保证供热管道安全可靠的运行前提下，尽量节约投资。其布置形式分为树植状和环状两种。环状避免了树枝状的缺点，但是投资大，一般较少采用。树枝状的优点：造价低、运行管理方便。树枝状的缺点：当局部出现故障时，其后的用户供热被停止。适用：对供热供应要求不严的场合。二、室外供热管道的敷设形式分为地上(架空)和地下两种敷设形式。(-)地上架空敷设地上架空敷设是将管道安装在地上的独立支架或墙、柱的托架上。优点：不受地下水位的影响，施工时土方最小，便于维修。缺点：占地面积大，热损耗大，保温层易损坏，影响美观。按支架的高度不同可分为低、中、高支架三种敷设形式。(1)低支架敷设这种

10、敷设形式是管底(保温层底皮)与地面保持051m的净距。如下图所示。(2)中支架敷设这种敷设形式适用于有行人和大车通过处，其管底与地面的净距为2.54m0(3)高支架敷设这种敷设形式适用于交通要道或跨越公路、铁路，其净高跨越公路时为4m,跨越铁路时为6mo如上图所示。(二)地下敷设在城市由于规划和美观的要求，不允许地上架空敷设时可采取地下敷设。地下敷设分为有地沟和无地沟两种，通常采用有地沟敷设。有地沟敷设又分为通行、半通行和不通行地沟三种。(1)通行地沟敷设适用于厂区主要干线，管道根数多(一般超过6根)及城市主要街道下。为了检修人员能在沟内自由行走，地沟的人行道宽0.7m,高1.8mo(2)半通

11、行地沟敷设适用于23根管道且不经常维修的干线。高度能使维修人员在沟内弯腰行走，一般净高为14m,通道净宽为0.60.7m0(3)不通行地沟敷设适用于经常不需要维修，且管线根数在两条之内的支线。两管保温层外皮间距IOOmm,保温层外皮距沟底12Omm,距沟壁和沟盖下缘IOOmmo(4)无地沟敷设无地沟敷设是将普通管道直接埋在地下土层中。其热损耗大，防水也难处理。过去，除了原油输送管道的蒸汽伴热管采用此种敷设形式外，均不采用无地沟敷设。随着室外直埋保温技术的发展，无地沟敷设应用越来越广泛。判断下面几种情况属于哪种敷设形式。第三节室外供热管道的放水和徘气装置一、蒸汽供热管道的放水和排气装置(-)蒸汽

12、管道的疏水和排水装置为了保证管道的正常运行，及时地排除管道内的凝结水，蒸汽管道应设置疏水和启动排水装置。1、蒸汽管道的疏水装置蒸汽管道正常运行时，由于在输送过程中沿途不断散热(热损耗)，蒸汽将产生凝结水。蒸汽干管内的凝结水通过疏水器引至凝结水干管；然后沿其干管送回到锅炉房的凝结水箱。蒸汽管道的疏水装置应设在下列各处：(1)蒸汽管道的各低点；(2)垂直升高的管段之前；(3)水平管道每隔50m设一个；(4)可能凝集凝结水的管道闭塞处。蒸汽管道的疏水装置如下图所示：2、蒸汽管道的启动排水装置蒸汽管道系统在初次输送蒸汽(启动)时，由于蒸汽的温度高，管道的温度低，将产生大量(且脏)的凝结水。光靠疏水器排

13、出是不够的，必须设置单独的启动排水装置，将启动时排出的水引至集水坑，然后自流或泵送至下水道。蒸汽管道的启动排水装置应设在下列各处：(1)启动时有可能积水的最低点；(2)管道拐弯或垂直升高的管段之前；(3)水平管道上,每隔100150m设一个；（4）水平管道上，流量测量装置的前面。（二）蒸汽和凝结水管道的排空气装置蒸汽管道安装完毕，管道内充满着空气，在管道进行水压试验和启动运行时，需将空气全部排尽；凝结水管道内也存在着空气（空气属于不凝性气体），它在管道内容易形成气塞而阻碍凝结水的流通，因此必须及时地将空气排除。1、蒸汽管道的排空气装置在蒸汽管道的高点设手动放空气阀（平时不用），当管道系统进行水

14、压试验（向管道内充水）或初次通过蒸汽运行时，利用此阀排出管道系统内的空气。2、凝结水管道的排空气装置通常在凝结水干管的始端（高点）设自动放空气阀。若采用不带排气阀的疏水器时，在疏水器的前方也应装设放空气阀，以便在系统运行过程中能及时地排除凝结水管道内的空气。二、热水供热管道的排气和放水装置热水供热管道包括供水和回水两种管道。在供水和回水管道上均应设置放水和排气装置。（一）供、回水管道的排空气装置在供、回水管道上设置排空气装置的目的有二：一是防止系统在运行过程中由于空气的聚集而形成气塞，阻碍热水的流通并产生噪声；二是管道水压试验前在向管道内充水时，需用此装置排出管道内的空气。如下图所示。排气装置

15、包括排气阀（一般为DN15DN25）及其前后的短管，其位置通常设在供、回水干管的高点和分段阀之间管段的高点。（二）供、回水管道的放水装置在供、回水管道上设置放水阀的目的一是管道水压试验后，为防止冬季冻坏管道，利用此装置将试压用水全部排；二是系统停运检修时，需用此装置将检修段内的水排放净。放水装置包括放水阀及其前后的短管，放水阀及其短管的直径为供、回水管径的1/10并不小于DN20。其位置通常设置在供、回水干管的低点和分段阀之间管段的低点。第四节室外地沟内供热管道安装一、安装范围室外地沟内供热管道的安装范围，工程上一般是指锅炉房外墙至用户外墙或热力入口处。工程造价上是以建筑外第一个阀门井或建筑物外墙皮15m处为分界点。二、安装时管材及阀门的选用通常室外蒸汽管道应采用普通无缝钢管，凝结水和供、回热水管道一般采用螺纹钢管（螺旋缝电焊钢管、螺旋钢管）。管道拐弯采用煨制或冲压弯头，变径采用冲压大小头。阀门通常采用法兰式截止阀、单向阀。管道采用焊接及法兰连接。与疏水器、排气阀、放水阀相连接的小直径管子，一般可采用黑铁管，成品管件、丝扣或焊接连接。排气