关于市政供热管网设计的探讨

武瑞朋

（山西双良新能源热电工程设计有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

近年来，随着环境的污染问题受到了国家的重视，煤炭污染是造成空气污染的最重要因素之一，集中供热如何减少环境污染且有效提高供热效率，为提供更好的供热环境成为一个非常重要的研究领域。供热管网设计是影响供热效率的关键因素，设计质量的好坏直接影响供热效率和供热水平，因此，在施工开始之前，必须做好充分的准备。

1 市政供热网络设计说明

城市供热网络集中在北方地区，优化集中供热网络，为不断提高供热质量、减少污染、降低能耗做出了贡献。在行业竞争日益激烈的今天，公司需要提高软实力，以获得更大的市场份额。同时，市政工程公司需要不断优化集中供热网络，提高公用事业服务效率。在设计市政热管时，可采用多管组网的方式。冷凝水管道安装应按制造规范设计。在考虑凝析油中的氧溶液时，应对管道和设备进行防腐设计。在供热调节方面，采用热源集中调节和热站热输入就地调节的方式。对于带生产负荷的供热系统，热力设备进行单独调节，局部温度调节。热源封闭网络设计和流量，收集适当的热回收温度，将热负荷和各种温度叠加在热网曲线上，得到大流量作为设计流量[1]。

2 集中供热网络位置的类型

城市集中供暖网络的选址明显与供暖介质类型、热源分布、用户所在的区域等因素密切相关，但要从安全、高效等方面加以考虑。城市供暖具有不同于一般采暖方式的特点。有些热网在规划和设计时，为了保证供暖的可靠性，避免了供暖过程中的不确定性，采用了电力网的安装方式，但是，由于热网的水模和控制系统的复杂性，以及投资较大的模型网络，给用户带来了很多困难。在多个热源的城市公用供暖系统中，一些方案将主要导热网设计为环形网，而用户网则是采用大环形的支路网络。该结构具有多馀的供暖特点，运行安全、可靠。在城市供暖网络中，应该采用多分支式辐射网络，并从安全、经济两个方面进行综合考虑。在规划设计时，根据城市规模、热量分布、热源位置、供热能力、供热能力等因素，对各主干道进行优化。在城市供暖主干骨架成型后，可适当地设置管道，在正常工作时，可将连接管的阀门关闭，并在主干线发生故障时利用管道来供暖。这类热网布局确保了网络能够广泛地适应热用户的不确定。如果一个管道不能提供足够的热能，那么安装邻近的管道将会提高热产量。为达到热网分布的最佳化，不需要将其当作环状网络来决定，而是将其引入更大的管线。随着我国经济的发展和人民生活水平的不断提高，集中供热由于其管理方便、能源利用率高、供热范围广、对环境影响较低等特点，逐渐成为一种新兴的供热方式。但是，随着我国城镇集中供暖系统的推广和采用供暖系统的建设，在规划设计上出现了一定的困难。

3 市政供热网络相关设计参数

3.1 集中式热管分配系统的水力计算

根据管网管径、循环泵和流量进行水力学计算。在分析了管道系统的压力模式，并确保用户进行情况分析后，如果需要，可以使用动态液压模式来满足连续性的方程和压降要求。计算对流压力和管道中的压力容限。在差异大、距离远的热水抽运系统中，除进行静态水力计算外，还必须进行动态水力计算。

3.2 运用柔性和极限分析

在最大应力时，可采用弹性分析和极限分析对管道局部结构因热应力而产生的应力增量进行分析，在计算特殊管道过渡时，可采用温度计算方法建立模型计算管道强度。如果靠近主干线，热用户网络将承受较大的热负荷。管网趋于短直，尽量利用管道的自然弯曲角来补偿管道的热膨胀。如果采用带补偿垫的补偿器，补偿器的布局必须充分考虑静止的推力计算，优化配置的选择。

3.3 设计供热网络时应考虑地震因素

考虑到地震的影响，热管设计必须满足国家对热网地震参数的要求，对管道设计、管道施工和材料选择进行详细论证。可以采用先进的管理模式，根据参数改进抗震指标。例如，为提高多热源供热系统的抗震性能，可设计3 种操作方法，从每一热源到使用多热源的供热系统，提高供热的可靠性。多热源供热系统的特点是采用多热源网络运行，多个热源随着温度的变化而分别起作用，在主热源满负荷后，划分的管网逐渐扩大或缩小，从而在采暖期间通过阀门将采暖系统划分为多个同一热源的供热系统。随着温度的变化，许多解离源开始起作用。将主热源首次运行的采暖期划分为管道的急性热源段，使运行的主热源接近满负荷[2]。

4 市政供热网络的总体设计技术及特点

4.1 总体设计技术

城市供热网络的特点是热用户分布范围广泛。在网络故障的情况下，一些热网在以电网形式进行热网规划设计时也存在一些问题，如要提高供热的可靠性和消除供热发展中的不确定性，热工水力条件和控制都非常困难，并且热网存在很高的投资。技术研究通常从建立以投资、运维组合最小为最终函数的数学模型开始，限制实际工作的要求，然后优化一些方法，找到实际问题的最佳解决方案。第一个网络优化模型是专门针对树突状网络开发的，但随后发现不能广泛应用于优化实际网络设计，也不能给出良好的结果。有人认为，城市供热管网应是多支路辐射配置的管网，同时应充分考虑系统安全性和经济性。

4.2 总体设计的优点

城市区域供热作为现代城市的文明标志和发展方向，带来了重要的经济效益和社会效益，不仅为城市提供了稳定、可靠和优质的热源，而且在节能、改善空气质量、减少城市空气污染、减少城市空间、高效利用城市空间等方面发挥着重要作用。与其他类型的供热方式相比，集中供热有以下五大优点。

4.2.1 长期效益

采用集中供热不仅节约了城市地区宝贵的土地资源，降低了人力物力成本，更重要的是，有效地避免了由于设备寿命有限和定期更换热装置的缺点而采用的其他供热方式。这为公司提供了长期效益的优势。

4.2.2 低成本和经济性

专家估计，结合初始组装和运行成本，与其他类型的供热方式相比，集中供热在室温下比其他供热方式更经济、方便和稳定。煤、水、电等大宗商品价格的上涨，提高了传热介质的价格，但城市区域供热作为低品位能源载体，长期来看，相对于其他优质能源载体具有成本优势[3]。

4.2.3 适用范围广，使用方便

集中供暖既能实现冬季采暖、夏季制冷，又能持续提供热水，工程企业也能实现集中供暖。蒸汽还可以用来生产食物，这对酒店、餐馆、商店、医院和办公室非常有用。

4.2.4 科学管理，安全可靠

随着集中供热技术的发展和改进，越来越多的新材料、新技术、新工艺得到广泛应用，其安全性和可靠性大大提高。

4.2.5 环保节能，净化空气

集中供热作为国家积极推广的集中供热模式，其环境效益明显，在治理大气污染和环境污染方面发挥了积极作用。近年来，各省市不断发展城市集中供热，实施“蓝天工程”，建立环保模范城市，10t 以下燃煤锅炉严格禁止使用，积极推进和发展区域供热系统。

5 城市供热热力工程的实例

通过一个城市建筑供暖管网的实例，对其进行了详细的分析。在此基础上，利用混合热负荷区，对不同类型的热负荷、公共建筑和住宅小区的大热负荷进行了评估和统计，并根据公共建筑与住宅区的实际结合，计算出了该项目所能承受的最大热负荷、最小热负荷和平均热负荷。依据供暖年度的需要，进行换热器和供热管网的设计。针对城市热管的设计需求，考虑到蒸汽和高温热水的相互影响，经过可行性分析，确定了高温热水方案，降低了管网建设投资。热网基本线路的安装费用低廉、使用简便、热源间距增大、用户数减少、无附加热特性、供热用户在供暖地点进行供暖，对建筑进行部分电能再生，并能迅速解决热网故障。环状布局为环状主接线，在多个热源联合提供电力，并与适当的电网相连时，该结构工作是安全、可靠的。节流阀的选型可以选用焊接式蝶阀和焊接球阀，排气阀可以选用焊球阀，以保证系统的安全。为防止室外管网的供给效率下降，采用集中供暖方式，减少了用户的热量损失，根据设计的需要，实现了管网水力均衡。在实际操作中，由于管道内有液体存在，所以在设计时需要采用控制阀来控制经过分支的流量，从而实现整个系统的平衡。

6 城市供暖系统的优化方案

热网的设计要充分考虑热网的技术特性、初始投资和运营期间的能耗。一个由部件确定的管网的设计存在着必须综合考虑的问题。但是，技术、经济和能源目标却是相互冲突的。追求更高的经济性会使供暖系统的能耗降低，这就需要把三者有机地结合在一起，从而达到整体的目的，并使供暖系统的设计达到最优。所以，要解决热网的问题，就必须从理论上对其进行分析，并对其进行不断的完善与发展。在具体的采暖网络设计中，可以从下列方面来进行优化。

6.1 供暖系统的最佳化

在建筑工程中，户外热管网是最繁重的工作，也是供暖系统投资最多的环节。供热管网的几何结构直接关系到供热系统的可靠性，系统的可操作性，运行的方便，以及经济性。合理地确定热管级的建线工作，可以节约资金，确保供热系统的安全、可靠、方便地进行施工、维护。在城市规划中，热管的选择要综合考虑热源分布、热源位置、不同表面的连接、地下管线与结构、园林比例等因素。热管的平面布置应遵循下列基本原则：①经济性，线路的直线度趋向最大，热负荷最大。②技术可靠性，在平坦、低水平的道路上行驶。在软土地基、地震断裂带、滑坡灾害、地下水不良等方面，要尽量避免。③在主要运输线路中，管线的渗入要尽量少。一般情况下，铺设时要与公路的中线平行，并尽可能地沿行车道外侧铺设。管道一般仅在街道的一边安装。铺设于地表的管线不会对城市的环境造成破坏，也不会阻碍交通。供暖管线应与各类管线、结构相配合，其间隔应保证施工安全、施工方便、维护方便[4]。

6.2 供暖系统的先进技术

在众多企业纷纷生产节能产品的时候，节能问题也逐渐成为社会关注的焦点，建筑节能技术可以通过节能热管行业、节能设备公司来实现。由于其防水、防腐、耐老化、耐冲击等特性，使得其强度高、焊接方便。很多城市正在逐步接受这种集中供热的方式。

7 优化措施

7.1 灵活应用弹性分析和极限分析

可采用弹性分析和极限分析，对管道局部结构在最大应力下因热应力而产生的应力增量进行疲劳分析，并采用温度计算方法，在计算特殊管道过渡时，建立模型计算。

7.2 热管敷设步骤

热管的敷设通常有两种方式进行：地面敷设和管沟敷设。

（1）管道的地面敷设，即架空敷设，是一种在敷设过程中即可进行基础施工的支撑结构。考虑到架空铺设需要一定的空间，管道的复杂性会影响美观，因此在私人住宅建筑中，很少使用管道来铺设集中供暖，因为建筑公司需要考虑市政热管的整体规划。而在工业领域，许多热管主要采用空气衬垫，热管经过抛光后可以成为一种艺术元素，热管不仅便于设计，还可以加工管道衬垫，增加美观，减少工艺次数[5]。在降低维修成本的同时，工业园区也可以考虑采用这项技术，因为它降低了热管的建造成本。

（2）管沟敷设供热管道具有占地面积小、施工成本低、施工工艺简单、工作周期短等优点，采用保温聚塑、聚醋酸氨护套保温防腐涂料。这两种保温管道的工作原理相似，都采用低密度、低吸水性、耐腐蚀和耐用的聚氨酰胺作为管道的保温材料，既能起到防腐作用，又不会对自重产生二次影响。热力管道的直接处理有两种方法。第一种方法是直接掩埋，不加补偿。这种铺设管道的方法可以提高管道的稳定性，从而使管道浸水更深。如果管道铺设无补偿的加热方式，由于夜间土壤的厚度，土壤的厚度必须与管道的直径成正比。这种敷设的原理是利用土壤与管道之间的静摩擦，加上动摩擦，限制热管道的伸长和收缩。当采用不直接埋藏补偿的预热时，预热温度取安装温度与操作温度差的一半。为减少不必要的工作和资源，不进行预热补偿直接埋设热管垫片作为热水导体。第二种方法是补偿直接掩埋。这种铺设管道的方法适用于距离地面超过0.6m 的情况。这种铺设方法是一种不需要半径的表面埋设方法。工作流程采用一次性焊接膨胀接头，无须延长，热管道安装完成后回填土壤，从上方加热，管道延长到一定长度。

8 结语

在市政供热网络的设计中，除了上述方案外，人们还可以采用新的设计或使用新的材料和技术来保证系统的可靠性。总体而言，我国城市具有人口密度高、热网性能好等特点。这对城市集中供热管网的建设提出了更高的要求。随着对城市集中供热系统需求的增加，工程建设日益增多，需要水平不断提高，供热网络性能不断改进和改善。