城市供热热力管网课程设计.doc

本科课程设计说明书题 目：银川市竹轩度假村热力管网工程设计I摘要本设计名为银川市竹轩度假村外网设计。随着国家计量供热的逐步推行，供热行业面临着新的机遇和挑战。计量供热是供热行业从粗放型管理方式向精细型管理方式的一次深刻转变。计量供热的主目标是节能环保。计量供热的成功实行必须依托高精确的热网调控。而热网的高精确调控基础是热网的设计和建设。这对我们供热系统的设计人员和施工人员提出了新的更高的要求。能否设计出满足热网精确调控需求的供热系统是当前我们设计人员面临的一道重要难题。供热工程是现代化城市重要的基础设施，也是城市公共事业的一项重要设计。各地区都努力从现有条件出发，积极调整能源结构，研究多元化的供热方式，实现供热事业的可持续发展，实现计量供热的节能目标。计量供热不仅能给城市提供稳定的可靠地高品位热源，改善人民生活环境。而且能节约能源，减少城市污染。有利于城市美化，有效地利用城市空间。城市供热管网的设计，首先要在总体规划的指导下，既要为今后的发展留有余地，又要实事求是的对热负荷进行调查和计算。在了解热负荷的性质、类别、用途等多方面现场的资料后，进行供热外网的设计。本次设计以节能建筑的热指标为基础，以热网的精确调节为最终目标，尽量降低热网的各项指标，尽量应用精确调节的阀门和设备，为计量供热打好基础。 本设计以经济、环保、节能为原则，通过借鉴以前的设计方法和经验，采用了合理的技术措施，使设计的各个系统达到了很好的使用效果。 关键词：集中供热；换热站；节能；目 录摘 要1第一部分第一章 绪 论3第二部分第二章 热负荷计算52.1 原始资料52.2 负荷计算5第三章 供热系统方案的选择9 3.1 系统热源型式及热媒的选择93.2 供热管道的平面布置类型93.3 供热管道的定线原则93.4 管道的保温与防腐103.5 热水管网的系统的定压方式10第四章 供热管网的水力计算及水压图124.1 供热管网的水力计算124.2 水压图的绘制22设计小结25参考文献26第一部分第一章 绪 论 一、我国城市供热的技术走向1，我国城市集中供热的技术方向，主要采用热电联产的型式，这是我国当前的具体情况决定的。当然，集中供热的首要前提是节约能源，但是当前我国电力紧张的局面也是不能忽视的。在供热的同时，生产一定量的电力，也能缓解部分用电的需要。2，落实热负荷，是集中供热一切要素之首。没有准确的热负荷，热电站的建设将似海滩上的建筑，不仅不能节约燃料，更无经济效益可谈。3，目前，我国建设资金短缺，无论是建设热源还是管网，耗资都相当大。因此，改造老凝汽式电站为热电厂，既可大大降低投资，也可缩短工期，且运行效益可立竿见影。这是集中供热应优先考虑的热源。4，尽可能在老厂扩建供热机组，降低生产与非生产设施投资，并且技术上有比较强的后盾，安全生产有比较可靠的保证。5，热源内机组参数的选择，应优先选用较高参数的机组。12MW及6MW容量机组，宜选用次高压；3MW及以下机组宜选用中压机组。总之应尽可能少用和不用次中压或低压机组。6，热源内机组型式的选择，宜以背压机组带基本负荷，在多台机组中可选用一台抽汽冷凝机组，以增加负荷调节的灵活性。7，在大、中城市采暖负荷较大时，宜选用大容量的两用机组，采暖季节降低部分电负荷供热，非采暖季节仍恢复正常运行，节能效益是非常理想的。8，近年发展起来的循环流化床锅炉，具有许多优点：煤种适应范围广；适应负荷变化范围50%100%；热效率较高；易于脱硫且投资少，适宜作建筑材料。9，集中供热方案的优化方面，现已有北京水利电力经济研究所、清华大学等单位研制了优化软件，它包括热源布点优化、热源机组组合选型优化、热力管网管径、路径优化、并可计算热力规划或可行性研究报告有关技术经济指标等。今后应广泛应用，以节约能源，降低投资，提高效益。二、设计目的及意义课程设计的目的主要是对已经学过的专业知识的进一步加深，分析总结和解决实际问题的一次实践教学环节，也是我在大学四年所学专业知识的综合训练。它对提高我们的个人素质，增强就业后的竞争能力至关重要。学生在课程设计实践的基础上，综合运用所学的专业知识，参考国家有关规范标准、工程设计图集及其它参考资料，能够比较系统地掌握专业设计的计算步骤、方法。独立完成课程设计任务，培养自己分析和解决实际工程问题的能力，熟练一定电脑绘图能力和文字处理能力，为以后顺利走向工作岗位奠定良好的基础。三、设计指导思想目前，我国的能源紧张是影响我国经济发展的重要因素，并被认为是当今世界具有普遍性的问题。我国能源发展的速度比较缓慢但是能源浪费却十分严重，所以本工程的设计应该尽量的节约能源，提高能源的利用率，要因地制宜地确定综合利用能源的供热方案，同时结合我国的国情和社会主义建设初级阶段资金短缺等实际困难，在确定设计方案时也要力求节俭，减少工程造价。本设计就是在遵循经济合理的前提下，经过经济分析比较后，设计小区集中供热系统以及给排水系统。第二部分 小区管网系统设计第2章 热负荷计算2.1 原始资料2.1.1 设计地区气象资料(银川市)2.1.1.1 冬季室外供暖计算温度： tw= -152.1.1.2 采暖期日平均温度： tp = -5.52.1.1.3 冬季主导风向：C39% N12%2.1.1.4 冬季室外平均风速： vpj = 1.7 m/s2.1.1.5 冬季采暖天数： 126天2.1.1.6 最大冻土深度： 103 cm2.1.2 土建资料小区平面布置图，包括道路走向、建筑物分布、建筑面积、建筑用途、区域的地形标高和位置坐标。2.1.3 热媒低温热水 60/50；有城市管网供0.6MPa的饱和蒸气2.1.4 采暖方式 采用对流辐热式钢铝散热器2.2 负荷计算2.2.1 集中供热系统热负荷的概算2.2.1.1 集中供热系统 集中供热系统系统指的是以热水或蒸汽作为热媒集中向一个具有多种热用户的较大区域供热的系统.2.2.1.2 热负荷的类型 (1)按性质分为两大类:一类是季节性热负荷,它与室外温度、湿度、风向、风速和太阳辐射热等气候条件密切相关,起决定性作用的是室外温度在全年中有很大的变化.另一类是常年性热负荷主要取决于生活用热和生产状况,其日变化较大,而在全年的变化较小.(2)按热用户的性质分:a、供暖设计热负荷； b、通风设计热负荷；c、生产工艺热负荷 d、生活用热的设计热负荷2.2.1.3 热负荷的计算方法 供暖设计热负荷采用面积热指标法和体积热指标法. 通风热负荷采用体积热指标法. 生产工艺负荷主要取决于工艺工程性质,用热设备和工作制度2.2.2 热负荷的计算2.2.2.1 采暖设计热负荷的计算采暖热负荷使城市集中供热系统中最重要的负荷,它的设计热负荷占全部设计热负荷的80%-90%以上（不包生产工艺用热）,供暖设计热负荷的概算可采用面积热指标进行计算。具体的计算公式方法如下：以下公式取自供热工程P114页6-2公式。 Qn =qfF10-3 KW （2-1）式中 Qn建筑物的供暖设计热负荷,KW； qf建筑物供暖面积热指标,； F建筑物的建筑面积,。建筑物供暖面积热指标的推荐取值如表2-1所示 表2-1 建筑物供暖面积热指标推荐值 建筑物类型住宅学校办公旅馆主楼食堂热指标（）3250404045 注：1、本表摘自城市热力网设计规范CJ34-90,1990年版； 2、热指标中已包括约5%的管网热损失在内。表2-2 各建筑物供暖面积与热负荷汇总表建筑编号建筑总面积热指标热负荷Q（KW）1#客房楼7600403042#客房楼A352040140.82#客房楼B352040140.83#客房楼A17604070.43#客房楼B17604070.43#客房楼C17604070.43#客房楼D17604070.44#客房楼6600402645#客房楼268040107.26#客房楼268040107.21号别墅12003238.42号别墅5803218.563号别墅6603221.124号别墅5203216.645号别墅11503236.86号别墅9603230.727号别墅11603237.128号别墅7603224.32主楼330004013201#培训中心8200504102#培训中心130050653#培训中心3000501504#培训中心17005085办公楼12600506301#职工食堂13204559.42#职工食堂11604552.2高级职工宿舍510045229.5 根据表2-2可知总供热面积为108010，总采暖热负荷为4570.38KW。2.2.2.2 年负荷的计算 Qn = 0.864Qnpn （2-2）式中 Qn采暖年耗热量，KJ； Qnp采暖平均热负荷，KW； n采暖期天数。其中 （2-3）式中 室内计算温度，； 供暖室外计算温度，； 采暖期日平均温度，； 供暖设计热负荷，根据表2-2可知=4570.38KW。根据上式可得Qnp =(18+5.5)/(18+15)4570.38KW =3254.66 KW采暖期年耗热量Qn=0.8643254.66126 KJ=354315.31 KJ第三章 供热系统方案的选择3.1 系统热源型式及热媒的选择 根据对住宅小区的调查，该小区有如下特点：(1)小区处于建设阶段，且规划负荷只采暖热负荷无生活热水热负荷；(2) 该区域内建筑物以住宅为主，间有职工食堂宿舍、别墅及办公楼、培训中心，且该区热负荷较集中。(3)小区建筑总面积为10.801万m2，设计总热负荷为4570.38KW。基于上述特点，本规划以汽-水换热站作为供热热源，以热水作为小区供热管网的热媒，换热站设在变电室下方空隙位置。3.2 供热管道的平面布置类型供热管道平面布置图示与热媒的种类、热源和热用户相互位置及热负荷的变化热点有关，主要有枝状和环状两类。枝状网比较简单，造价较低，运行管理比较方便，它的管径随着到热源的距离增加而减小，其缺点在于如没有供热的后备性能，即一旦网路发生事故，在损坏地点以后的所有用户均将中断供热。环状网路的主要优点是具有供热的后备性能，可靠性好，运行也安全，但它往往比枝状网路的投资要大很多。 本设计中，力争做到设计合理，安装质量符合标准和操作维护良好的条件下，热网能够无故障的运行，尤其对于只有供暖用户的热网，在非采暖期停止运行期内，可以维护并排除各种隐患，以满足在采暖期内正常运行的要求，加之考虑到目前我国的国情，故设计中的热力网型式采用枝状网。3.3 供热管道的定线原则（1）敷设方式: 管线采用无沟（直埋）敷设方式。目前最多采用的型式是供热管道、保温层和保护外壳。三者紧密粘接在一起，形成整体式的预制保温管结构型式。（2）经济上合理，主干线力求短直，使金属耗量小，施工方便，主干线尽量走热负荷集中区，管线上所需的阀门及附件涉及到检查井的数量和位置，而检查井的数量应力求减少。（3）技术上可靠，线路尽可能走地势平坦，土质好，水位低的地区，尽量利用管段的自然补偿。（4）对周围环境影响少而协调，少穿主要街道，城市道路上的供热管道一般平行于道路中心线，并尽量敷设在车道以外的地方。（5）穿过街区的城市热力管网应敷设在易于检修和维护的地方。（6）通过非建筑区的热力管道应沿公路敷设。（7）热水管道在最低点设放水阀，在最高点设放气阀，管线布置见管线平面图。3.4 管道的保温与防腐（1）直埋敷设管道保温采用预制保温。首先在管道上涂耐热防锈漆两遍，外用玻璃棉毡捆扎再用镀锌丝缠绕，用密纹玻璃布包扎做为保护层，表面涂冷底子油2遍。（2）保温。 地下直埋管道保温通常采用预制保温管，采用采用氰聚塑预制保温管。为增加保温层的耐久性和分辨各种介质的管道在保护层外涂刷颜色漆。（3）管道的防腐涂料选用铁红防锈漆。（4）水压实验，实验压力为工作压力的1.5倍。管道系统安装后，进行实验，十分钟内压力下降不大于0.05MPa ，不漏为合格。（5）热力管道严密性实验合格后，须清除管内留下的污垢或杂物，热水及凝结水管道以系统内可能达到的最大压力和流量进行清水冲洗，直至排出口水洁净为合格。3.5 热水管网的系统的定压方式为实现热水管网设计水压图的运行工况，必须通过设置定压装置，采用一定的定压方式，来维持热水供热系统中定压点压力恒定。供热系统在运行或停止状态下，压力始终保持不变的店成为恒压点。供热系统在无泄漏补水，并忽略热水体积膨胀时，恒压点的压点的压力值是唯一的，且等于静水压线值。恒压点的位置一般在系统循环水泵入口处，也可以在系统的任何一点，视供热系统的形式而定。维持恒压点压力恒定不变是热水供热系统正常运行定的基本条件。热水供热系统由于不严密，产生漏水损失，将引起系统内压力的波动。维持热水供热系统内热媒压力一定或在一定范围内波动，必须不断的向系统内补水。所以热水供热系统的定压系统往往和补水系统同时考虑。热水网路常用的定压方式有膨胀水箱定压，补给水泵定压，惰性气体定压，蒸汽定压等。补给水泵定压方式是目前国内集中供热系统最常用的一种定压方式。补给水泵定压方式主要有三种形式：(1)补给水泵连续补水定压方式(2)补给水泵间歇补水定压方式(3)补给水泵补水定压设在旁通管处的定压方式间歇补水定压方式要比连续补水定压方式少耗一些电能，设备简单，但其动水压曲线上下波动，不如连续补水方式稳定。间歇补水定压方式宜使用在系统规模不大，供水温度不高、系统漏水量较小的供热系统中；对于系统规模较大，供水温度较高的供热系统，应采用连续补水定压方式(见图3-6)。图 3-4 补给水泵连续补水定压方式示意图说明：1-补给水箱 2-补给水泵 3-安全阀 4-加热装置 5-网路循环水泵 6-压力调节阀 7-热用户上述三种补水定压方式，其定压点都在网路循环水泵的吸入端。对于大型的热水供热系统，为了适当地降低网路的运行压力和便于网路的压力工况，可采用定压点设在旁通管的连续补水定压方式，使旁通管不断通过网路水。网路循环水泵的计算流量，要包括这一部分流量，因此多耗电能。鉴于本设计中供热系统规模不大、供热温度不高所以选择间歇性补水定压方式。第四章 供暖管网的水力计算及水压图4.1 供暖管网的水力计算4.1.1 计算方法 本设计中的水力计算采用当量长度法。4.1.2 水力计算的步骤（1）确定网路中热媒的计算流量 （4-1）式中 供暖系统用户的计算流量，T/h； 用户热负荷，KW； 水的比热，取=4.187KJ/Kg； /供热网路的设计供回水温度，。表4-1 建筑热负荷与流量计算表序号采暖热指标面积热负荷流量1 客房楼40760030426.1442 客房楼A403520140.812.1088B403520140.812.10883 客房楼A40176070.46.0544B40176070.46.0544C40176070.46.0544D40176070.46.05444 客房楼40660026422.7045 客房楼402680107.29.21926 客房楼402680107.29.2192别墅132120038.43.302423258018.561.5961633266021.121.8163243252016.641.43104532115036.83.164863296030.722.64192732116037.123.1923283276024.322.09152主楼40330001320113.52培训中心150820041035.262501300655.59350300015012.94501700857.31办公楼501260063054.18职工食堂145132059.45.1084245116052.24.4892高级职工宿舍455100229.519.737总热负荷4570.38总流量393.05268（2）确定热水网路的主干线，及其沿程比摩阻，根据城市热力网设计规范，比摩阻R取60Pa/m。（3）根据网路主干线各管段的流量和初选的R值，确定主干线各管段的公称直径和相应的实际比摩阻。（4）根据选用的公称直径和管中局部阻力形式，确定管段局部阻力当量长度Ld及折算长度Lzh。（5）根据管段折算长度Lzh的总和利用下式计算各管段压降P。 （4-2）式中 管段压降，Pa； 管段的实际比摩阻，Pa； 管段的实际长度，m； 局部阻力当量长度。（5）根据管段折算长度Lzh的总和利用下式计算各管段压降P。 （4-2）式中 管段压降，Pa； 管段的实际比摩阻，Pa； 管段的实际长度，m； 局部阻力当量长度。（6）确定主干线的管径后，就可以利用同样方法确定支管管径，为了满足网路中各用户的作用压差平衡，必须使各并联管路的压降大致相等，故并联支线的推荐比摩阻Rtj需用式（4-3）进行计算 Rtj=P/Lzh (4-3)式中 Rtj推荐比摩阻，Pa/m；P资用压降，即与直线并联的主干线的压降，Pa；Lzh考虑局部阻力的管段折算长度，Lzh=L1.3,m;根据式（4-3）可得到支线的推荐比摩阻，结合管段的流量可利用参2中的表4-2确定支线的公称直径、实际比摩阻及实际压降。对于实际压降过小的管段为维持网路平衡，可安装调节孔板或小管径阀门来消除剩余压头，节流孔板的消压可查表选取或者按式（4-4）进行计算 （4-4）式中 G热媒流量，Kg/h；调压板消耗压降，Pa。4.1.3 热水网路各管段的水力计算图4-1 管道水力计算示意图根据水利计算图：图4-1，进行管段的编号，从热源到最远热用户1#客房楼的管段是主干线。首先，先取主干线的平均比摩阻在4080Pa/m范围之内，确定主干线各管段的管径。管段AB:计算流量G=393.05268t/h根据管段AB的计算流量和Rm值得范围，由城市供热工程附表4-1可确定管段AB的管径和相应的比摩阻Rm值，即 d=300mm，R=76.7Pa/m管段AB中局部阻力的当量长度ld可由城市供热工程附表4-2查出，得闸阀 14.71=471m 局部阻力当量之和 ld=4.71m管段AB的折算长度 lzh=4.71+19.15=23.86m管段AB的压力损失 p=Rlzh=23.8676.7=456.919Pa用同样的方法可计算其他各管段，确定其管径和压力损失，将局部阻力当量计算列入表4-2中，将各管段的水力计算列入表4-3中。管段编号管径闸阀分流三通异径接头弯头局部阻力当量长度之和直通管分支管MN1254.44.4101.62ML1254.40.4497.66L3802.564.9520.49L2802.564.9519.46L11001.653.344.46KL1501.6870.97JK1505.60.56102.24J8500.657.2839.51J7501.311.76J6501.31.9638.38J565216.73J4501.31.968.33J3802.553.68J2501.31.965.2J1801.2831.09IJ2008.4147.54I66517.2814.82I56520.242.62I4652314.04I3802.550.268.2I2802.563.8211.87I11001.6534.77HI2008.4120.55H6320.657.2837.16H5320.750.140.43H4401.31.4511.38H3501.39.9H2321.31.1317.65H165139.51GH20010.996.63FG2008.466.51F1321.314.78EF2008.40.8423.14E81001.653.30.3321.99E7652339.17E61254.443.53E5802.563.8216.38E41254.40.4417.14E365238.91E21507.2815.64E11502.24112.46DE25011.161.69D6320.657.2810.04D5320.75085.44D4401.31.458.19D3501.30.132.79D2501.31.9610.97D165131.76CD25011.11.181.63C41252.27.2839.97C31254.40.4483.3C21003.34.9528.52C11502.2434BC30013.919.3B41502.241.6833.32B31505.635.91B2401.31.9616.95B11502.2466.39AB3004.7123.86表4-2 局部阻力当量长度计算表管段编号管段长度流量管径流速局部阻力当量长度之和压力损失PMN92.8226.1441250.61101.624227.392ML57.6726.1441250.6197.664062.656L312.9812.1088800.6620.491702.719L211.9512.1088800.6619.461617.126L139.5124.21761000.8944.465099.562KL69.2950.36161500.8270.974173.036JK96.0850.36161500.82102.246011.712J831.586.0544500.939.5111442.096J711.766.0544500.911.763405.696J635.126.0544500.938.3811114.848J514.7312.1088650.9316.733483.186J45.076.0544500.98.332412.368J31.1318.16328013.68689.632J21.946.0544500.95.21505.92J129.8124.2176801.3331.0910356.079IJ139.1474.57922000.64147.543452.436I66.549.2192650.7114.821745.796I540.429.2192650.7142.625020.636I49.049.2192650.7114.041653.912I35.3918.4384801.018.21576.04I25.4922.704801.2511.873475.536I133.1241.14241001.5234.7711658.381HI112.15115.72162001120.556835.185H629.231.81632320.6137.168959.276H539.681.81632320.6140.439747.673H48.633.1648400.7311.382974.732H38.64.98112500.749.91956.24H215.221.43104320.4817.652633.38H138.516.41216650.539.512307.384GH85.73122.133762001.0596.636097.353FG58.11122.133762001.0566.514196.781F113.482.64192320.914.787580.662EF13.9124.775682001.0723.141483.274E816.7135.261001.321.995416.137E734.177.31650.5639.172831.991E639.1342.571251.0143.534779.594E51012.9800.7116.381547.91E412.355.471251.3117.143208.608E33.915.59650.438.91395.604E28.3661.06150115.641349.732E1110.2261.061501112.469705.298DE50.59185.83568250161.692671.177D62.111.59616320.5410.041869.448D584.691.59616320.5485.4415908.928D45.442.09152400.518.191018.836D31.363.68768500.542.79297.135D27.713.19232500.4710.97880.891D130.766.88650.5331.762140.624CD69.43192.715682501.0481.633779.469C430.4954.181251.2839.977174.615C378.4654.181251.2883.314952.35C220.2729.33461001.0828.524862.66C131.7683.51461501.37345494.4BC5.4276.230283001.0519.3731.47B429.4113.521501.8733.329946.02B330.31113.521501.8735.9110719.135B213.693.3024400.7616.954815.495B164.15116.8224150266.3921012.435AB19.15393.052683001.523.86456.919表4-3 水力计算统计表回路计算数据管段编号管径闸阀汇流三通异径接头弯头局部当量长度之和直通管分支管MN1254.46.6103.82ML1256.60.4499.86L3802.563.8219.36L2802.563.8218.33L11001.656.647.76KL1501.6870.97JK1508.40.56105.04J8500.657.2839.51J7501.9611.76J6501.32.6239.04J565317.73J4501.32.628.99J3803.824.95J2501.32.625.86J1801.2831.09IJ20012.6151.74I66517.2814.82I56530.243.62I4652415.04I3803.820.269.47I2802.565.113.15I11001.6534.77HI20012.6124.75H6320.657.2837.16H5321.130.140.91H4401.31.9411.87H3501.9610.56H2321.31.518.02H165139.51GH20010.996.63FG20012.670.71F1321.314.78EF20012.60.8427.34E81001.654.950.3323.64E7652440.17E61256.645.73E5802.565.117.66E41256.60.4419.34E365249.91E21507.2815.64E11502.24112.46DE25016.767.29D6320.657.2810.04D5321.13085.82D4401.31.948.68D3501.960.133.45D2501.32.6211.63D165131.76CD25016.71.187.23C41252.27.2839.97C31256.60.4485.5C21003.36.630.17C11502.2434BC30020.826.2B41502.241.6833.32B31508.438.71B2401.31.9416.93B11502.2466.39AB3004.7123.86表4-4 局部阻力当量长度计算表管段编号管段长度流量管径流速比摩阻局部阻力当量值和压力损失PMN92.8226.1441250.6141.6103.824318.912ML57.6726.1441250.6141.699.864154.176L312.9812.1088800.6683.119.361608.816L211.9512.1088800.6683.118.331523.223L139.5124.21761000.89114.747.765478.072KL69.2950.36161500.8258.870.974173.036JK96.0850.36161500.8258.8105.046176.352J831.586.0544500.9289.639.5111442.096J711.766.0544500.9289.611.763405.696J635.126.0544500.9289.639.0411305.984J514.7312.1088650.93208.217.733691.386J45.076.0544500.9289.68.992603.504J31.1318.1632801187.44.95927.63J21.946.0544500.9289.65.861697.056J129.8124.2176801.33333