室外供热管网供热方案确定设计计算书.docx

室外供热管网供热方案确定设计计算书第一节热媒的选择第二节热媒参数的确定第三节供热管网的平面布置第四节管网附件设计原则第一节热媒的选择一.热媒分类供暖系统的常用热媒是水、蒸汽、空气。供暖系统的热媒，应根据安全、卫生、经济、建筑性质和地区供热条件等因素考虑决定。查供暖通风设计手册，列表如下：表4民用及公共建筑建筑种类适宜采用允许采用居民建筑、医院、幼儿园托儿所等不超过95的热水1低压蒸汽2不超过IlOC的热水办公楼、学校、展览馆等1不超过Il(TC的热水2低压蒸汽高压蒸汽一般俱乐部影剧院1不超过Il(Te的热水2低压蒸汽不超过130的热水注:1低压蒸汽系压力为W70Kpa的蒸汽。2采用蒸汽为热媒时，必须技术论证为管理，并在经济上经分析为合理时才允许。查供热工程：在集中供热系统中，以水作为热媒和蒸汽相比，有下述优点:a热水供热系统的利用率高。由于在热水供热系统中，没有凝结水和蒸汽泄漏，以及二次蒸汽的热损失，因而热能利用率比蒸汽供热系统高，实践证明，一般可节约燃料20%40机b以水作为热媒用于供暖系统时，可以改变供水温度来进行供热调节（质调节），既能减少热网损失，又能较好的满足卫生要求。C由于水的热容量大，在短时间水力工况失调时，不会引起显著的供热状况的改变。d在热电厂供热的情况下，可以充分利用汽轮机的低压抽汽，得到较高经济效益水介质的缺点是输送耗电量大。以蒸汽作为热媒，与热水相比有如下优点：1）以蒸汽作为热媒的使用面广，能满足多种热用户的要求。尤其在生产工艺用热都要求采用蒸汽来供给热量。2）汽网中输送蒸汽凝结水所耗的电能少，输送靠自身压力，不用循环系统,不用耗电。3）因温度和传热系数都比水高，可以减少散热设备面积，降低了设备的费用。4）由于蒸汽的密度很小，可以适用于地形起伏很大的地区和高层的建筑中，输送和使用过程中不用考虑静压，连接方式简便，运行也很方便。但是蒸汽介质有如下缺点：能源效率低蒸汽使用后凝结水回收困难，仅除盐水（或软化水）损失大，而且热损失也大。蒸汽在使用和输送过程中损失大。以蒸汽输送距离短。以热水作为热媒时一般有如下的优点：D热水供热系统的热能利用的效率高。2）用热水可以改变热水温度来进行供热调节，既可以减少热网的热损失又可以很好的满足卫生要求。3）热水供热系统的蓄热能力强，系统中的水量大，水的比热很大。因此，水力工况和热力工况短时间的失调时也不会引起供暖状况的很大波动。4）热水供热系统可以实现远距离输送，其供热半径大。对于一个系统的热媒选择蒸汽的时候应该遵循下面的原则：（1）凡是用户用汽参数相同的中小型工厂，均可采用单管蒸汽系统。（2）凡是用户用汽参数较大，可采用双管蒸汽系统。（3）采暖期短、采暖通风用汽量占全厂用汽量50%以下时，为节约初投资费用可采用单管蒸汽系统。采暖期长、采暖通风用汽量超过全厂用汽量的50%时,则可选用双管蒸汽系统，其中一根蒸汽管供采暖通风用汽，另一根蒸汽管专供生产用汽，全年运行。（4）凡全厂绝大多数用户以蒸汽为热介质，只有个别用户采暖通风以热水为热介质，则全厂统一采用单管蒸汽系统，而在某一用户建一换热站利用蒸汽加热低温水（95°C以下）供个别一个或几个用户热水作为采暖用。根据上述以水或蒸汽作为热媒的特点，对热电厂供热系统来说，可以利用低位热能的热用户（如供暖、通风、热水供应等），应首先考虑以热水作为热媒。因为以水作为热媒，可按质调节方式进行供热调节，并能利用供热汽轮机的低压抽气来加热网路循环水，对热电联产的经济效益更为有利；对于生产工艺的热用户，通常以蒸汽作为热媒。对于工业区的集中供热系统，通常既有生产工艺热负荷，也有供暖、通风等热负荷，此时多以蒸汽作为热媒来满足生产工艺用热要求。但对于供暖系统的形式，热媒的选择，则应根据具体情况，通过全面技术经济比较来确定。一般来说，对于以生产用热量为主，供热量不大，而且供暖时间又不长的工厂区，宜采用蒸汽供热系统向全厂供热；对其室内供暖系统，可考虑采用蒸汽加热的热水供暖系统或直接利用蒸汽供暖；对于厂区供暖用热量较大，而且供暖时间又较长的情况，宜采用单独的热水供暖系统，向各建筑物供暖。总之，根据用户性质、介质的种类、热负荷的大小、用户分散程度等综合因素考虑。蒸汽和凝结水状态参数变化较大的特点是蒸汽供暖系统比热水系统在设计和运行管理上较为复杂的原因之一。由这一特点引起系统中出现“跑”、“冒”、“滴”、“漏”问题解决不当时，会降低蒸汽供热系统的经济性和适用性。蒸汽供暖系统散热器表面温度高，易烤炙积在散热器上的灰尘，产生异味，卫生条件较差。由于上述“跑”、“冒”、“滴”、“漏”影响能耗以及卫生条件等两个原因，在民用建筑中，不适宜采用蒸汽供暖系统。在工厂中，蒸汽作为供热系统的热媒得到极广泛的应用，生产工艺热负荷与其他热负荷共存时，传热介质的选择尽量只利用一种供热介质，根据个体情况，通过全面的技术经济比较确定热媒。2、热媒的选择张家口容辰小区室外供热管网的设计属于民用建筑供暖的设计，总的供热面积为23.79万平方米，通过比较热水、蒸汽供热的各自的优缺点，采用热水作为供热热媒比较合适。二.热媒参数的确定1.热媒参数的分类热水供暖系统按照水的参数的不同，可以分为低温热水供暖系统（水温低于100。C）和高温热水供暖系统（水温高于100C）,热水参数越高，输送能力越大，越能节省输送电量。但温度过高反而不经济。要提高热水参数则能耗大，设备投资大，所以确定热水温度时，要经过技术经济比较。查城市热力网设计规范：对于以区域锅炉房为热源的热力网，提高供水温度、加大供回水温差，可以减少热力网的流量，降低管网投资和运行费用，而对锅炉运行的煤耗影响不大,从这方面看，应提高区域锅炉房供热介质温度。但当介质温度高于热用户系统的设计温度时，用户入口要增加换热或降温装置，故提高供热介质温度也存在技术经济合理化的问题。当不具备确定最佳供回水温度的技术经济比较条件时，推荐的热水热力网供回水温度的依据是：以区域锅炉房为热源时，供回水温度的高低对锅炉房运行的经济性能影响不大。当供热规模较小时，与户内采暖设计参数一致，可减少用户入口设备投资。当供热规模较大时，为降低管网投资，宜扩大供回水温差，采用较高的供水温度。当供水温度确定以后，回水温度应根据室外管网及内部系统散热设备的基建投资（室内管网的基建投资与用水温度的变化有关），系统运行费用及系统折旧、修理和维护费用总和最小的技术经济比较而确定。根据集中供热设计手册，当不具备确定最佳供回水温度的技术经济比较条件时，热水供回水温度按以下原则确定：A区域性锅炉房供回水温度区域性锅炉房为热源，供热规模较小时，供回水温度可采用9570oC,8060oC的水温，而供热规模较大时，经济技术比较可采用11070oC13070oC,15080oC等高温水作为供热介质。B二次网供回水温度可根据一次网供回水温度和卫生要求及供热区内热用户的要求,并经过详细技术经济分析后确定，一般二次网供回水温度有如下几种参数:95/70、8565oC>8060oC>7050°C等。2热媒参数的选择热媒参数，对于生产工艺热负荷，要满足整个用户生产工艺用汽压力、温度、和蒸汽干度的要求；对于供暖负荷，要尽可能提高热媒参数，可以降低热网投资和减少输送电能消耗。在本设计中，只有供暖热负荷，采用95/70°C的低温水作为供热介质。第二节管网的平面布置1 .管网的布置形式供热管网布置形式有枝状管网和环状管网两大类型。枝状管网系统简单，管道的直径沿途随热负荷的减少而减小，管道金属耗量少，管网造价低、运行管理方便。但是供热的后备性差，即当管道某处发生故障，在损坏地点以后的所有用户供热负荷中断，甚至造成整个系统停止供热。考虑到建筑物具有一定的蓄热能力，对于较小的管径，排除热网故障所用的时间短，短时停热建筑物室温不致大幅度降低。因此，枝状管网是中小型供热系统最普遍采用的管网形式。环状管网实际上指输配管网成环状。从热源到输配管网，从输配管网到热用户或二级换热站的管网仍布置成枝状。环状管网的优点是具备很高的供热后备能力。当输配干线某处出现事故时，可以切除故障段后，通过环状管网由另一方向供热。加之多热源及其多条输配干线通向环状管网，因而极大提高了供热的可靠性。在大型集中供热系统中常用环状管网。环状管网和枝状管网相比，热网投资增大，运行管网更为复杂。热网要有较好的自动控制措施，目前国内刚开始使用。本次设计热源为一个区域锅炉房，所设计的小区面积不是太大，考虑到枝状管网应用较成熟,运行调节较简便，故本次设计热网布置宜采用枝状管网。2 .热水系统形式热水热源系统主要采用两种形式：闭式系统和开式系统。在闭式系统中，热网的循环水作为热媒，供给热网用户热量而不从热网中取出支用。在开式系统中，热网的循环水全部或部分的从热网中取出，直接用或热水供应热用户中。采用闭式系统，热网补水量很少，可以减少水处理费用和水处理设备投资：供热系统的严密性也便于检测。考虑到城市水源，水质方面因素等限制，本设计采用闭式管网较宜。3 .平面布置原则1）经济上合理主干线力求短直，主干线尽量走热负荷集中区。要注意管线上的阀门、补偿器和某些管道附件（如放气、放水、疏水等装置）的合理布置,因为这将涉及到检查室（或操作平台）的位置和数量，应尽量使其减少。2）技术上可靠供热管线尽量避开土质松软地区、地震断裂带、滑坡危险地带以及地下水位高等不利地段。3）对周围环境影响少而协调供热管线应少穿主要交通线。一般平行于道路中心线并应尽量敷设在车行道以外的地方。通常情况下管线应只沿街道的一侧敷设。地上敷设的管道，不应影响城市环境美观，不妨碍交通。供热管道与各种管道、构筑物应协调安排，相互之间的距离，应能保证运行安全、施工及检修方便。4 .管网位置布置确定查城市热力网设计规范，城市热力网的布置应在城市规划的指导下，考虑热负荷分布，热源位置，与各种地上、地下管道及构筑物、园林绿地的关系和水文、地质条件等多种因素，经技术经济比较确定。热力网管道的位置应符合下列规定：1）城市道路上的热力网管道应平行与道路中心线，并宜敷设在车行道以外的地方，同一条管道应只沿街道的一侧敷设；2）穿过厂区的城市热力网管道应敷设在易于检修和维护的位置；3）通过非建筑区的热力网管道应沿道路敷设；4）热力网管道选线时宜避开土质松软的地区、地震断裂带、滑坡危险地带以及高地下水位区等不利地段。第三节管网附件设计原则1 .管道系统阀门设定位置查集中供热设计手册，根据不同用途、介质温度及工作压力等因素选择。1）闸阀只用于全开、全闭的供热管道，不允许作调节用。闸阀主要起关断作用，不宜做调节流量用。一般明杆式适用于腐蚀性介质和室内，暗杆式适用于非腐蚀性介质和操作位置受限制处；楔式多为单闸板，平行式多为双闸板。闸阀具有密封性好；全开启时，介质流动阻力小；长度较短，布置紧凑；安装时无方向性等优点。但是，闸阀不宜单侧受力，结构也比较复杂，密封面易磨损，维修较困难,手轮高度较高。它常用在公称通径大于20Omm的管道上。2）蝶阀用于全开全闭的供热管道上，并具有良好的调节性能。蝶阀可作启闭和控制流量时使用。蝶阀的密封性能好，寿命长；开闭时间短，省力；流动阻力小；结构简单，便于操作；外形尺寸小，重量轻，便于运输和安装。但蝶阀的使用温度较低，耐压范围也比较小。近年来，在城市供热的热水管网上和热力站内使用较为普遍，安装时无方向性。3 ）截止阀只用于全开全闭的供热管道，一般不作流量或压力调节用。截止阀主要起关断作用。小直径截止阀一般为暗杆式，大直径一般为明杆式。截止阀有方向性，安装时应注意使介质流动方向与阀体的箭头方向一4致，不能装反。截止阀的结构比较简单，制造、维修都比闸阀方便。但介质流动阻力较大，阀体长度较长。产品公称通径不大于200Himo4 ）调节阀可用于全开全闭的供热管道上，并具有良好的调节性能。在供热系统中，调节阀一般装在干线的分支点、用户的热入口处，以及热源的分、集水器和热力站中，用以解决初调节和运行调节中的流量控制。但价格昂贵，易坏。5）减压阀减压阀的作用是降低管路中介质的压力。选用时，活塞式减压阀减压后的压力不应小于0.IMPa,若需减至0.07MPa以下，应再设波纹管式减压阀或用截止阀进行二次减压。若减压阀前后压力比050.7MPa时，应串联装两个。减压阀安装时有方向性，不能装反，同时使它垂直地安装在水平管道上。6）止回阀止回阀是根据阀瓣前后的压力差不同而自动启闭的，可防止管道中流体倒流，也被称为单流阀或逆止阀。安装时不能装反。在供热系统中，止回阀常安装在泵的出口、疏水器出口管道上，以及其他不允许流体反向流动的地方。综上所述，结合与最不利用户并联用户的调压方式一一孔板调节，该系统选择了在用户入口处安装二个蝶阀，中间安装孔板进行调节，而用户出口处安装一个蝶阀。2 .阀门及管道附件的安装原则：D寒冷地区，露天敷设的热网管道上不得采用灰铸钢的阀门和附件，宜采用钢制阀门和附件。2）热网管网干、支线的起点应安装关断阀门。3）热水供热管网输送干线每隔20003000米，输配干线每隔IoOO1500米，宜装设一个分段阀门。4）DN大于等于600毫米的阀门，宜采用电动驱动装置。5）工作压力PN大于等于L6MPa,且DN大于等于350毫米的管道上的闸阀应安装旁通阀，旁通阀的直径可按闸阀的直径的十分之一选用。3 .补偿器的选择供热管道在设计的过程中，应充分利用管道本身的自然弯曲（柔性）来补偿管道热伸长。当无条件利用管道本身自然弯曲来补偿管道的热伸长时，应采用合适的伸缩补偿器，以降低管道在运行过程中所产生的作用力，保证管道的稳定和安全运行。1）管道自然补偿但弯管转角不能大于150。时，管道臂长不宜超过2025米。考虑管道的热补偿时，应尽量利用其自然弯曲的补偿能力。缺点是管道变形时会产生横向位移，而且补偿的管段不能很长。2）管道补偿器为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力而引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。供热管道上采用补偿器的种类很多，主要有管道的自然补偿、方形补偿器、波纹管补偿器、套筒补偿器和球形补偿器等。前三种是利用补偿器材料的变形来吸收热伸长；后两种是利用管道的位移来吸收热伸长。a自然补偿利用供热管道自身的弯曲管段（如L型或Z型等）来补偿管段的热伸长的补偿方式，称为自然补偿。自然补偿不用特设补偿器，因此考虑管道的热补偿时，应尽量利用其自然弯曲的补偿能力。自然补偿的缺点是管道变形时会产生横向位移，而且补偿的管段不能很长。b方形补偿器它是由四个90°弯头构成“U”形的补偿器，靠其弯管的变形来补偿管段的热伸长。方形补偿器通常用无缝钢管煨弯或机制弯头组合而成。此外，也有将钢管弯曲成“S”形或“n”形的补偿器。这种用于供热直管同径的钢管构成弯曲形状的补偿器,也总称为弯管补偿器。弯管补偿器的优点是制造方便；不用专门维修，因而不需要为其设置检查室;工作可靠；作用在固定支架上的轴向推力相对较小。其缺点是介质流动阻力大，占地多。方形补偿器在供热管道上应用很普遍。安装弯管补偿器时。经常采用冷拉（冷紧）的方法，来增加其补偿能力或达到减少对固定支座推力的目的。其方形补偿器的选用原则如下：D热力管网伸缩器一般都采用方形补偿器，当该型伸缩器不便使用时，才选用其他型是伸缩器。2）方形伸缩器的自由臂（导向支架之伸缩器外伸臂的距离），一般为40倍公称止境的长度。3）方形伸缩器安装时一般必须与拉伸，与拉伸只当介质温度为250°C时，为计算热伸长量的50%；当介质温度为250-400oC时,为计算热伸长量的70%o管道的热位移是管道在运行过程中因热胀而产生的热伸长。直管段热位移计算：若将管道直管短的一端固定，受热后则另一端产生位移,管段的热伸长量可按如下公式计算：L=QtLt×1000式中：L管段的伸长量，mm;Qt管材在设计温度t时的线膨胀系数，m(moC)o取普通钢线膨胀系数12Xl(6m(m)。1.二固定支架间直线距离。t一热媒温度与管道安装温度之差，°C0(t=r2-r1,弓是供热介质最高温度，取95°C,乙是管道的安装温度，一般取-5°C0)取100°C0根据热伸长量选方形补偿器的型号。方形补偿器的优点是制造方便;不用专门维修，因而不需要为其设置检查室;工作可靠；作用在固定支架上的轴向推力相对较小。其缺点是介质流动阻力大，占地多。方形补偿器在供热管道上应用很普遍。安装弯管补偿器时。经常采用冷拉(冷紧)的方法，来增加其补偿能力或达到减少对固定支座推力的目的。c波纹管补偿器它是用单层或多层薄壁金属管制成的具有轴向波纹的管状补偿设备。工作时，它利用波纹变形进行管道热补偿。供热管道上使用的波纹管，多用不锈钢制造。波纹管补偿器按波纹形状主要分为“U”形和“n”形两种；按补偿方式分为轴向、横向和钱接等形式。轴向补偿器可吸收轴向位移，按其承压方式又分为内压式和外压式。横向补偿器可沿补偿器径向变形，装于管道中的横向管段上吸收管道热伸长。钱接式补偿器可以其较接轴为中心折曲变形,类似球形补偿器。它需要成对安装在转角段上进行管道热补偿。波纹管补偿器的主要优点是占地小，不用专门维修，介质流动阻力小。因此，内压轴向式波纹管补偿器在国内热网工程上应用逐步增多，但其造价较贵。Cl套筒补偿器它是由用填料密封的套管和外壳管组成的，两者同心套装并可轴向补偿的补偿器。套管和外壳体之间用填料圈密封，填料被紧压在前压兰与后压兰之间，以保证封口紧密。补偿器直接焊接在供热管道上。填料采用石棉夹铜丝盘根，更换填料时需要松开前压兰，维修不便。目前有采用柔性密封填料的套筒补偿器。柔性密封填料可直接通过外壳小孔注入补偿器的填料函中，因而可以在不停止运行的情况下进行维护和检修，维修工艺简便。套筒补偿器的补偿能力大，一般可达250400mm,占地小，介质流动阻力小，造价低，但其压紧、补充和更换填料的维修工作量大，同时管道地下敷设时，要增设检查室；如管道变形有横向位移时，易造成填料圈卡住，它只能用在直线管道上；当其使用在弯管或阀门处时，其轴向产生的盲板推力（由内压引起的不平衡推力）也比较大，需要设置加强的固定支座。近年来，国内出现的内力平衡式套筒补偿器，可消除此盲板推力。e球形补偿器它是由球体及外壳组成，球体与外壳可相对折曲或旋转一定的角度（一般可达30°）,以次进行热补偿。两个配对成一组。球形补偿器的球体与外壳间的密封性能良好，寿命较长。它的特点是能作空间变形，补偿能力大，适用于架空敷设上。选用管道补偿器时，根据敷设条件采用维修工作量小，工作量小、工作可靠和价格较低的波纹管补偿器。在选择波纹管补偿器的时候应该根据各个管段的补偿量进行选择计算。其补偿量的选择计算可以按照下面的公式计算：L=L（tl-t2）L管道的伸长量mm管材的伸长系数，mmmoC12×10-6mm°Cr1输送介质的最高温度，95t2管道安装温度，401.计算管段的长度，m选择的波纹管补偿器为。形的波纹管补偿器，直埋管道采用的是ZBM（管径）一补偿量的形式。4 .其他注意事项热水管道的高点（包括分段阀门划分的每个管段的高点）应安装放气装置，热水管道的低点（包括分段阀门划分的每个管段的低点）应安装放水装置。地下敷设管道安装套管补偿器、波纹管补偿器、阀门、放水和除污装置等设备附件时,应设检查室。公称直径大于或等于50OnlnI的热水热力网干管在低点，垂直升高管段前分段阀门前宜设阻力小的永久性的除污装置。