毕业论文范文——开封市某小区供热管网及换热站设计

I 本科毕业设计（论文） 开开封封市市某某小小区区供供热热管管网网及及换换热热站站设设计计 专 业 名 称 建建筑筑环环境境与与能能源源应应用用工工程程 年 级 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院 年年 月月 日日 II 摘摘 要要 本工程为开封市某小区供热管网及换热站设计。小区内所有建筑物均为民用住宅， 四周为商业网点。小区占地面积约为 22 万，建筑面积约为 20 万。供暖热负荷 9.65MW，总循环水量 726.6t/h。 小区一次水供回水温 130/80，二次水供回水温 95/70。管网布置为闭式 双管异程式系统，枝状形式。采用补水泵定压方式，系统运行时，采用质调节调节方 式，以适应热负荷的变化。整个管道均为无补偿直埋敷设，所有管段采用预制保温管， 保温材料为聚氨酯，保护层为聚乙烯，由国家标准设计图集管道及设备保温 98R418 确定其保温层厚度，通过水力计算确定管径。 小区设一个地下换热站，内设 2 台型号为 SW1C+22 半即热式板式换热器，2 台型号 为 QPG100-315(A)的热水循环泵（一备一用），2 台型号为 QPGD6.3/50 的补水泵（一 备一用），卧式直通除污器。整个网路由绘制的水压图可知网路压力工况均满足技术 要求。 关键词关键词： 热负荷 热力交换站 III Abstract This project designed the heat supply pipe network and heatexchanging station in KaiFeng .All the buildings in this district are for residential use. Area covers approximately 220,000 and a building area of about 200,000 . Heating load 9.65W, with a total circulation stood 726.6t / h. Once water provides to return to water temperature 130 /80 , two waters provide to return to water temperature 95 /70 Adopt the way of patch water pump fix press.The pipe network is designed as seamless two-pipe system with tree-shaped. When the system is functioning, it adopt the quality flux regulates, in order to adapt to the changes of heat- load.The whole pipe is directly buried and self-compensated, the entire pipe sections are insulating constructive, (heat preservation material is polymer of ammonia and ester, protect layer is polyethylene). Design standards by the State Atlas “piping and equipment insulation“ 98R418 its insulating layer thickness, through hydraulic calculation to determine diameter. We establish one underground heat-exchanging station. In this station, there are two platform board type exchange heat organ, their model is SW1C+22，there are two platform cycle pump, QPG100-315(A)(with a prepared one) and there are two platform patch water pump，their model is QPGD6.3/50(with a prepared one). Drawing from the entire network of hydraulic pressure on the network map known conditions are met technical requirements Key words： heat-load Heat-exchange station. IV 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论1 第二章第二章 供热方案的确定供热方案的确定.3 2.1 集中供暖3 2.2 集中供暖热负荷3 2.2.1 集中供热系统热负荷的概算和特征.3 2.2.2 热负荷的计算.3 2.3 供热方案的确定及管道布置.3 2.3.1 供热方案的确定.3 2.3.2 热水供热管网平面布置型式.4 2.3.3 补偿器的选择及校核.4 第三章第三章 水力计算水力计算10 3.1 确定各用户的设计流量10 3.2 主干线水力计算10 3.3 支线水力计算.11 3.4 水压图绘制11 3.4.1 热水网路压力状况的基本技术要求.12 3.4.2 绘制热水网路水压图的步骤：.12 3.5 连接方式的确定.14 第四章第四章 热水供热系统的供热调节热水供热系统的供热调节15 4.1 供热调节15 4.2 直接连接质调节计算17 第五章第五章 换热站的形式选择换热站的形式选择19 5.1 换热站的形式选择.19 5.2 换热站的内部设备.25 5.2.1 循环泵的选择.25 5.2.2 补给水泵的选择.26 5.2.3 补水箱的选择.26 V 5.2.4 换热器的选择.26 5.2.5 除污器的选择.27 5.2.6 换热站换热设备的布置.27 第六章第六章 供热管道的选择及其附件供热管道的选择及其附件28 6.1 管材的选择及管道的链接.28 6.2 阀门的选择.29 6.3 管道的放气排水装置的布置.29 6.4 检查井的布置.30 6.5 供热管道的保温.30 第七章第七章 技术经济分析技术经济分析32 第八章第八章 结论结论35 致谢致谢36 参考文献参考文献37 附录附录38 河南理工大学本科学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 集中供热是指由集中热源所产生的蒸汽，热水，通过管网供给一个城市或 部分区域生产，采暖和生活所需的热量方式。集中供热是现代化城市的基础设 施之一，也是城市公用事业的一项重要设施。 集中供暖的优缺点有很多，比如： 提高能源利用率、节约能源。供热机组的热电联产综合热效率可达 85%， 而大型汽轮机组的发电热效率一般不超过 40% ；区域锅炉房的大型供热锅炉的 热效率可达 80%90%，而分散的小型锅炉的热效率只有 50%60%。 减少司炉人员及燃料、灰渣的运输量和散落量，降低运行费用，改善环境 卫生。 易于实现科学管理，提高供热质量。实现集中供热是城市能源建设的一项 基础设施，是城市现代化的一个重要标志，也是国家能源合理分配和利用的一 项重要措施。 集中供热的介质主要有蒸汽、热水。其中热水介质根据温度的不同又可以 分为高温循环水、低温循环水等，高温循环水一般是 80 度左右，而低温循环水 一般温度在 60 度左右。 集中供热不仅能给城市城市提供稳定，可靠的高品位热源，改善生活环境， 而且节约能源，减少污染，有利于城市美化，有效的利用城市有效空间。所以， 集中供热具有显著的经济效益和社会效益。 集中供热的发展，要充分考虑到城市的性质，地位，热负荷密度，气象条 件和发展规模等多方面因素，并和城市经济发展目标相适应，同时与能源建设 发展相协调。 集中供热系统中由于板式换热器流通截面小，湍流程度较低，易出现结垢、 堵塞的问题，是近几年集中供热系统出现的主要问题。 主要原因有： （1）循环水遇热结垢造成堵塞。 （2) 杂质进入管网造成堵塞。 （3）管道内壁生锈，形成铁锈泥造成堵塞。 造成的主要危害有： (1)能耗大幅度增加，运行成本上升。 (2)系统工作效率下降，影响供热效果。 河南理工大学本科学位论文 第一章 绪论 2 (3)缩短设备使用寿命。 对于供热系统而言，换热器板片结垢和微生物粘泥附着是影响其正常运行 的主要因素，其对供热系统的安全、正常和低成本运行影响极大，因而需定期 对板式换热器进行清洗，通过安全有效的清洗可达到如下目的：彻底清除循环 水系统内的各种水垢、微生物粘泥和腐蚀产物，确保系统安全正常运行，以及 较高的供暖效率；降低运行成本，大幅度节约能源，清洗后可使系统耗电量或 耗热量降低 20%30%左右；在消除腐蚀隐患的同时保护换热器板片，延长换 热器及管道设备的使用寿命。 长期以来集中供热系统中板式换热器都采用的都是化学酸洗，它包括有机 酸和无机酸（有机酸主要有：草酸、甲酸等。无机酸主要有：盐酸、硝酸等）。 这些化学清洗方式在不能有效解决问题的同时对设备本身以及人体、环境造成 严重损害。基于降低能耗和保护环境的理念，板式换热器清洗可采用高效环保 清洗剂，国内目前使用比较多的有福世泰克系列。与传统酸洗相比，他具有无 腐蚀无污染的特质，在集中供热系统对板式换热器的清洗起到了重要作用。 本设计为开封市某小区供热管网及换热站施工图设计。 目前，集中式供热是城市供暖的最主要方式，也是城市整体规划和布局的 方向。根据当地的地理位置，气象，地质，海拔高度，确定热力管网的铺设方 式为直埋无补偿铺设，供热调节采用分阶段改变流量的质调节。这样既满足用 户热负荷的需要，又节约了能源。从而使本次设计既经济又合理，符合设计的 宗旨。 设计的整个过程中，我认真的研究了设计的原始资料，并查阅了相关的书 籍、手册和各种资料，考虑到节能、环保的长久发展，通过经济分析和经济技 术比较，确定了系统的设计方案，进行了有关内容的详细计算。 但是，由于本人设计水平有限，在此次设计中，肯定有很多不足和考虑不 周的地方。虽然在设计过程中经过各位辅导老师的细心指导，已经改正了许多 错误，可还是可能存在许多纰漏之处，希望各位老师给予指正。 河南理工大学本科学位论文 第二章 供热方案的确定 3 第二章 供热方案的确定 2 2. .1 1 集中供暖 本设计为开封市某小区供热管网及换热站施工图设计。 目前，集中式供热是城市供暖的最主要方式，也是城市整体规划和布局的 方向。根据当地的地理位置，气象，地质，海拔高度，确定热力管网的铺设方 式为直埋无补偿铺设，供热调节采用分阶段改变流量的质调节。这样既满足用 户热负荷的需要，又节约了能源。从而使本次设计既经济又合理，符合设计的 宗旨。 2.2 集中供暖热负荷 2.2.1 集中供热系统热负荷的概算和特征 集中供热系统的热用户有供热、通风、热水供应、空气调节、生产工艺等 用热系统。这些用热系统热负荷的大小及其性质是供热规划和设计的最重要依 据。对集中供热系统进行规划或初步设计时，往往尚未进行各类建筑物的具体 设计工作，不可能提供较准确的建筑物热负荷的资料。因此，通常是采用概算 指标来确定各类热用户的热负荷。 2.2.2 热负荷的计算 一、热负荷计算公式 =q A/10 （2- h Q h 3 1） 式中，Qh-采暖设计热负荷（KW） qh-采暖热指标（W/m2） A-采暖建筑物的建筑面积（m2） 二、负荷计算 根据热力网设计规范可知住宅的采暖热指标在 4045（W/m2）,这里 取 qh=45(W/m2). 例如建筑楼 A-1 负荷计算： 由 CAD 图查得 A-1 单层单元面积得单元面积以及层数： A=455.68386=2734.1028（）。 代入公式得：Qh=45*2734.1028/103=123.034(kw) 同理，计算其他各个建筑楼热负荷，结果填入热负荷计算表于附录 1。 河南理工大学本科学位论文 第二章 供热方案的确定 4 2.3 供热方案的确定及管道布置 2.3.1 供热方案的确定 一、供热方案确定原则 集中供热系统方案的确定，应该根据国家合理利用能源的方针和政策，全 面地考虑热源、供热管网和热用户三个方面的因素，经过经济分析和经济技术 比较，全面的分析考虑各种因素，最后确定最佳方案。其总的原则是经济上合 理、技术上可靠，尽可能地达到,最小的投资费用,最小的运行费用,稀有材料消 耗最少,劳动力消耗最少。 能源得到充分合理利用，环保、可持续利用，工程在一定时期从全局看是 合理可行的。 二、供热方案的确定 根据计算完的总负荷并综合热源、管网和热用户热媒种类的情况，对工厂 的车间厂房或民用建筑和公用建筑，可采取不同的供暖方案；因本设计中的建 筑均为民用建筑，故可采用 95/70C 的低温水作为热媒。热网是集中供热系统 的主要组成部分，担负热能输送任务，热水供热管网的系统型式与热源位置， 热用户分布及其热负荷性质和大小以及地形地质条件等因素有关。热网系统型 式应遵循的基本原则是安全供热和经济性选择。又考虑到工程造价，对低层建 筑可采用直接连接，考虑到管道的保温问题，对管网的敷设采用直埋敷设，而 且采用将供热管道、保温层、和保护层外壳三者紧密粘结在一起，形成整体的 预制保温管结构(其详细材料及保温层结构见保温部分及保温层结构图)。 2.3.2 热水供热管网平面布置型式 热水供热管网平面布置型式主要有枝状和环状两大类。本设计采用枝状管 网。枝状管网布置简单，这种管网供热管道的直径，距热源越远越小，造价低， 运行管理方便。其缺点是没有供热的后备能力，当某点发生事故时，其后的所 有用户均被断绝供热。由于建筑物具有一定的蓄热能力，通常可采用迅速消除 热网故障的办法，以使建筑物室温不致大幅度地降低。 为了在热水管网发生故障时，缩小事故影响范围和迅速消除故障，在与干 管相连的管路分支处，及在与分支管路相连接的较长的用户支管处，均应装设 阀门。具体布置见小区平面布置图。 2.3.3 补偿器的选择及校核 解决管道受热伸长的方法，通常是在两固定点间，设置补偿器（又称伸缩 河南理工大学本科学位论文 第二章 供热方案的确定 5 器）来吸收管道的热伸长，以减少管道在运行过程中所产生的弯曲应力，保证 管道安全稳定运行。 补偿器习惯上也叫膨胀节，或伸缩节。由构成其工作主体的波纹管(一种弹 性元件)和端管、支架、法兰、导管等附件组成。 属于一种补偿元件。利用其 工作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原 因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移。 也可用于降噪减振。在现代工业中用途广泛。供热上，为了防止供热管道升温 时，由于热伸长或温度应力而引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器， 以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用 力。 轴向型主要用于补偿轴向位移，也可以补偿横向位移或轴向与横向的合成 位移，具有补偿角位移的能力，但一般不应补偿器用通用型补偿器来补偿角位 移。对管架设计的要求:1、安装轴向型补偿器的管段，在管道的盲端、弯头、 变截面处，装有截止阀或减压阀的部门及侧支管线进入主管线入口处，都要设 置主固定管架。主固定管架要考虑波纹管静压推力及变形弹性力的作用。 管道 除上述部位外，可设置中间固定管架。中间固定管架可不考虑压力推力的作用。 2、在管段的两个固定管架之间，仅能设置一个轴向型补偿器。3、补偿器一端 应靠近固定管架，若过长则要按第一导向架的设置要求设置导向架，横向型折 叠主要吸收横向位移和少量的轴向位移。 对管架设计的要求:1.装在管道弯头附近的横向型补偿器，两端各高一导向 支座，其中一个宜是平面导向管座。2.补偿器两侧的导向支座应接近补偿器， 支座的型式应使补偿器能定向运动。角向型折叠由接管，波纹管以及与接管相 连的一对铰链构成。它只能吸收单平面的角向位移。吸收位移时应有两个或者 三个角向补偿器组合使用，同时铰链具有承受内压推力能力。 工作温度 420，疲劳寿命 1000 次。对管架设计的要求:角向型补偿器宜两个或三个为 一组配套使用，用以吸收管道的横向位移，对 Z 形和 L 形管段两个固定管架之 间，只允许安装一个横向型补偿器或一组角向型补偿器。此时平面铰链销的轴 线必须垂直于弯曲管段形成的平面(万向铰链补偿器不受此限制)。 装有一组铰 链补偿器的管段，其平面导向架的间隙 亦可按上式计算。但是 L 长度应为两 补偿器铰链轴之间的距离，X 是整个垂直管段的热膨胀量。 补偿器的作用: 河南理工大学本科学位论文 第二章 供热方案的确定 6 （1）补偿吸收管道轴向、横向、角向冷热变形。 （2）波纹补偿器伸缩量，方便阀门管道的安装与拆卸。 （3）吸收设备振动，减少设备振动对管道的影响。 （4）吸收地震、地陷对管道的变形量。 补偿器的选用技巧补偿器采用矩形截面，圆角波形，管道中单个膨胀节承 受二维方向位移。由 2 个膨胀节组成的肘接管道可承受三维方向位移。矩形圆 角金属波纹膨胀节有全高、半高型、按照烟道尺寸，应力应变要求用户可多波 节选用。用户根据管系热位移情况选定了合适的补偿器以后，至少还得提供管 内的流通介质，烟风道的设计压力，运行时的最高温度，烟风道横截面的外形 尺寸(长、宽)所选用的波形(全高 216mm、半高 108mm)和波数(单个波纹单波数 不超过 6 波)，以便进行补偿器的结构设计和制造。每波最大允许膨胀量:全高 型=24mm 半高型=12mm。挡灰板:对风道或少尘的管道可以不采用， 对多尘的烟道应采用档灰板。为减少波纹管的波节数，应考虑冷拉 50%。补偿 器适用于截面面积小于 4.6 平方米以及烟风道外形尺寸中有一边小于 1.5m 但大 于 0.6mm 的场合。标准全高型波纹补偿器适用于所有的烟风道。选型折叠编辑 本段由于受到各方面的制约是相当复杂的，但是任何复杂的管系都可以选用若 干个固定支架在不同的部位选择不同的设置，将其分成若干形状相对简单的单 独管段，“Z Z“型管段和“ 型管段等，并分别确定各管段的变形及补偿量，由 于补偿器的种类很多，正确地选型是非常重要的，因此在管系的总体设计时， 应充分地考虑到管线的走向和支撑体系(包括固定管架、导向滑动管架等)的设 计和综合考虑补偿器的造型和配置，以示达到安全、合理、适用、经济的最佳 组合。 波纹管补偿器它是以波纹管为核心的挠性元件，在管线上再作轴向、横 向和角向三个方向的补偿。轴向型补偿器为了减少介质的自激现象。在产品内 部没有内套管，在很大程度上限制了径向补偿能力，故一般仅用以吸收或补偿 管道的轴向位移(如果管系中确需少量的径向位移，可以订货时予以说明其径最 大位移量):横向位移补偿器(大拉杆)主要吸收垂直于补偿器轴线的横向位移， 小拉杆横向位移补偿器适合于吸收横向位移，也可以吸收轴向、角向和任意三 个方向位移的组合:铰链补偿器(也称角向补偿器)。它以两上或三个补偿器配套 使用(单个使用铰链补偿器没有补偿能力)，用以吸收单向平面内的横向变形， 万向铰链(角向)补偿器，由两个或三个配套使用，可吸收三维方向的变形量。 材质分类金属波纹补偿器采用奥氏体不锈钢材料或按用户要求的材料制造，具 河南理工大学本科学位论文 第二章 供热方案的确定 7 有优良的柔软性，耐蚀性，耐高温性(-矩形补偿器 235 +450)，耐高压性 (最高为 32MPa)，在管路中可对任何方向进行连接，用以温度补偿和吸收振动、 降低噪声、改变介质输送方向、消除管道间或管道与设备间的机械位移等，双 法兰金属波纹软管对有位移、振动的各种泵、阀等的柔性接头尤为适用。 非金属织物构成其工作主体的弹性元件是非金属材质，通常是纤维织物有 橡胶材质,此种材质除了在超高温度(400 以上)情况下不能满足使用条件的情况 下,其他各种工况均可以替代纤维织物。主要生产非金属织物补偿器结构及性能 折叠该产品主要利用橡胶的独特性能。如高弹性、高气密性、耐介质性和耐候 性及耐辐射性等。采用高强度、冷热稳定性强的聚酯帘布斜交与之复核后经高 压、高温模压交联而成。内部致密度高，能承受较高压力，弹性变形效果优异。 产品结构设计断面弧高、曲线长、具有较大的多向唯一功能。特别适用于地质 条件复杂、沉降幅度大和管道运行中冷热变化频繁导致管道损坏的场所。利用 橡胶的弹性滑动转移和变形机械力的传热散逸功能有效地消除泵、阀及管道自 身的位移物理破坏。因橡胶属不良传导材料，所以它又是一种良好的降低震动 和噪声传递的理想环保产品。该产品设计内壁光滑，经实际测试，对介质的流 速，流量无任何影响，并且永不生锈。基本可以免除有效运动期内的维修. 产品特点其产品采用一次液压成型和机械成型技术，并辅助以计算机优化 设计、制造，具有尺寸准确、表面整洁无创伤、产品结构紧凑、补偿量大、无 泄漏、耐腐蚀、寿命长，便于安装、产品质量可靠等优点。同时也可根据用户 工作环境、条件以及疲劳破坏次数，为用户研制其它类型和用途的波纹补偿器。 该产品广泛应用于钢铁、石油、化工、冶金、电力、给排水、建筑等行业。 安装前，应先检查波纹补偿器膨胀节的型号、规格及管道的支座配置必须 复合设计要求。对带内衬筒的膨胀节，应注意使内衬筒方向与介质流动方向一 致(按膨胀节的流向标志安装)。平面角向型膨胀节的铰链转动屏幕应与位移平 面一致。需要进行“冷紧“的膨胀节，其预变形所用的辅助构件，应在膨胀节预 变形后拆除。管系安装完毕后应立即拆除膨胀节上用作安装运输保护的辅助定 位机构及紧固件，并按设计要求将限位装置调到规定的位置，使管系在环境条 件得以充分的补偿。除设计要求预拉压或“冷紧“的预变形外，严禁使用波纹管 变形的方法来调整管道的安装偏差，以免影响膨胀节的正常功能，否则会降低 其使用寿命和增加管系、设备及支承构件的载荷。膨胀节所有的活动元件不得 被外部构件卡死或限制其活动部位正常动作。安装过程中不允许焊渣飞溅到小 河南理工大学本科学位论文 第二章 供热方案的确定 8 组纹管表面和使波纹管受到其它机械损伤。对用于气体介质的膨胀节及其连接 管道，作水压试验时，要考虑充水时是否需要对膨胀节的接管加设临时支架以 承重。水压试验用水必须纯净，无腐蚀性，并控制水中的氯离子的含量不超过 25ppm。水压试验结束后，应尽快排尽波纹管中的积水，并迅速将波壳的内表 面吹干。管道对中性要好，在无其它方法保证时，可采用直管敷设后切下等长 管道再安装膨胀节的方法来保证。须注意的是，膨胀节是不吸收扭矩的，因此 在安装膨胀节时，不允许膨胀节受到扭转。膨胀节所有的活动元件不得被外部 构件卡死或限制其活动部位正常运作。保温层应做在膨胀节外保护套上，不得 直接做在波纹管上。不得采用含氯的保温材料。安装过程中不允许焊渣飞溅到 波纹管表面和使波纹管受到其它机械损伤。支架必须符合设计要求，严禁在支 架未安装好之前在管线内试压，以免将膨胀节拉坏。膨胀节允许不超过 1.5 倍 公称系统压力试验。装有膨胀节的管线在运行操作中，阀门开启和关闭要逐渐 进行，以免管线内温度和压力急剧变化，造成支架或膨胀节损坏。 可靠研究，补偿器的可靠性是由设计、制造、安装及运行管理等多个环节 构成的。可靠性也应该从这几个方面进行考虑。材料选择对用于供热管网的波 纹管的选材，除应考虑工作介质、工作温度和外部环境外，还应考虑应力腐蚀 的可能性、水处理剂和管道清洗剂对材料的影响等，并在此基础上结合波纹管 材料的焊接、成型以及材料的性能价格比，优选出经济实用的波纹管制作材料。 一般情况下，选用波纹管的材料应满足下列条件:(1)高弹性极限、抗拉强度 和疲劳强度，保证波纹管正常工作。(2)良好的塑性，便于波纹管的加工成形， 且能通过随后的处理工艺(冷作硬化、热处理等)获得足够的硬度和强度。(3)较 好的耐腐蚀性能，满足波纹管在不同环境下工作要求。(4)良好的焊接性能，满 足波纹管在制作过程中的焊接工艺要求。对于地沟敷设的热力管网，当补偿器 所处管道地势较低时，雨水或事故性污水会浸泡波纹管，应考虑选用耐蚀性更 强的材料，如铁镍合金、高镍合金等。由于此类材料价格较高，在制造波纹管 时，可以考虑仅在与腐蚀性介质接触的表面增加一层耐蚀合金。 疲劳测试,疲劳寿命设计由波纹管补偿器的失效类型及原因分析可以看出， 波纹管的平面稳定性、周向稳定性及耐腐蚀性能均与其位移量即疲劳寿命相关。 过低的疲劳寿命将会导致波纹管稳定性及耐蚀性能下降。根据试验和使用经验， 用于供热工程的波纹管疲劳寿命应不小于 1000 次。波纹管不能承重，应单独吊 河南理工大学本科学位论文 第二章 供热方案的确定 9 装;除设计要求预拉伸或冷紧的预变形量外，严禁用使波纹管变形的方法来调整 管道的安装偏差;安装过程不允许焊渣飞溅到波纹管表面和受到其他机械性损伤; 波纹管所有活动元件不得被外部构件卡死或限制其活动部位正常工作。大多数 波纹管的失效是由外部环境腐蚀造成的，因此在进行补偿器的结构设计时，可 考虑隔绝外部腐蚀介质与波纹管的接触。如对于外压轴向型补偿器可在出口端 环与出口管之间增加填料密封装置，其作用相当于套筒补偿器，既可抵挡外部 腐蚀介质的侵入，又给波纹管补偿器增加了一道安全屏障，即使波纹管破坏， 补偿器还可以起到补偿作用并避免波纹管失效。补偿器又有金属补偿器和非金 属补偿器，根据介质用途不同，还可以分专业防腐补偿器和耐高温补偿器。 热力网管道的热补偿设计，应考虑如下各点： （1）充分利用管道的转角等进行自然补偿。 （2）采用弯管补偿器或波纹管补偿器，应考虑安装时的冷缩。 （3）采用套管补偿器时，应计算各种安装温度下的安装长度。 （4）采用波纹管轴向补偿器时，管道上应安装防止波纹管失稳的导向支座。 （5）采用球形补偿器、铰接波纹管补偿器，宜采取减小管道摩擦力的措施。 （6）当一条管道直接敷设于另一管道上时，应考虑热位移。 （7）直埋敷设管道，宜采用无补偿敷设方。 常用的补偿器有自然弯管补偿器、方形补偿器、套筒补偿器、波形补偿器 等。在设计中，应首先充分利用管道自然弯管来补偿管道热伸长。当无条件利 用管道本身自然弯管补偿器管道热伸长时，应选用合适的补偿器。 河南理工大学本科学位论文 第三章 水力计算 10 第三章 水力计算 3.1 确定各用户的设计流量 水力计算中流量的计算公式：G=0.86Q/(1-2)10-3 （3-1） 例如：支线 1 中用户 A-1，G=0.86x123.034/25=4.2t/h。 所以剩余流量以此方法计算，计算其他各个管段的流量。 3.2 主干线水力计算 取主干线平均比摩阻 R=4080Pa/m 范围之内，确定主干线各管段的管径。 根据管段 C-83 到 C-82 的计算流量：2.3t/h。以及管段 C-83 到 C-82 的计算流量 和平均比摩阻 R 的范围，从书附表 9-2 中可确定管段 C-83 到 C-82 的管径和相应的比摩阻 R 值。这里 D=50mm，R=41.8Pa/m。 管段 C-83 到 C-82 中局部阻力的当量长度可由附表 9-2 查出 所以：管段 C-83 到 C-82 的折算长度为 29+0.4=29.4m。管段 C-83 到 C-82 的压 力损失为 P=29.4x41.8=1228.92Pa 再根据管段 C-82 到 C-81 的计算流量： 3.1t/h。 管段 C-82 到 C-81 的计算流量和平均比摩阻 R 的范围，从书附表 9- 2 中可确定管段 C-82 到 C-81 的管径和相应的比摩阻 R 值。这里 D=50mm，R=70Pa/m。 管段 C-82 到 C-81 中局部阻力的当量长度可由附表 9-2 查出。 所以： 管段 C-82 到 C-81 的折算长度为 18+2.36=20.36m。管段 C-82 到 C-81 的压力损失为 P=20.36x70=1425.2Pa。 所以建筑楼 C-83 和 C-82 之间的不平衡率等于 0.13。这里不平衡率为 0.13，在允许范围之中，所以不用调整管径。若不再 0 到 0.15 之间则需要调整 管径。 同理，计算其他各管段。 3.3 支线水力计算 支线水力计算中，支线的阻力要和上游最不利环路的阻力相匹配。 3.4 水压图绘制 热水网路上连接着许多热用户，他们对供水温度和压力要求可能各有不同， 且各处的地势高低不同。在设计阶段必需对整个网路的压力状况有个整体的考 河南理工大学本科学位论文 第三章 水力计算 11 虑，因此，通过绘制热水网路的水压图，可以全面了解热网和各热用户的压力 状况，并确定保证能有使它实现的技术措施，在运行中通过看网路的实际水压 图，可以全面地了解整个系统在调解过程中或出现时的压力工况，从而揭露关 键的矛盾和采取必要的技术措施，以保证供水系统的安全运行。 热水供热系统中以水柱高度表示管网中各点压力值的图形。水压图可清晰 而形象地表示出热网各点的压力。它是正确进行热网设计、选择热网和用户之 间的连接方式以及合理组织热网运行的重要手段。热网水压图依据水力计算的 结果绘制。热水双管系统水压图的一般形式如图所示。它由热网平面图、热网 纵断面图、具有代表性的用户房屋高度以及供、回水管路的水压线、静水压力 线和定压点等组成。 为保证供热系统安全可靠地运行，在制定水压图时，要考虑与热网直接连 接的用户系统内，压力不超过其用热设备的承压能力。防止系统倒空吸入空气 而破坏网路和用户系统的水循环。保证管网和用户系统中的热水介质不发生汽 化。供回水管的压差应能满足用户系统的使用要求。保证热网中所有水泵的吸 入端，具有足够的正压。 静水压力线是网路循环水泵停止运转时，以水柱高度表示的网路上各点压 力值的连接线，简称静压线。其高度应能满足热水网路直接连接的用户系统内， 最低位置用热设备所承受的静水压力不超过其承压能力。热水网路以及与它直 接连接的用户系统内，不汽化、不倒空。 定压点是热网中控制运行压力不变（或只在允许范围内变化）的点。热网 的定压点一般多设置在回水管路上或网路循环水泵的旁通管上。为了使热网和 所有用户系统安全可靠地工作，必须保证热网运行时的压力维持在规定的范围 内，并在网路循环水泵停止运行时，也能使整个热网保持规定的静压力。无论 热网处于工作或静止状态，都必须使定压点的压力始终保持在相应的给定值范 围内，从而保证水压图的实现。 3.4.1 热水网路压力状况的基本技术要求 热水供热系统在运行或停止运行时，系统内热媒的压力都应满足：在与热 网直接连接的用户系统内，压力不应超过该用户系统用热设备及其管道构件的 承压能力，即不超压，以满足用户设备的正常使用。 在高温水网络用户系统内，水温超过 100的地方，热媒压力应不低于该 水温下的汽化压力。从运行安全角度考虑，除上述要求外还应留有 30 50 河南理工大学本科学位论文 第三章 水力计算 12 Kpa 的富裕压力值。本项目设计热媒为低温水，故不必考虑，汽化压力问题。 与热网直接连接的用户系统，无论在网路循环水泵运转或停止工作时，其 用户系统回水管出口处的压力，必需高于用户系统的充水高度，以防止系统吸 入空气，破坏正常运行和腐蚀管道。 网路回水管内任何一点的压力，都应比大气压力至少高出 5 mH2O，以防止 吸入空气造成腐蚀。 在热水网路的换热站或用户吸入处，供、回水管的资用压差应满足热力站 或用户所需的作用压头。 3.4.2 绘制热水网路水压图的步骤： 绘制热水网路水压图有以下步骤： （1）选定换热站水泵中心线的海拔高度为基准高度，在纵坐标上按一定的 比例做出标准高的刻度，沿基准面在横坐标按一定的比例做出距离刻度。 （2）管道上的各点和各用户从热源出口起沿管路计算的距离，在 OX 轴 上相应标出网路相应于基准面的标高和充水高度，这里假设所有建筑物的室内 一层地面与水泵的中心线在一个平面上，即基准面。 （3）选定静水压线的位置，静水压线是一条水平线，它表示网路循环水泵 停止工作时，网路上各点的侧压管水头的连线，静水压线的高度必需满足热水 网路直接连接的供暖用户系统内底层散热器不被损坏和热水网路及它直接连接 的用户系统内不会出现汽化和倒空的要求。由于本设计采用 95/70的低温水 供热，故可不考虑出现汽化。在本设计中最高楼层为 6 层，则其充水高度为 6318m，安全系数取 3mH2O，因此，静水压线定在 24m H2O 处。 （4）选定的静水压线位置靠系统所采用的定压方式来保证，本次采用补给 水泵定压，同时网路的定压点位置设在网路循环水泵的吸入端。 （5）选定主干线的回水管动压曲线，在网路循环水泵运转时，网路回水管 各点的测压管水头的连接线，称为回水管动水压曲线。因为，已知热网水力计 算结果，则可按各管段的实际压力损失确定回水动水压线。回水管的动水压线 的位置，应满足下列要求 （6）回水管动水压曲线应保证所有直接连接的用户系统不倒空和网路上任 何一点的压力不应低于 50KPa（5mH2O）的要求，这是控制回水管动水压曲线 最低位置的要求。 （7）在与热水网路直接连接的用户系统内，压力不应超过该用户系统用热 河南理工大学本科学位论文 第三章 水力计算 13 设备及其管道的承受能力，这是控制回水管动水压曲线最高位置的要求。 本次设计动水压曲线要从回水干管的末端开始绘制，由于回水干管的末端 有除污器，且除污器的阻力为 2.5mH2O，故起点处测压管水头高度为 24+2.5=26.5mH2O，接着按主干线回水管段的压力损失逆行绘制到回水干线的 始端处，则该点即为回水主干线的动水压曲线的始端位置。 （8）选定主干线的供水管动压线，在网络循环水泵运转时，网路供水管内 各点的测压管水头连接线，称为供水管动水压曲线。根据最不利支路的压损及 最不利支路末端用户引入口的作用压头，确定网路供水主干线中最不利支路末 端用户即最不利支路分支节点处的水压线的水位高度。然后，根据供水主干线 的水力计算结果，绘出供水主干线的动水压曲线。最不利分支节点处的水压线 的水位高度求法，最不利分支节点处的回水管动水压线的水位高度；最不利支 路供水管总压力损失；最不利支路回水管总压力损失；最不利末端用户引入口 所需的作用压头。 （9）选定各支线的供回水管动压曲线，由于主干线供水管，回水管动压曲 线已经确定，故其余支路的供回水动压曲线只需找出在干线上相应的分支水压 点，按逐段压损，依次画出。 按照上述步骤，画出主干线、各支线及用户的水压图，并逐段标明各支路 分支点的设计标高，供水管测压管水头及回水管测压管水头。 3.5 连接方式的确定 一、热水网路的连接方式 （1）直接连接。 （2）无混合装置的直接连接：热水由热网供水管直接进入供暖系统热用户， 在散热器内放热后返回热网回水管去。这种直接连接方式最简单，造价低。 （3）装水喷射器的直接连接：当网路设计供水温度超过暖通规范规定 的供暖热媒最高温度时，便要采用喷射器的直接连接。 （4）装混合水泵的直接连接：当建筑物用户引入口处热水网路的供、回水 差较小，不能满足水喷射器正常工作所需要的压差等情况时采用这种方式。 （5）间接连接：这种连接方式是在用户引入口处或热力站，设表面式水- 水换热器。热网水不进入供暖系统，而是通过水-水换热器，把供暖系统的回水 加热到要求的温度后，返回热网回水干管。这种连接方式设备复杂，造价比直 接连接高得多。因而只有在热水网路与热用户的压力状况不适应时采用间接连 河南理工大学本科学位论文 第三章 水力计算 14 接方式。但热网的压力工况和流量工况不受用户的影响，便于热网运行管理。 二、确定用户热网连接方式 通过水压图的绘制，可知，所有用户的回水压头均低于 40mH2O，这说明 所有用户的回水压力均未超过底部散热器的承受压力。在网路循环水泵停运时， 静水压线对用户均满足不汽化和不倒空的技术要求。不会出现汽化，各用户系 统采用 95/75的低温热水供暖，故不会出现汽化。不会出现倒空，各用户 系统充水高度最高的也低于静水压线。 在本项目中采用的是无混合连接的直接连接方式。 河南理工大学本科学位论文 第四章 热水供热系统的供热调节 15 第四章 热水供热系统的供热调节 4.1 供热调节 结合本设计经验和实地调研，对热水供暖系统供热调节的有效方法进行经 济性和可行性的比较，提出一个有效发挥系统设计潜力，达到供暖系统的最佳 供热工况的方式，满足节能降耗要求。 热水供暖系统对建筑物供热时，不仅要保证在设计室外温度下，维持室内 温度符合设计值，而且要在其它的冬季室外条件下也能得到保证保证室内温度 波动在允许范围内，要达到以上要求，不仅需要正确的设计，而且还需要对热 水供暖系统进行正确的调节。开封市的采暖期为每年的 11 月 15 日至转年的 3 月 15 日，达 120 天，室外采暖设计温度为-9，如何搞好热水供暖系统的供热 调节，对于保证供热效果、节约能源，减少污染，均有极其重大的意义。 冬季供暖问题是关系城市居民切身利益的大事。因此，对整个热水供热系 统进行合理的供热调节就变得至关重要。应根据采暖季节（初冬还是严寒）、 采暖时间（白天还是夜间）等情况对供热量进行调节。按照需要向室内提供热 量，最大限度地节约能源，供热调节的目的，一是使系统中各用户的室内温度 比较适宜；二是减少建筑物内部各朝向房间之间的温度偏差，克服过热和过冷 现象；三是避免不必要的热量浪费，实现热水采暖的经济运行；四是调整区域 供热时，各建筑物之间供热的不均匀性。 热水供暖系统供热调节是必然的，一般来说，无论设计得多么仔细的供暖 系统，在投入运行后，总有某些用户室温达不到设计要求，这时，可以利用预 先安装的阀门进行初调节。在初调节完毕后，热水供暖系统还应根据室外气象 条件进行运行调节供热调节。运行调节在于使用户散热设备放热量与用户 的热负荷相匹配。 热水供暖系统供热调节原理是建筑供暖方式分为连续供暖和间歇供暖两类。 对于不同的供暖方式，供热调节的方法也不同，这主要是由墙体和室内物体的 蓄热性能所决定的。对于间歇供暖建筑，当停止供暖后，室内温度不会瞬间降 至建筑发生冻害的温度，它需要经过一个降温期。当重新开始供暖后，室内温 度升高至计算温度也需要一段升温期，升温期所需要的时间取决于围护结构和 室内物体的蓄热性能。 热水供暖系统供热调节的有效方法，根据调节地点的不同，供热调节可以 分为集中调节、局部调节和个体调节三种方式。 河南理工大学本科学位论文 第四章 热水供热系统的供热调节 16 集中调节在热源处集中进行，此法省时省力，效果好，不易造成系统运行 中的紊乱。集中运行调节的方法有以下四种。 （1）质调节 ：在进行质调节时，只改变供暖系统的供水温度，而系统循 环水量保持不变。这种调节方式，网路水力工况稳定，单、双管系统均可使用， 运行管理简便，采用这种调节方法，通常可达到预期效果。同时，这种调节方 式由于可以降低供水温度，因此能有效节约能耗。 （2）量调节 ：流量调节就是将采暖期按室外温度的高低分成冬初、寒冬 和冬末三个区间，根据水的潜热与流量成正比的概念，对于每个区间，热水的 流量即指在室外温度低的寒冬区间中保持大的流量，使用流量大的循环泵；在 室外温度高的冬初和冬末区间中保持小的流量，使用流量小一点的循环泵。采 用分区间改变流量的调节时，每个区间管网循环流量应保持不变。为降低电耗， 在采暖系统中可以设置两台不同规格型号的循环泵。其中一台循环泵的流量和 扬程按计算值的 100%选择，另一台循环泵的流量和扬程按计算值的 75%选择， 后者供室外温度高的情况下使用。其缺点是供暖系统的流量减少，容易导致系 统的竖向水利失调，因此，量调节宜用于单管系统。 （3）分阶段变流量的质调节 ：把整个供暖期按室外温度的高低分成几个 阶段：在室外温度较低的阶段中管网保持较大的流量；而在室外温度较高的阶 段中管网保持较小的流量。在每一个阶段内，网路均采用一种流量并保持不变， 同时采用不断改变网路供水温度的质调节，这种调节方法叫分阶段变流量的质 调节。在热水供暖系统中，一般可选用两台不同规格的循环水泵，其中一台循 环水泵的流量和扬程按计算值的 100%选择；另一台循环水泵的流量按计算值的 75%选择。由于水泵扬程与流量的平方成正比，水泵的电功率与流量的立方成 正比，所以 75%流量的循环水泵相应的扬程可按计算值的 56%选用，循环水泵 的运行电耗可减小到 42%左右。这种调节方法综合了质调节和量调节的优点， 既较好地避免了垂直失调，又显著地节省了电能。所以，它是一种公认的比较 经济合理的调节方法，在区域锅炉房热水供暖系统中得到了较多的应用。 （4）间歇调节 ：间歇调节是在供水温度和循环水量不变的情况下，用改 变供暖时间的方法来达到与热负荷匹配。在室外温度达到设计值时，热源连续 供暖，随着室外温度的升高，逐渐减少运行时间。它的前提是假设热源能在额 定出力的情况下制定运行时间。如果热源达不到额定出力，将不能保证用户的 供热质量。事实上要想使设备满负荷高效率的运行，没有一套完整的监测和管 河南理工大学本科学位论文 第四章 热水供热系统的供热调节 17 理办法是绝对办不到的。故本调节方法实际上也很少被采用。 局部调节在热力站或用户引入口进行，费时费力，效果较差，易造成系统 紊乱，以供暖系统中常见的单管顺序系统为例： 异程式系统的调节应从环路末端，即最不利环路开始，将立管阀门全部打 开，其它环路由远到近逐步减小阀门开度，观察一段时间后，检查各立管回水 温度，温度低者适当开大，温度高者适当关小，直到各立管回水温度趋于一致。 同程式系统的调节，通常是由一个系统的两端向中间进行调节，调节过程 和要求与异程式系统基本相同。 个