1市政热力工程设计主要内容

热源→一级热网（热力网）→调压、调温站房→二级热网（街区热力网）→单体热力入口

这里我把中继泵站和换热站形象的从他们作用方面称为：调压、调温站房，易于理解。

2工程设计适用范围 

热水管道：压力≤2.5MPA，温度≤150℃，公称直径≤1200mm;

蒸汽管道：压力≤1.6MPa，温度≤350℃；

不包括地热和工业余热回收为热源的热网

3多热源运行方式

（1），分别运行：用阀门分隔成多个单热源，分别供热；

（2），解列运行：基本热源先投入使用，气温变化时，分隔出部分官网划归尖峰热源，随气温变化，扩大缩小分隔官网范围；

（3），联网运行：基本热源投入使用，气温变化，投入尖峰热源

4供热管道设计分三类：三通、弯管、直管

三通处支线开孔管道强度消弱，要有保护措施；

弯管段本身有补偿能力，设计时要将补偿量控制在补偿能力内；

直管要考虑热补偿，无补偿敷设主要用于埋地，是不采用人为的热补偿措施，人为的热补偿方式包括设置补偿器、预热、一次性补偿器覆土后预热等

5热负荷Q

采用经核实的资料或图纸，当没有时，采用热指标面积估算；

工艺生产热负荷取最大热负荷之和x同时使用系数；

热电厂应发展非采暖期热负荷，如季节性生产热负荷或制冷热负荷

6年耗热量

民用建筑全年耗热量，根据公式计算，生产工艺年耗热量根据年负荷曲线图计算；

7供热介质

民建应采用热水（水热容大、热能利用率高，无蒸汽漏气和凝结水回收损失，输送距离远、供热半径大），同时有生产负荷时，当生产负荷为主要负荷时，采用蒸汽介质；

8介质参数

应经比较计算，得出最佳供回水温度，可参考一般热源厂设计温度取110—150℃，回水温度≤70℃；

9水质要求：有不锈钢设备时，氯离子浓度≤25mg/l;

蒸汽凝结水排放要符合《污水排入城市下水道水质标准》

热力网补水水质符合《工业锅炉水质》要求，水质PH为7到11

10管网形式

闭式双管制（一般形式）；闭式多管制（有生产负荷）；单管制（蒸汽管网系统），凝结水管是否设置，要根据生产特点，回收凝结水时，由于凝结水融氧，要进行防腐措施。

11供热调节

热源集中调节、热力站和热力入口局部调节、用热设备单独调节三者结合，对于有生产负荷的供热系统，应采用局部调节。温度变化时，热源处进行集中质调节或质—量调节。

12设计流量

闭式管网设计流量：G=3.6Q/c(t1-t2)

c：比热 4.18；t1:供水温度；t2:相应的回水温度；

采用集中质-调节调节时，应采用各种热负荷在不同温度的热力网流量曲线叠加得出的最大流量值作为设计流量；

蒸汽热力网的设计流量，应按各用户最大蒸汽流量x同时使用系数，凝结水管道的设计流量应按蒸汽管道的设计流量x用户凝结水回收率；

13水力计算（设计计算、校核计算、事故分析）

内容：管网管径、循环水泵、中继泵的流量、扬程；

分析管网系统的正常运行的压力工况，确保用户有足够的资用压头且系统不超压、不汽化、不倒空；

进行事故工况分析；

必要时进行动态水利分析；

水力计算应满足连续性方程和压力降方程，环网水力计算应保证所有环线压力降的代数和为0；

蒸汽管网水力计算时，应按设计流量进行设计计算，再按最小流量进行校核计算，根据管线起点压力和用户需要压力确定的允许压力降选择管道直径；

下列系统除了进行静态水力计算外，还应进行动态水力计算：

长距离输送干线；

供热范围内地形高差大；

系统压力高；

系统工作温度高；

系统可靠性要求高；

14水力计算参数

计算热网主干线管径，宜采用经济比摩阻，可取30-70PA/m；

支干线、支线应按允许压力降确定管径，但流速≤3.5m/s，支干线比摩阻≤300PA/m，连接一个热力站的支线比摩阻可大于300PA/m(支线要充分利用主干线作用压头，因此按允许压力降方法，管径越大，水利稳定性要求越高，可适当降低比摩阻，管径变大，小管径比摩阻大，消除剩余压头，流速大，噪声、振动方面却不存在问题）

蒸汽热力网凝结水设计比摩阻可取100ＰＡ／ｍ

热力网局部阻力和沿程阻力存在比值，可估算局部阻力；

15压力工况

（１）系统的任何一点压力≥介质汽化压力，并＋３０ｋＰＡ－５０ＫＰＡ富裕压力；

（２）系统回水压力要求：

≤直接连接用户系统允许压力；

任何一点≥５０ＫＰＡ；

（３）循环泵停运，要保持静态压力

系统的任何一点压力≥介质汽化压力，并＋３０ｋＰＡ－５０ＫＰＡ富裕压力；

与热力网直接连接用户系统充满水；

≤系统任何一点允许压力；

（４）热力网最不利点资用压头，应满足该点用户系统所需作用压头；

（５）热力网应该水力计算基础上绘制各种运行方案的主干线水压图，复杂地区，绘制支干线水压图；

（６）中继泵站位置及参数应根据水压图确定；

（７）蒸汽热力网，宜按设计凝结水量绘制凝结水管网水压图；

供热管网的设计压力，≥各种运行工况的最高工作压力＋地形高差形成的静水压力＋事故工况分析和动态水力计算要求的安全余量；

16水泵选择

循环水泵扬程≥热源＋供热管线＋最不理用户环路压力损失；

循环水泵应具有工作点附近较为平缓的流量－扬程特性曲线；

应减少并联循环水泵的台数；３台以下，设备用，４台或４台以上，不设备用；

采用集中质－量调节的单热源系统，水泵采用变频泵；

补水泵流量按事故补水，为系统循环流量的４％，补水泵扬程≥补水点管道压力加３－５ｍ，当补水泵同时用于维持静态压力时，其扬程应满足静态压力要求；

17管道应力计算

采用应力分类法：内压、持续外载引起的一次应力（静力不平衡，导致屈服，验算采用弹性分析或极限分析，无自限性）；

热胀冷缩、热位移受约束的二次应力（超过屈服极限，产生少量塑性变形，变形协调得到满足，变形就不再继续发展，有自限性，安定性分析，安定条件：≤2倍屈服极限）

峰值应力（管道、附件，如三通，弯头，局部结构不连续或局部热应力产生的应力增量，不引起显著变形，但会导致疲劳裂纹或脆性破坏，采用疲劳分析；

工作循环最低温度：

底下敷设10℃，计算管道固定点时，考虑最大温差，在安装温度低于工作循环最低温度时，采用安装温度进行计算）；

18管网布置
1）热力管道布置力求短直，主干线通过热用户密集区，并靠近热负荷大的用户；

2）管道走向最好平行与厂区或建筑区域的干道或建筑物；

3）管道最好不穿越电石库等由于汽、水泄露会引起事故的场所，也最好不穿越建筑扩建地和物料堆放地。并且尽量减少与公路、铁路、沟谷、河流的交叉。交叉时候，可采用拱形管道。

4）布置应尽量利用管道的自然弯角作为管道受热膨胀的自然补偿。采用方形补偿器时候，尽可能布置在两固定墩之间中心点上，由于地方限制等原因，保证短边管道不小于全长管段的三分之一。

5）一般热力地沟分支处都应设置检查进或人孔，直管段长100到150m距离，无分支，也应布置检查进或人孔，所有管道上必须设置阀门，都应安装在检查井或人孔中；

6）主干线支管上，一般都应设置截断阀门；

7）蒸汽管道最低点、被阀门截断的各蒸汽之最低点、垂直升高管段前的最低点、间隔100-150m直管段等各点，都应该布置疏水阀；

8）热水管段最低点放水、最高点放气；

9）直埋和管沟敷设的管道坡度≥千分之二，进入建筑物的管道坡向干管；

19管道敷设（架空、地沟、直埋）要点

1）在山区的热力管道，采取沿山坡或道路低支架布置；

2）爬山热力管道，最好采用阶梯形布置；

3）跨越沟谷、河流时候，最好架空沿桥或栈桥布置成拱形管道，注意：管道底部标高高于最高洪水位0.5m以上；

4）地上敷设的管道，可与其他管道敷设在同一个管架上，利用相互牵扯力（技术性），减少管架数（经济性）；

5）在湿陷性黄土层、腐蚀性大的土层、永久性冻土层，应架空敷设；

6）地下水位较高或降雨量较大地区，架空敷设；

7）厂区管道宜架空；

8）管道不允许开挖的路面或管道多、管径大、管道垂直高度≥1.5m等情况，采用通行地沟敷设；

9）地面不允许开挖，且架空不合理或管道单排水平布置，地沟宽度受到限制，宜采用半通行地沟；

10）河底敷设管道选在较深的稳定河段，1-5级航道河流，管沟覆土深度在航道底设计标高2m以下，其他河流，管沟覆土深度在1m以下；

20直埋敷设方式

无补偿：不使用补偿器、固定支架、完全依靠管道的自然变形及土壤的约束。有冷安装无补偿直埋（施工简单，但要防止轴向失稳）和预热安装无补偿直埋两种，第二种是在供热管网工作之前进行预热，产生一个预拉应力，预热温度限定在运行温度和最低温度之间，温差产生的热应力，不超过管材的许用应力，有敞槽预热及覆土预热，覆土预热需设置一次性补偿器；

有补偿：当管道温度高（热应力大）且难以找到热源预热时采用。有补偿分有固定点和无固定点方式，有固定点是补偿器至固定点间距不超过管道最大过渡段长度；无固定点重在校核直管段长度是否超过最大过渡段的两倍；

21热伸长

是管道内介质温度变化，引起的管道热涨、冷缩效应，同时使管壁产生巨大应力，超过管材强度极限，会发生破坏。计算公式：△L=αL（t1-t2)x1000; (mm); 

22补偿装置分类及优缺点

自然弯管补偿：L型、Z型、空间立体弯；优点简单、可靠；缺点变形产生横向位移；L型角度区间：最好120°到90°，或＜150°；

方形补偿器：由四个90°弯头组成，优点制作方便，补偿能力大、轴向推力较小；缺点是单向外伸臂较长，占地大，常用四种形式：

由臂长一般为40倍公称直径长度；

套筒补偿器：

优点：安装简单，占地少，补偿能力大，流体阻力大，

缺点：轴向推力大，造价高，易漏水漏气；

波纹补偿器：

缺点：强度低，补偿能力小，轴向推力大；波节以3-6个最好；安装前先冷紧，冷紧值为热伸长量一半；

球形补偿器：

利用球形管接头的随机弯转来解决热涨冷缩。对三向位移的蒸汽和热水最易适用。

优点：占地小，不存在推力；缺点存在侧向位移，易漏水漏汽;

23热网附件布置要求与设施

1）热力网干线、支干线、支线的开始节点应安装关断阀门；干线还应按距离间隔安装分段阀门，提高管网可靠性（蒸汽管网可不设分段阀门）；且关段、分段阀门皆采用双向密封阀门；

2）≥DN500管道的阀门，最好采用电动，≥DN500的热力干线在低点、垂直升高管段前、分段阀门前最好设置阻力比较小的永久性除污器；

3）直埋敷设的套筒、波纹补偿器、阀门、放水和除污器等附件，应设检查井，检查进设置要求：

净空高≥1.8m; 人行通道≥0.6m;管道保温下表面与地面距离≥0.6m;人孔≥2个，直径≥700mm,净空面积小于4?，可设1个人孔；最少设置一个在人孔下方的集水坑；爬梯高于4m，要设置护栏或平台；更换附件不能从人孔进出时，应在顶板上设置安装孔；

4）管道活动支架应采用滑动支架，或刚性吊架，有垂直位移时，采用弹簧支架、吊架；

24管材和附件选择

１）管道管材选用Q235B，２０钢，设计参数符合要求，P≤2.5MPａ，Ｔ≤３００℃，公称直径≥DN２００，选螺旋缝电焊钢管，＜DN２００，无缝钢管；采用焊接链接，≤２５的放气阀门，采用丝接；

２）弯头采用锻造、热弯、冷弯制作，壁厚≥直管壁厚；

３）三通采用锻压、拔制制作，壁厚≥直管壁厚；

４）大小头采用压制或钢板卷制，壁厚≥直管壁厚；

５）预制保温管及管件参考规范，符合规定，轴向剪切应力≥０.０８MPａ；

６）有报警线的管网，泄露检测系统要和设计、施工、验收同步；

25保温验算

由于供、回水管温度场不同，相互传热影响，需计算热损失，确保保温表面温度＜５０℃；主要包括计算保温厚度、热损失、保温层外表面温度、保温管周围土壤温度；

26热网平面基本布置要求

１）符合与相关设施的净距要求；

２）符合相关覆土深度要求；

３）小折角符合相应要求；

４）转角管段臂长≥弯头变形段长度；

５）高效利用路由形成的自然转角补偿；

６）小折角大于规范要求时，利用好小折角、弯管、Ｌ型之间相互组合，注意组合时，驻点的确定准确；

27分支点基本布置要求
１）管道分支点干管轴向热位移≤５０ｍｍ；２）ＤＮ≤５００的支管可从干管直接引出，在支管应设置固定墩或轴向补偿器或弯管补偿器，且要符合下列距离要求：分支到固定墩距离L：Le≤L≤9m; 分支到弯管距离L：Le≤L≤20m; 分支到轴向补偿器距离L：12≤L≤20m; 3）轴向补偿器与管道轴向要一致，与分支点、转角、变坡点距离≥1.5Le,且≥12m,设计时，取两者最大值；

28热网应力验算基本规定

一次应力变化≤一倍钢材许用应力；

一次应力和二次应力的当量应力变化≤3倍钢材许用应力；

局部应力集中的一次、二次应力和峰值应力的当量应力变化≤3倍钢材许用应力；

应力验算的计算压力取管道设计压力；

计算安装温度应取安装时的最低温度；

计算应力变化范围，计算温差取循环最高、最低的温差；

计算轴向力时，计算温差取循环最高和安装温度的温差；

29单位摩擦力计算：与土壤应力、管重等有关，比较复杂，参考规范计算公式；最小摩擦力系数比国外要小，增大了计算时的过渡段长度，相应补偿器的补偿量会变大，对补偿器起到一定的安全余量；

30管道的许用应力按抗拉强度、屈服极限两者的最小值取值确定，其实是按照
屈服极限来取，由于屈服极限小于抗拉强度；31
31壁厚计算

壁厚承受内压力，要进行计算，主要计算最小壁厚、管道壁厚附加值，进了两者相加得出公称壁厚；

32直管段应力验算

直管段主要对屈服温差，当量应力变化范围的计算，进行是否屈服与是否平面布置应有锚固段进行判定；

当直管段屈服温差大于循环最高温度与安装温度温差时，管道进入屈服状态，产生塑性变形，相反，屈服温差小于最不利循环温差时，管道保持弹性体状态；在这里屈服极限x1.3系数（屈服增强系数对热伸长量和管道轴向推力计算影响很大，而且是不安全的，设计时要考虑）

直管段当量应力计算，首先计算锚固段应力，当小于3倍许用应力时，说明锚固段满足应力验算条件，而锚固段是管网应力最高处，那么可以肯定的是：过渡段必然满足要求，则平面布置时，直管段的长度可以无限长；

上面判定若不能满足，锚固段大于3倍许用应力，则不应该在平面布置中出现锚固段，只能全部为过渡段，且过渡段长度还必须限定，利用规范第二个公式计算，得出小于多少直管过渡长度；

在验算的基础上，进行直管段的过渡段最大、最小长度计算、过渡段内任一截面最大、最小轴向力的计算（过渡段的最大轴向力出现在初次运行时、也就是L≥Lmin时，超出Lmin的管段被锚固，各点的轴向力相同，均等于锚固段起点的轴向力，而最大轴向力≤锚固点的轴向力，要考虑活动端阻力的情况）

锚固段的最大、最小轴向力计算，在循环温差低于屈服温差时，轴向力取决与温升值，高于屈服温差的锚固段，因出现了塑性变形，轴向力达到最大值，既极限轴向力；

33直管段局部稳定性验算

直管段局部稳定验算适用于＞DN500的管道，≤DN５００的管道，不需要验算；

验算主要进行径厚比、径向变形量的判定，计算参照规范判定公式；

34弯头应力验算

弯矩作用下的最大环向应力＋０.５内压作用下的最大环向应力≤３许用应力，因验算点为应力变化幅度，内压环向应力取一半，实质上是按照疲劳分析进行的弯头的强度验算；

35管道竖向稳定性验算

要求单位长度管道上的垂直分布荷载≥与管道最大轴向力相关的值；

原因：存在轴向力的管道在轴向法线方向有凸出趋势，从而使管道有弯曲的倾向，所以需要验算；

措施：减小管道轴向力，加大覆土深度；

36热伸长计算

１）包括驻点位置确定（按最小摩擦力下的最大过渡段计算，对于驻点处的过渡段选择补偿器时，余量取２０％）

２）对于弹性、部分进入塑性状态的管段，进行热伸长量计算，部分进入塑性的管段，热伸长量，要减去部分塑性压缩变形量；

３）对于过渡段任何一点，热位移量的计算；

４）补偿器的热伸长量的余量一般取１.１系数，当过渡段一端为驻点时，≥１.２倍热伸长量，≤１.１最大过渡段计算出的热伸长；

37固定墩的推力计算

主要是摩擦反力、内压力、活动端阻力的矢量合成计算；

摩擦反力抵消时，力小的一侧ｘ０．８抵消系数；

当两侧都为锚固段时候，取０.９的抵消系数；

内压力抵消系数取１；

固定墩可设计微量位移量，减小推力；

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