城镇供热管网设计相关规范及市政热力工程设计主要内容

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《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》，其标准号为CJ/T 114 。

《预制直埋保温管件，其外护管为高密度聚乙烯，内部填充聚氨酯泡沫塑料》CJ/T 155

《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》DL/T5366

在设计阶段，首要任务是精读上述主要设计规范，精读上述主要规程，这二者作为设计时的一般规则，是必须的，也是重中之重。

我读这些文件时，有一个首要的心态，还有一个首要的意识，那就是，这是热力行业的法律，任何不遵从它的做法，都会造成相应的后果，任何无意冒犯它的做法，也会造成相应的后果，不管后果有没有被发现 。

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热源产生热量，热量进入一级热网（热力网），一级热网（热力网）输送热量到调压、调温站房，调压、调温站房对热量进行调压、调温处理，处理后的热量进入二级热网（街区热力网），二级热网（街区热力网）再将热量输送至单体热力入口。

这里我从它们的作用方面，对中继泵站和换热站进行形象的称呼，称它们为调压、调温站房，这样易于理解。

工程设计适用范围

热水管道的压力需小于或等于2.5MPA，温度需小于或等于150℃，公称直径需小于或等于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

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（1），分别运行：用阀门分隔成多个单热源，分别供热；

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，官网范围会随气温变化扩大或缩小 。

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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；

直管需要考虑热补偿，无补偿敷设主要应用于埋地情况，它不采用人为的热补偿措施，人为的热补偿方式有设置补偿器、预热、一次性补偿器覆土后预热等 。

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采用经核实的资料或图纸，当没有时，采用热指标面积估算；

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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

年耗热量

民用建筑全年耗热量，是依据公式来进行计算的，生产工艺年耗热量，则是根据年负荷曲线图来计算的；

供热介质

民建应采用热水，热水的水热容大、热能利用率高，不存在蒸汽漏气和凝结水回收损失，输送距离远、供热半径大，同时在有生产负荷时，若生产负荷为主要负荷，则采用蒸汽介质；

介质参数

应经过比较计算，从而得出最佳供回水温度，该温度可参考一般热源厂设计温度取值，取值范围是110—150℃，且回水温度需小于或等于70℃ 。

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

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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，需依据生产特点来定，回收凝结水时，因凝结水融氧，所以要采取防腐措施。

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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，这三者结合。对于有生产负荷的供热系统，应采用局部调节。当温度变化时，热源处要进行集中质调节或质—量调节。

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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，应采用最大流量值作为设计流量，这个最大流量值是通过各种热负荷在不同温度的热力网流量曲线叠加得出的。

蒸汽热力网的设计流量，要按照各用户最大蒸汽流量乘以同时使用系数来确定，凝结水管道的设计流量，应依据蒸汽管道的设计流量乘以用户凝结水回收率来计算；

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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；

分析管网系统正常运行时的压力工况，要确保用户拥有足够的资用压头，还要确保系统不会超压，不会汽化，不会倒空；

进行事故工况分析；

必要时进行动态水利分析；

水力计算要满足连续性方程，水力计算还要满足压力降方程，环网水力计算需保证所有环线压力降的代数和是0 ；

进行蒸汽管网水力计算时，要按照设计流量开展设计计算，接着按照最小流量进行校核计算，依据管线起点压力以及用户需要压力所确定的允许压力降来选择管道直径；

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；

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水力计算参数

计算热网主干线的管径时，适宜采用经济比摩阻，其数值可取30至70PA/m 。

支干线、支线应按允许压力降来确定管径，不过流速要小于或等于3.5m/s，支干线的比摩阻要小于或等于300PA/m，连接一个热力站的支线比摩阻可以大于300PA/m，因为支线要充分利用主干线作用压头，所以按照允许压力降方法，管径越大，水利稳定性要求越高，此时可适当降低比摩阻，管径变大后，小管径比摩阻大，要消除剩余压头，流速大，在噪声、振动方面不存在问题 。

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；

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压力工况

系统的任何一点压力要大于或等于介质汽化压力，并且还要加上30kPa到50kPa的富裕压力。

（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

系统存在任何一点压力，该压力要大于或等于介质汽化压力，并且还要加上30kPa至50kPa的富裕压力；

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；

热力网存在最不利点，其资用压头，要能够满足该点用户系统所需的作用压头 。

热力网要基于水力计算来绘制各种运行方案的主干线水压图，在复杂地区，还需绘制支干线水压图。

（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，要大于或等于各种运行工况下的最高工作压力，加上由地形高差形成的静水压力，再加上根据事故工况分析和动态水力计算要求得出的安全余量；

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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，若台数在3台以下，需设备用泵，若台数为4台或4台以上，则不设备用泵；

采用集中质－量调节的单热源系统，水泵采用变频泵；

补水泵流量用于事故补水，其流量为系统循环流量的４％，补水泵扬程要大于或等于补水点管道压力加３至５ｍ，若补水泵同时用于维持静态压力，那么其扬程应满足静态压力要求；

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管道应力计算

采用应力分类法，存在内压引起的一次应力，还存在持续外载引起的一次应力，这种一次应力会导致静力不平衡，进而导致屈服，验算时采用弹性分析或极限分析，它没有自限性；

热胀冷缩时，热位移受约束会产生二次应力，这种二次应力超过屈服极限，会产生少量塑性变形，当变形协调得到满足时，变形就不再继续发展，具有自限性，基于此进行安定性分析，安定条件是小于等于2倍屈服极限

峰值应力由管道、附件产生，比如三通、弯头，局部结构不连续或者局部热应力会产生应力增量，这种应力增量不会引起显著变形，却会导致疲劳裂纹或脆性破坏，对此采用疲劳分析；

工作循环最低温度：

在底下敷设时温度为10℃ ，计算管道固定点时 ，要考虑最大温差 ，当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 。

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管网布置

热力管道布置要力求短直，主干线要通过热用户密集的区域，并且要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；

管道最好不要穿越电石库等场所，因为汽、水泄露会在这些场所引发事故，管道也最好不要穿越建筑扩建地和物料堆放地，并且要尽量减少与公路、铁路、沟谷、河流的交叉，交叉时可采用拱形管道。

布置时应尽量利用管道的自然弯角来作为管道受热膨胀的自然补偿，采用方形补偿器时，要尽可能将其布置在两固定墩之间的中心点上，因地方限制等原因，需保证短边管道不小于全长管段的三分之一 。

一般热力地沟分支处都要设置检查进或人孔，直管段长度在100到150m之间且无分支时，同样要布置检查进或人孔，所有管道上都必须设置阀门，并且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；

蒸汽管道的最低点要布置疏水阀，被阀门截断的各蒸汽的最低点要布置疏水阀，垂直升高管段前的最低点要布置疏水阀，间隔100 - 150m直管段等各点要布置疏水阀；

8）热水管段最低点放水、最高点放气；

直埋敷设的管道，其坡度要大于或等于千分之二，管沟敷设的管道，其坡度同样要大于或等于千分之二，进入建筑物的管道，坡向干管；

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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；

跨越沟谷的时候，最好架空布置。跨越河流的时候，最好沿桥或栈桥布置成拱形管道。要注意，管道底部标高需高于最高洪水位0.5m以上 。

地上敷设的管道，能够与其他管道一同敷设在同一个管架上，借助相互牵扯力，也就是技术性，来减少管架数，这体现了经济性；

在湿陷性黄土层敷设时，应采用架空敷设方式，在腐蚀性大的土层敷设时，也应采用架空敷设方式，在永久性冻土层敷设时，同样应采用架空敷设方式；

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；

路面不允许对管道进行开挖，或者存在管道数量多、管径大以及管道垂直高度≥1.5m等情况时，采用通行地沟敷设；

地面不允许进行开挖，架空存在不合理的情况，或者管道采用单排水平布置，地沟宽度受到了限制，这种情况下适宜采用半通行地沟；

河底敷设管道要选在较深且稳定的河段，对于1 - 5级航道河流，管沟覆土深度需在航道底设计标高2m以下，对于其他河流，管沟覆土深度要在1m以下；

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直埋敷设方式

不使用补偿器，不使用固定支架，完全依靠管道的自然变形，完全依靠土壤的约束，这就是无补偿的情况。有冷安装无补偿直埋这种方式，其施工简单，不过要防止轴向失稳，还有预热安装无补偿直埋这种方式，第二种方式是在供热管网工作之前进行预热，进而产生一个预拉应力，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，预热安装无补偿直埋有敞槽预热及覆土预热两种，覆土预热需设置一次性补偿器；

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，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。

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热伸长

管道内介质温度发生变化，引起管道热涨、冷缩效应，同时使管壁产生巨大应力，当应力超过管材强度极限时，管道会发生破坏。计算公式为：L=αL（t1-t2)x1000，单位为mm；

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补偿装置分类及优缺点

自然弯管补偿包括L型、Z型、空间立体弯，其优点是简单、可靠，缺点是变形会产生横向位移，L型角度区间最好在120°到90°，或者小于150° 。

方形补偿器由四个90°弯头组成，它具有制作方便的优点，补偿能力大，轴向推力较小，其缺点是单向外伸臂较长，占地大，它常用四种形式：

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：

缺点是强度低，补偿能力小，轴向推力大，波节以3至6个为最佳，安装前需先进行冷紧，冷紧值为热伸长量的一半。

球形补偿器：

通过球形管接头的随机弯转来解决热胀冷缩的问题，这种方式对于三向位移的蒸汽最为适用，对于三向位移的热水也最为适用。

优点：占地小，不存在推力；缺点存在侧向位移，易漏水漏汽;

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热网附件布置要求与设施

热力网干线的开始节点要安装关断阀门，支干线的开始节点要安装关断阀门，支线的开始节点也要安装关断阀门，干线除了安装关断阀门外，还应按照距离间隔安装分段阀门，以此提高管网可靠性，不过蒸汽管网可不设置分段阀门，并且关断阀门和分段阀门都采用双向密封阀门 。

对于≥DN500管道的阀门，最好选用电动的。≥DN500的热力干线，在低点位置，在垂直升高管段之前，在分段阀门之前，最好设置阻力比较小的永久性除污器；

直埋敷设的套筒应设检查井，直埋敷设的波纹补偿器应设检查井，直埋敷设的阀门应设检查井，直埋敷设的放水应设检查井，直埋敷设的除污器等附件应设检查井，检查井设置要求：

净空高度要大于或等于1.8米，人行通道要大于或等于0.6米，管道保温下表面与地面的距离要大于或等于0.6米，人孔数量要大于或等于2个，直径要大于或等于700毫米，净空面积小于4平方米时可设1个人孔，要最少设置一个在人孔下方的集水坑，爬梯高于4米时要设置护栏或平台，更换附件不能从人孔进出时应在顶板上设置安装孔 。

管道活动支架应采用滑动支架，或者采用刚性吊架，当有垂直位移的情况时，应采用弹簧支架、吊架；

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管材和附件选择

管道管材选用Q235B、20钢，其设计参数符合要求，压力P≤2.5MPａ，温度T≤３００℃，公称直径≥DN２００时，选用螺旋缝电焊钢管，公称直径＜DN２００时，选用无缝钢管，采用焊接链接，放气阀门≤２５时，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；

预制保温管及管件参考相关规范，其符合规定要求，轴向剪切应力要大于或等于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；

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保温验算

供水管和回水管的温度场不一样，二者相互传热会产生影响，所以要计算热损失，以此确保保温表面温度小于50℃，计算内容主要有保温厚度、热损失、保温层外表面温度、保温管周围土壤温度；

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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；

小折角大于规范要求，此时要利用好小折角、弯管、Ｌ型之间的相互组合，注意在组合时，要准确确定驻点。

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分支点基本布置要求

１）管道分支点干管轴向热位移≤５０ｍｍ；

ＤＮ≤５００的支管能够从干管直接引出，在支管需要设置固定墩，或者设置轴向补偿器，或者设置弯管补偿器，并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;

轴向补偿器的方向要和管道轴向保持一致，它与分支点的距离要大于或等于1.5Le，同时也要大于或等于12m，它与转角的距离同样要大于或等于1.5Le，并且大于或等于12m，它与变坡点的距离还是要大于或等于1.5Le，且大于或等于12m，在进行设计的时候，要选取这两个数值中的最大值；

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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；

局部应力集中时，一次应力的当量应力变化≤3倍钢材许用应力，二次应力的当量应力变化≤3倍钢材许用应力，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；

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单位摩擦力的计算，它与土壤应力、管重等相关，其过程比较复杂，需参考规范计算公式。

最小摩擦力系数比国外的小，这增大了计算时的过渡段长度，相应地补偿器的补偿量会变大，从而对补偿器起到一定的安全余量。

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管道的许用应力根据抗拉强度与屈服极限两者之中的最小值来取值确定，实际上是依照

屈服极限来取，由于屈服极限小于抗拉强度；

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壁厚计算

壁厚承受内压力，需要进行计算，主要计算最小壁厚，还要计算管道壁厚附加值，将这两者相加得出公称壁厚。

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直管段应力验算

直管段主要进行屈服温差的计算，直管段主要进行当量应力变化范围的计算，直管段要判定是否屈服，直管段要判定平面布置是否应有锚固段 。

当直管段屈服温差大于循环最高温度与安装温度的温差时，管道会进入屈服状态，进而产生塑性变形。相反，当屈服温差小于最不利循环温差时，管道会保持弹性体状态。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，且不安全，设计时需考虑）

首先进行直管段当量应力计算，需先计算锚固段应力，若锚固段应力小于3倍许用应力，这表明锚固段满足应力验算条件，由于锚固段是管网应力最高处，所以可以确定过渡段必然满足要求，如此一来，在平面布置时，直管段的长度能够无限长；

若上面判定不能满足，锚固段大于3倍许用应力，那么在平面布置中不应该出现锚固段，而应全部为过渡段，并且过渡段长度必须限定，要利用规范第二个公式计算，得出小于多少直管过渡长度 。

在进行验算之后，开展直管段过渡段最大长度的计算，开展直管段过渡段最小长度的计算，进行过渡段内任一截面最大轴向力的计算，进行过渡段内任一截面最小轴向力的计算。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，都等于锚固段起点的轴向力，并且最大轴向力≤锚固点的轴向力，这种情况要考虑活动端阻力。

锚固段最大轴向力的计算，在循环温差低于屈服温差时，轴向力取决于温升值。锚固段最小轴向力的计算，在循环温差低于屈服温差时，轴向力取决于温升值。锚固段最大轴向力的计算，在循环温差高于屈服温差时，因出现了塑性变形，轴向力达到最大值，即极限轴向力。锚固段最小轴向力的计算，在循环温差高于屈服温差时，因出现了塑性变形，轴向力达到最大值，即极限轴向力。

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直管段局部稳定性验算

直管段局部稳定验算适用于管径大于DN500的管道，对于管径小于或等于DN500的管道，不需要进行验算；

验算主要判定径厚比，验算主要判定径向变形量，计算时参照规范判定公式 。

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弯头应力验算

弯矩作用下会产生最大环向应力，０.５内压作用下也会产生最大环向应力，这两者之和要小于等于３倍许用应力，因为验算点是应力变化幅度，内压环向应力取一半，实际上弯头的强度验算是按照疲劳分析来进行的 ；

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管道竖向稳定性验算

要求单位长度管道上，有垂直分布荷载，且该荷载要大于或等于与管道最大轴向力相关的值。

原因：存在轴向力的管道，在轴向法线方向会有凸出趋势，这种凸出趋势进而使管道产生弯曲倾向，因此需要进行验算；

措施：减小管道轴向力，加大覆土深度；

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热伸长计算

包括确定驻点位置，该位置按最小摩擦力下的最大过渡段计算，在对于驻点处的过渡段选择补偿器时，余量取20％ 。

对于处于弹性、部分进入塑性状态的管段，需进行热伸长量计算，对于部分进入塑性的管段，其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；

补偿器热伸长量的余量，一般取1.1的系数，当过渡段一端为驻点时，其热伸长量要大于或等于1.2倍热伸长量，且小于或等于1.1倍最大过渡段计算出的热伸长；

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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；