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- - 太原理工大学现代科技学院 供热管网供热管网 课 程 设 计 说 明 书 专业班级：建筑环境与设备工程 1003 班 学 生：史大伟 学 号：2010102185 要求设计工作起止日期： 2013.12.15-2013.12.29 指 导 老 师： 王飞 李风雷 王美萍 - I - 摘要摘要 随着人们生活水平的提高，集中供热被越来越多地采用，采用集中供暖可以 减少能量的浪费,提高供热效率,减少环境污染,利于管理.同时采用集中供热可提 高供热质量,提高人们的生活质量.但是在以往的设计中,由于外网与内网的配合往 往出现缝隙,使得各个建筑物的资用压头与实际需要的出现偏差,使系统水力失调, 浪费了大量的热量,而供热效果却不甚理想.本次设计要求解决这一问题,使得系统 的平衡性有一个较大的提高,减少系统的失调损失,节省燃料和电、水的消耗,并提 高供热质量。 间接连接供热因其热源补水率低，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。在近年来已经成为流行的供热方式。本次设计为贴近实 际也采用了间接连接供热，在各个小区设置了热力站。 地沟敷设已被使用很久，使传统的供热管道敷设方式，本次设计的二级网使 用了这种成熟的辐设方式。 。 关键词：间接连接供热；地沟敷设；水力平衡 目 录 摘要 .I 第一章 绪论 . 1.1 设计题目. 1.2 原始资料. 1.2.1 设计地区气象资料 . 1.2.2 设计参数资料 . 1.2.3 基本设计要求 . 第二章 热负荷的计算 2.1 集中供热系统热负荷的概算. 2.1.1 集中供热系统以及热负荷的类型 . 2.2 热负荷的计算. 2.2.1 采暖设计热负荷的计算 . 第三章 供热方案的确定 . 3.1 室外供热管道的平面布置. 3.1.1 供热管道的平面布置类型 . 3.1.2 供热管道的定线原则 . 第四章 管网水力计算与水压图 . 4.1 管网网的水力计算. 4.1.1 计算方法 . 4.1.2 水力计算的步骤 . 4.1.3 部分管路计算实例 . 4.3 绘制网路水压图. 4.3.1 绘制网路水压图的必要性 . 4.3.2 网路水压图的原理及其作用 . 4.3.3 绘制水压图的原则和要求 . 4.3.4 绘制热水网路水压图水压图的步骤和方法 . 第五章 管道的敷设 5.1 管道敷设方式. 5.1.1 敷设方式确定 . 第六章 供热管道附件及应力计算 . 6.1 供热管道及附件. 6.1.1 管道和阀门. 6.1.2 补偿器 . 6.1.3 管道支座 . 6.2 活动支座间距的确定. 6.2.2 管道活动支座间距的确定 . 6.3 固定支座最大间距确定. 6.4 直埋管段的补偿与失稳计算.56 太原理工大学课程设计（论文） 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 设计题目设计题目 沈阳某工程供热外网设计 1.21.2 原始资料原始资料 1.2.11.2.1 设计地区气象资料设计地区气象资料 采暖室外计算温度：-7 采暖季天数：N=150 天； 采暖室外平均温度：0.3 ； 最大冻土层深度：43。CM 1.2.21.2.2 设计参数资料设计参数资料 二级网供回水温度：Tg/Th=85/60 ； 室内计算温度：。18 n tC 1.2.31.2.3 基本设计要求基本设计要求 本设计采用间接连接，二级网采用地沟敷设，在小区内设置一个热力站。 太原理工大学课程设计（论文） 第二章第二章 热负荷的计算热负荷的计算 2.1 集中供热系统热负荷的概算集中供热系统热负荷的概算 2.1.1 集中供热系统以及热负荷的类型集中供热系统以及热负荷的类型 2.1.1.1 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. 2.1.1.2 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 2.1.1.3 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. 热水供应系统计算方法见 2.2. 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1. 2.22.2 热负荷的计算热负荷的计算 2.2.1 采暖设计热负荷的计算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 太原理工大学课程设计（论文） 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,即 （2-1）n f QqF 式中 建筑物的供暖设计热负荷,；nQW 建筑物供暖面积热指标,； f q 2 /W m 建筑物的建筑面积,.F 2 m 建筑物供暖面积热指标的推荐取值如表 2-1 所示 f q 表 2-1 建筑物供暖面积热指标推荐值 建筑物类型住宅居住区综合学校办公医院托幼旅馆商店食堂 热指标（） 2 /W m 58-6460-6768-8065-8060-7065-80115-148 采取节能40-4545-5550-7055-7050-6055-70100-130 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. 本设计中所有的建筑物的面积与热负荷汇总如表 2-2 所示 表 2-2 各建筑物供暖面积与热负荷汇总表 面积 （） 热指 标 （w/ ) 热负荷 (w) t 比容 流量 （t/h)管径（mm) 比摩阻 （pa/m) 1 楼 966040386400254.186813.29 100(108*4)36.1 2 楼 451040180400254.18686.21 65(76*3.5)54.7 3 楼 391040156400254.18685.38 65(76*3.5)41.5 4 楼 391040156400254.18685.38 65(76*3.5)41.5 5 楼 355840142320254.18684.90 65(76*3.5)35.6 太原理工大学课程设计（论文） 6 楼 321040128400254.18684.42 65(76*3.5)27.5 7 楼 551040220400254.18687.58 80(89*3.5)31.9 8 楼 391040156400254.18685.38 65(76*3.5)41.5 9 楼 391040156400254.18685.38 65(76*3.5)41.5 10 楼 355840142320254.18684.90 65(76*3.5)35.6 11 楼 321040128400254.18684.42 65(76*3.5)27.5 12 楼 531640212640254.18687.31 65(76*3.5)69.2 13 楼 364840145920254.18685.02 65(76*3.5)35.6 14 楼 364840145920254.18685.02 65(76*3.5)35.6 15 楼 391040156400254.18685.38 65(76*3.5)41.5 16 楼 391040156400254.18685.38 65(76*3.5)41.5 17 楼 355840142320254.18684.90 65(76*3.5)35.6 18 楼 321040128400254.18684.42 65(76*3.5)27.5 19 楼 531640212640254.18687.31 65(76*3.5)69.2 20 楼 364840145920254.18685.02 65(76*3.5)35.6 21 楼 364840145920254.18685.02 65(76*3.5)35.6 22 楼 391040156400254.18685.38 65(76*3.5)41.5 23 楼 391040156400254.18685.38 65(76*3.5)41.5 24 355840142320254.18684.90 65(76*3.5)35.6 太原理工大学课程设计（论文） 楼 25 楼 321040128400254.18684.42 65(76*3.5)27.5 商铺 17506045000254.18681.55 物业 19205046000254.18681.58 50(57*3.5)70 商铺 210806064800254.18682.23 40(45*2.5)126.2 物业 29455047250254.18681.63 40(45*2.5)66.7 现有 总面 积 106951 现有 总负 荷 4333290254.1868149.07 250(273*6)28 规划 面积 1600040640000254.186822.02 125(133*4)29.4 总面 积 122951 总负 荷 4973290 根据表 2-2 可知总供热面积为 122951,总的采暖热负荷为 4973290W 2 m 太原理工大学课程设计（论文） 第三章第三章 供热方案的确定供热方案的确定 3.13.1 室外供热管道的平面布置室外供热管道的平面布置 3.1.1 供热管道的平面布置类型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。1 3.1.23.1.2 供热管道的定线原则供热管道的定线原则 （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 （5）通过非建筑区的热力管道应沿公路敷设。 （6）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。4 太原理工大学课程设计（论文） 第四章第四章 管网水力计算与水压图管网水力计算与水压图 4.1 二级网的水力计算二级网的水力计算 4.1.14.1.1 计算方法计算方法 本设计中的水力计算采用当量长度法。 4.1.24.1.2 水力计算的步骤水力计算的步骤 （1）确定网路中热媒的计算流量 （4-1） 1212 0.86 ( ) QQ G c 式中 供暖系统用户的计算流量，T/h；G 用户热负荷，KW；Q 水的比热，取 =4.187KJ/Kg；cc /二级网的设计供回水温度，。 1 2 （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 30-70Pa/m。 （3）根据网路主干线个管段的流量和初选的 R 值，利用参 II 中的表 4-2 确 定主干线个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）() d PR LL 式中 管段压降，Pa；P 管段的实际比摩阻，Pa；R 管段的实际长度，m；L 太原理工大学课程设计（论文） 局部阻力当量长度。 d L （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） 2 4 3.56t G d P 式中 G热媒流量，Kg/h； 调压板消耗压降，Pa。P 4.1.34.1.3 部分管路计算实例部分管路计算实例 （1）主干线水力计算实例 对各个热力站和管路的节点编号如图所示，本设计中由于从热源到 6 号楼的 管道的输送距离最远，故选取该管线为主干线进行计算。根据流量和初步选定的 主干管推荐比摩阻，可得主干线的各管段的公称直径，同时可得出各管段实际的 比摩阻,如管段 1,确定管段 1 的管径和相应的比摩阻 R 值. D=250mm， R=27.72Pa/m 管段 1 中局部阻力的当量长度,可由供热工程附录 9-2 查得， d l 1 段含有两个补偿器，公称直径为 250mm 当量长度为 13.32 一个分流三通，公称直径为 250mm,当量长度为 11.1m 局部当量长度为 Ld=6.66x2+11.1=24.42 管段 1 的折算长度 Lzh=168.88+24.42=193.m3 太原理工大学课程设计（论文） 管段 AB 的压力损失 =RLzh=5358.28PPa 用同样的方法，可计算主干线的其余管段。确定其管径和压力损失。管径和压力 损失计算结果列于表 4-2 4.24.2 绘制网路水压图绘制网路水压图 4.3.14.3.1 绘制网路水压图的必要性绘制网路水压图的必要性 热网中连结着许多的热用户，它们对供水温度及压力可能各有不同，而且它 们所处的地势高低不一，在设计阶段必须对整个网路的压力状况有个整体考虑， 而水力计算通常只能确定热水管道中各管段的压降，并不能确定热水供暖系统中 管道上各点的压力，因此，只有通过绘制热水网路的水压图，用以全面地反映热 网和各热用户的压力状况，并确定保证使它实现的技术措施。 在运行中，通过网路的实际水压图，可以全面地了解整个系统在调节过程中 或出现故障时的压力状况。从而揭露关键性的问题并采取必要的技术措施，保证 安全运行，另外，各个用户的连接方式以及整个供热系统的自控调节装置，都需 要根据网路的压力分布或其波动情况来选定，既需要以水压图作为这些工作的决 策依据。 4.3.24.3.2 网路水压图的原理及其作用网路水压图的原理及其作用 4.3.2.1 原理 水压图是根据伯努利方程原理绘制的，即 （4-6） 22 1122 121 2 22 PVPV ZZH gggg 4.3.2.2 作用 （1）利用水压曲线，可以确定管道中任何一点的压力值。 （2）利用水压曲线，可以表示各管段阻力损失值。 （3）根据水压曲线的坡度，可确定管段单位长度的平均压降值。 （4）只要已知或固定管道上任何一点的压力，则其它各点的压力值就已知。 太原理工大学课程设计（论文） 4.3.34.3.3 绘制水压图的原则和要求绘制水压图的原则和要求 （1）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设 备及其管道的承压能力。 （2）在高温水网路和用户系统内，水温超过 100的点热媒压力不应低于该 水温下的汽化压力。 （3）与热水网路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，必须高于拥护系统的充水高度，以防止 系统倒吸入空气，破坏正常运行和腐蚀管道。 （4）网路回水管内任何一点的压力，都应比大气压力至少高出 5mH2O，以免 吸入空气。 （5）在热水网路的热力站或用户引入处，供回水管的自用压降，应满足热力 站或用户所需的作用压头。 4.3.44.3.4 绘制热水网路水压图水压图的步骤和方法绘制热水网路水压图水压图的步骤和方法 （1）以网路循环水泵的中心线的高度（或其他方便的高度）为基准面，在纵 坐标上按一定的比例尺做出标高地刻度，按照网路上的各点和用户从热源出口起 沿管路计算的距离，在横坐标上相应的点标出网路相对于基准面的标高和房屋高 度，并画出沿管线的纵剖面。 （2）选定静水压曲线的位置，静水压曲线是网路循环水泵停止工作时，网路 上各点的测压管水头的连接线。静水压曲线高度必须满足两个要求，一是底层散 热器所承受的静水压力不超过散热器的承压能力，二是热水网路及其直接连接的 用户系统内，不会出现汽化或倒空。 （3）选定回水管的动水压曲线的位置，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，其位置应满足下列要求： a、保证所有直接连接的用户系统不倒空和网路上任意一点的压力不应低于 50KPa 的要求；b、与热网直连的用户，不超过散热器的静水压力。 （4）选定供水管动水压曲线的位置 在网路循环水泵运转时，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，它沿着水流动方向逐渐下降，在每米长上降低的高度反映了供水管 的比压降值。 太原理工大学课程设计（论文） 本设计要求绘出一级网主干线的水压图。地形最高处与热源循环水泵的高差 为 5m，热力站的高度均暂取为 5 米，120的水的汽化压力为 4.5，加上C 2 mH O 30K50Kpa 的富裕值，故本设计中的静水压线取。 2 20mH O 根据水力计算表，可确定水压图的各段的斜率，在最末端的热力站应保证 10 的资用压头。 2 mH O 第五章第五章 管道的敷设管道的敷设 5.1 管道敷设方式 管网是系统投资最多，施工最繁重部分，所以合理选择管道敷设方式，以及 做好管网平面定线工作，对节省投资，保证冷网安全可靠运行和施工维修方便都 具有重要意义。 5.1.15.1.1 敷设方式确定敷设方式确定 本设计中采用地沟敷设，采用不通行地沟。 本设计仅考虑供热方面，故地沟中只放置两根水管。 太原理工大学课程设计（论文） 不通行地沟横剖面图 太原理工大学课程设计（论文） 第六章第六章 供热管道附件及应力计算供热管道附件及应力计算 6.16.1 供热管道及附件供热管道及附件 6.1.16.1.1 管道和阀门管道和阀门 本设计中的热力管道均采用钢管。其规格和机械强度计算中所用的材料特性 根据参考资料的附录 14-1。钢管的连接方式主要是焊接和法兰连接。对三通用焊 接，各种铸造管件，如阀门和管子之间连接用法兰连接，对于弯头采用锻压弯头 连接。 设计中的阀门有闸阀和调节两种。 6.1.26.1.2 补偿器补偿器 8.1.2.1 设置补偿器的意义 供热管道随着热媒温度升高，会产生热伸长现象。如果该伸长无法得到补偿， 将使管道承受巨大的应力，甚至破坏管道。因此，必须在管道上设置补偿器，以 补偿管道的热伸长，从而减小关闭的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。 8.1.2.2 补偿其种类 (1)自然补偿 利用供热管道自身的弯曲管段（如 L 型或 Z 型等）来补偿管段的热伸长的补 偿方式，应尽量利用管道的自然补偿。 (2)橡胶软接补偿器 工作时利用橡胶变形进行管道热补偿。其主要优点是占地小，不用专门维修， 介质流动阻力小，近几年工程中使用逐步增多。在本设计中，主要采用有橡胶软 接补偿器。 本设计中采用波橡胶软接与自然补偿相结合的方式。 8.1.2.3 橡胶软接头补偿器的选择 本设计采用巩义市兴隆给排水设备厂生产的 JDA-A 型课曲挠双球体橡胶接头 补偿器,其具体尺寸可参见产品样本. 太原理工大学课程设计（论文） 6.2.26.2.2 管道活动支座间距的确定管道活动支座间距的确定 管道活动支座间距的大小决定整个管网的支座和支架数量影响整个管网投资， 其最大间距(允许间距)主要依据下列条件来确定。 6.2.2.1 按强度条件确定活动支座的允许间距 对于连续敷设的水平直管活动支座允许间距可根据材料力学中荷载多跨梁弯 曲应力计算公式来求出允许间距。 （8-10） max 15 w W L q 式中 供热管道活动支座的允许间距，m； max L 管材的许用外载综合应力，按供热工程附录 14-3 取用，MPa； w 管子断面抗弯矩，按供热工程附录 14-3 取用，cm3；W 管子横向焊缝系数，其取值见表 8-1； 外载负荷作用下的管子单位长度的计算重量，按文献1,附录 14-3取用，q N/m。 表 8-2 管子横向焊缝系数值 焊接方式值焊接方式值 手工电弧焊0.7手工双面加强焊0.95 有垫环对焊0.9自动