熱力管道設(shè)計方法
熱力網(wǎng)保溫結(jié)構(gòu)設(shè)計:
執(zhí)行標準:《設(shè)備及管道絕熱技術(shù)通則》GB/T4272;《設(shè)備和管道絕熱設(shè)計導則》GB/T8175;《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計規(guī)范》GB50264。
保溫目的:減少熱損失、節(jié)能;運行人員安全;保證用戶用熱需求。
保溫材料選用原則:
工作溫度下的導熱系數(shù)不大于0.08W∕(m?K),
有隨溫度變化的導熱系數(shù)方程式或圖表;松散或可壓縮的保溫材料應(yīng)有使用密度下的導熱系數(shù)方程式或圖表;密度不應(yīng)大于300kg/m3;
硬質(zhì)預制成型制品抗壓強度不應(yīng)小于0.3MPa;半硬質(zhì)的保溫材料壓縮10%時的抗壓強度不應(yīng)小于0.2MPa。
其它:吸水率低、對環(huán)境人體危害小、對管道無腐蝕。
直埋敷設(shè)熱水管道:
采用鋼管、保溫層、外護管結(jié)合成一體的預制管。
符合《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管》CJ/T114和《玻璃纖維增強塑料外護層聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管》CJ/T129的規(guī)定。
保溫計算:計算管網(wǎng)散熱損失、供熱介質(zhì)溫降,確定經(jīng)濟保溫厚度。

管網(wǎng)水力計算:
計算參數(shù)確定:
計算流量選取原則:
從熱源引出的主管按熱源最大能力計算;
直接與用戶連接的支管按用戶遠期負荷計算;
主干管或分支干管按各用戶計算流量之和計算。

計算長度:管道幾何展開長度和管件局部阻力當量長度。
Lj=(1+α)Lz
Lj—計算長度,(m);Lz—幾何展開長度,(m);
α—局部阻力與沿程阻力的比值。

主干線單位長度允許壓降:Δh=ΔP/Lj
Δh—單位長度允許壓降(Pa/m);
Lj—主干線計算長度(m);ΔP —主干線壓差(Pa)。
介質(zhì)允許流速:

管網(wǎng)管徑:

式中:Dn—管道內(nèi)徑(mm);Q —計算流量(m3/h);
w —介質(zhì)流速(m/s)。
壓力損失:△P = P1+P2+P3
式中:P1—沿程阻力;P2—局部阻力;P3—靜壓力。
管網(wǎng)水力計算表



動態(tài)水力工況分析:
動態(tài)水力分析條件:輸送距離長、地形高差大、壓力高、溫度高、可靠性要求高。
動態(tài)水力分析內(nèi)容:循環(huán)泵或中繼泵、輸送干線閥門、換熱器等發(fā)生事故時的壓力瞬變。
安全保護措施:
(1)設(shè)置氮氣定壓罐;
(2)設(shè)置靜壓分區(qū)閥;
(3)設(shè)置緊急泄水閥;
(4)延長主閥關(guān)閉時間;
(5)循環(huán)泵、中繼泵與輸送干線的分段閥聯(lián)鎖控制;
(6)提高管道和設(shè)備的承壓等級;
(7)適當提高定壓或靜壓水平;
(8)增加事故補水能力。
熱網(wǎng)設(shè)備選擇:
熱網(wǎng)循環(huán)水泵:泵的總流量應(yīng)不小于管網(wǎng)總設(shè)計流量;
泵的揚程不小于設(shè)計流量下熱源、熱網(wǎng)、最不利用戶壓力損失之和;
并聯(lián)運行水泵的特性曲線宜相同;
泵的承壓、耐溫能力應(yīng)與熱力網(wǎng)設(shè)計參數(shù)相適應(yīng);
應(yīng)減少并聯(lián)水泵臺數(shù),3臺或3臺以下循環(huán)水泵并聯(lián)運行時,應(yīng)設(shè)備用泵,當4臺或4臺以上泵并聯(lián)運行時,可不設(shè)備用泵;多熱源聯(lián)網(wǎng)運行或質(zhì)量調(diào)節(jié)的單熱源供熱系統(tǒng),采用調(diào)速泵。
熱網(wǎng)補水泵:閉式熱力網(wǎng)補水裝置的流量,應(yīng)不小于供熱系統(tǒng)循環(huán)流量的2%;事故補水量不小于供熱系統(tǒng)循環(huán)流量的4%;
開式熱力網(wǎng)補水泵的流量,應(yīng)不小于生活熱水最大設(shè)計流量和供熱系統(tǒng)泄漏量之和;
閉式熱力網(wǎng)補水泵應(yīng)不少于二臺,可不設(shè)備用泵;開式熱力網(wǎng)補水泵不宜少于三臺,其中一臺備用
事故補水時,軟化除氧水量不足,可補充工業(yè)水。
熱力管道位移及補償方式:
熱位移:管道內(nèi)介質(zhì)溫度高于周圍環(huán)境溫度,因熱脹而產(chǎn)生的伸長。
熱補償:管道的補償可采用自然補償和利用補償器補償兩種方式。
自然補償是利用管道布置的自然彎曲和扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生變形來吸收管道的熱伸長,以消除管道的熱應(yīng)力。應(yīng)盡量采用自然補償,當自然補償無法滿足補償要求時,可設(shè)置補償器進行熱補償。選擇補償器時,應(yīng)根據(jù)敷設(shè)條件,采用維修工作量小,工作可靠,價格低廉的補償器。
補償器:方型補償器;波紋補償器;套筒補償器;球形補償器。
波紋補償器:由單層或多層薄壁金屬管制成的具有軸向波紋的補償設(shè)備,占地小,介質(zhì)流動阻力小。

套筒補償器:由套管和外殼管組成,其補償能力大,占地小,介質(zhì)流動阻力小。

球形補償器:由球體及外殼組成,能作空間變形,補償能力大,安裝方便。

管道應(yīng)力計算和作用力計算:
(一)熱力管道應(yīng)力計算:
原則:采用應(yīng)力分類法。
一次應(yīng)力、二次應(yīng)力、峰值應(yīng)力。
一次應(yīng)力:管道由內(nèi)壓、持續(xù)外載引起的應(yīng)力屬于一次應(yīng)力,應(yīng)力驗算采用彈性分析和極限分析;
二次應(yīng)力:管道由熱脹冷縮等變形受約束產(chǎn)生的應(yīng)力,屬于二次應(yīng)力,應(yīng)力驗算采用安定性分析;
峰值應(yīng)力:管件由于局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)等產(chǎn)生的應(yīng)力,屬于峰值應(yīng)力,應(yīng)力驗算采用疲勞分析。
計算目的:判斷管道是否安全。提供結(jié)構(gòu)設(shè)計依據(jù)。
管道作用力計算:熱脹冷縮受約束產(chǎn)生的作用力;內(nèi)壓產(chǎn)生的不平衡力;活動端位移產(chǎn)生的作用力。
(二)管道作用力計算
固定支架推力計算:
(1)架空和溝道敷設(shè)
摩擦力:

,內(nèi)壓力:
式中: Pm —摩擦力(N);
q—單位長度結(jié)構(gòu)荷重,(N/m);μ—摩擦系數(shù);
L—管段計算長度(m);Pn—內(nèi)壓力(MPa);
P—工作壓力(MPa);F—管道截面積(cm2)。
2)直埋敷設(shè)
摩擦力:Pm=μ·ρ·[π Dc·(H+Dc/2)·g]/V
式中: Pm—每米管道的摩擦力(N/m);
H—管頂覆土深度(m);
μ—摩擦系數(shù);Dc—保溫管外徑(m);
ρ—土壤密度(kg/m3)。

補償器推力及內(nèi)壓力的計算與架空和溝道敷設(shè)計算方法相同。