二级管网供热工程课程设计.doc

浙江海洋学院船舶与建筑工程学院 School of Navel Architecture and Civil Engineering目 录概 述31、二级供热管网合理设计的重要性32、管道平面布置形式及原则43、管道的敷设方式44、管道的热补偿及保温55、本设计要完成的内容7第1章 供暖管网设计热负荷81.1工程概况81.2热负荷计算81.3热源与介质参数的选择81.4敷设方式的选择8第2章 热力管网的水力计算92.1确定各用户的设计流量92.2主干线的水力计算102.3支干线的水力计算12第3章 热力管道的热补偿15第4章 供热管道的保温及热力计算174.1管道敷设及各参数选择174.2保温层厚度计算174.3热损失计算18结 论20参考文献2121概 述1、二级供热管网合理设计的重要性设计供热管网时，为使系统各管段热媒流量符合设计要求，满足用户的热负荷需要，保证系统安全可靠地运行，并节约运行能耗，必须对热网各管段的直径和压力损失进行细致的计算和选择，这就需要对热网进行水力计算。水力计算包括了：确定管道的管径、计算管段的压力损失、确定供热管道的流量等【1】。二级供热管网合理设计的重要性主要就是体现在水力计算上，水力计算的作用有以下几个方面：（1）根据水力计算结果，绘制热网水压图。确定热水供热系统得最佳运行工况，分析供热系统正常运行的压力工况，确保热用户有足够的资用压头且系统不超压、不汽化、不倒空（2）根据热网水压图选择用户系统与供热管网的合理连接方式、选定用户入口装置（3）根据水力计算结果选定热水供热系统得循环水泵（4）根据水压图确定定压方式，确定系统加压方式，确定节能措施。选定补给水泵（5）根据水力计算结果，计算供热管网的建设投资、金属耗量和施工安装工程量对于热水供热系统的设计和运行人员来说，了解掌握系统在运行过程中各点的压力状况是十分重要的。通过绘制系统水压图，可以确定管道中任何一点的压力值，分析各管段的阻力损失，确定各管段的平均比摩阻。此外，它还可以帮助我们分析系统中是否汽化；用户系统中的压力是否会超过散热器等附属设备的承压能力，用户系统中是否有倒空现象；网路系统任何一点的供、回水管压力差，是否满足用户系统所需的作用压头；系统正常运行或循环水泵停运时，系统各点的压力变化等。因此，必须掌握水压图的原理，并能够利用它来分析系统的压力状况【2】。在整个二级管网的设计过程中包括了供热热水网路的水力计算方法，水压图的绘制方法，水泵的选择，系统的定压方式；同时还将涉及大型管网的加压方式，采暖节能措施的水压图及环状管网的水力计算方法等。每一步骤对整个供热系统设计合理是否合理都有其重要的作用，因而，对二级管网的设计是否合理关系着整个供热系统的运行是否安全可靠经济。2、管道平面布置形式及原则外网的网路形式对于供热的可靠性、系统的机动性、运行是否方便以及经济效益有着很大的影响。因为室外供热管网是供热系统中投资最多、施工最繁重的部分，所以合理地选择供热管道的敷设方式以及作好观望平面的定线工作，对节省投资、保证热网安全可靠地运行和施工维修方便的那个，都具有重要的意义。供热管网布置原则是应在城市建设规划的指导下，考虑热负荷分布、热源位置、与各种地上、地下管道及构筑物、园林绿地的关系和水文、地质条件等多种因素，经技术经济比较确定。供热管线平面位置的确定，既定线，应遵守如下基本原则：1经济上合理。2技术上可靠。3对周围环境影响少而协调。供热管网的平面布置主要右枝状和环状两种形式，最常见的是枝状布置。枝状管网布置简单，供热管道的直径，随距热源越远而逐渐减小；且金属耗量小，基建投资小，运行管理简便。但枝状管网不具后备供热的性能。当供热管网某处发生故障时，在故障点以后的热用户都将停止供热。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方法，以使建筑物室温不致大幅度地降低。因此，枝状管网是供热管网最普遍采用的方式。为了使管网发生故障时，缩小事故的影响范围和迅速消除故障，在于干管相连接的管路分枝处，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。环状管网布置的主要优点是具有很高的供热后备能力。当输配干线某处出现事故时，可以切除故障段后，通过环状管网由另一方向保证供热3。环状管网和枝状管网相比，热网投资增大，运行管理更为复杂，热网要有较高的自动控制措施。3、管道的敷设方式供热管网敷设是指将供热管道及其附件按设计条件组成整体并使之就位的工作。供热管道的敷设形式，可分为地上（架空）敷设和地下敷设两类。应根据当地气象、水文地质、地形及交通情况等综合考虑。力求与总体布局协调一致，并考虑维修方便等因素。1地上敷设地上敷设是管道敷设在地面以上的独立支架或建筑物的墙壁上。其优点是不受地下水位、土质和其他管线的影响，构造简单，维修方便。是一种较为经济的敷设方式。其缺点是占地面积多，管道热损失大，在某些场合下不够美观。因而多用于厂区和市郊。对于年降水量大，地下水位高（距地面小于1.2M）,或者地形高差大，地下多岩石或腐蚀性土层以及地下管线太多或有特殊障碍的地区，可考虑采用架空敷设。按照支架的高度不同，可有一下三种地上敷设形式：（1）低支架敷设。（2）中支架敷设。（3）高支架敷设。2地下敷设在市区以及对环境有要求的地区，采用地下敷设，地下敷设不影响市容和交通，因而地下敷设是城镇集中供热管道广泛采用的敷设方式。地下敷设分有沟敷设和无沟（直埋）敷设两种。有沟敷设又分为通行地沟、半通行地沟和不通行地沟三种。3有补偿的直埋敷设有补偿的直埋敷设的供热管网在设计时需要设置补偿器，并在管网上适当位置设置固定支架。由于在温度变化时管线在土层中有位移，因此，管线的埋深、土层的密度和管线与土层之间的摩擦系数是设计有补偿直埋的重要原始条件。安装时，应保证管线在设计时计算出的热位量在运行时能够实现，并严格设计给出的预拉直进行预拉。有补偿直埋敷设可以在管道安装完毕、水压试验合格和接头处理结束后回填管沟。采用有补偿直埋敷设方式，除了可以利用管道l型或z型的管道作为自然补偿外，还可以采用方形补偿器、波纹管补偿器或套筒补偿器作为直管段的管道补偿器。4、管道的热补偿及保温管道保温的目的是减少热媒的热损失，防止管道外表面的腐蚀，避免运行和维修时烫伤人。保温设计的基本原则是减少散热损失、节约能源。提高经济效益、满足工艺要求、保证供热参数、改善工作环境、防止烫伤等，为此，外表面温度高于50的管道及附件必须保温。在输送过程中需要控制介质温度降低，减少热损失，必须从节约和经济的角度进行保温设计。1保温材料及其制品根据集中供热外网的参数，推荐选用下列保温材料：岩棉制品，具有密度小、导热系数低、化学稳定性好、使用温度高和不能燃烧等特点。架空敷设的蒸汽管线普遍采用岩棉制品保温。岩棉制品主要有岩棉板。岩棉保温管件。岩棉保温管壳、岩棉保温带等。石棉制品，其主要制品由泡沫石棉、石棉绳和石棉绒等。硬质泡沫塑料制品，泡沫塑料是高分子有机化合物。硬质泡沫塑料的施工成型方法有直接喷涂法和模型法两种。聚氨酯泡沫塑料预制保温管是我国在20世纪80年代从欧洲引进的先进技术。保温管由钢管、聚氨酯硬质泡沫塑料保温层和高密度聚乙烯外套（保护层）组成。保温管内可以安装报警线，用于检测钢管渗漏的位置。这种保温管适用于输送温度不高于120、压力不大于1.6MPa的介质，管道系统的环境温度位-5080。保温管的聚氨酯泡沫塑料性能和聚乙烯外套管的性能分别如表5-12和表5-13所示。对于保护层由于聚乙烯价格较高，现大部分用玻璃钢代替4。2供热管道的防腐（1）管道防腐的原则热水供热管网或季节性运行的蒸汽供热管网的管道及附件，应涂刷耐热、耐湿、防腐性能良好的涂料。常年运行的室内蒸汽管道及附件，可不涂刷防腐材料。常年运行的室外蒸汽管道也可涂刷耐高温的防腐涂料。架空管道采用普通薄钢板作保护层时，薄钢板内外表面均应涂刷防腐材料，施工后外表面应涂刷面漆。不保温管道及附件，为了防腐和便于识别，应进行外部油漆。保温管道的保温层外表面，应涂刷油漆，并标记管道内介质流向及色环。保温层外表面不应做防潮层。2防腐层的要求不保温管道，室内管道先涂两度防锈漆，再涂一度调和漆：室外管道先涂刷两度云母氧化铁酚醛底漆，再涂两度云母氧化铁面漆；管沟中的管道，先涂一度防锈漆，再涂两度沥青漆。保温管道，管道内介质温度低于120时，管道表面涂刷两度漆；管道内介质温度高于120时，管道表面可不涂刷防锈漆。5、本设计要完成的内容这次设计的主要内容是为某小高层小区设计室外供暖管网，以及相关的水力、压降、温度降计算。此小区包括九幢楼房，总计354户，建筑面积35400平方米。供热管网供回水温度为90/70。第1章 供暖管网设计热负荷1.1工程概况本次设计的对象是某小高层住宅小区，该小区共包括九幢楼房。总计354户，建筑面积35400。各幢住宅的构造及所处位置可以详见图纸。均为每层两个单元，面积均为100。其中1、2幢为9层，3、4、5、6、7幢为12层，8幢为6层。1.2热负荷计算根据采暖面积热负荷指标，就可以计算出每幢楼的热负荷，该供热系统的设计面积热负荷指标取为70W/m2则 各楼计算热负荷=各楼建筑面积采暖设计热负荷指标1左、1右、2幢的热负荷相同：3、4、5、6、7幢的热负荷相同：8幢热负荷：1.3热源与介质参数的选择本小区设小区热力站（民用集中热力站），集中供热网路通过小区热力站向该小区几个街区的多幢建筑分配热量，供热系统采用双管闭式系统，地点设在小区广场地下室内。由热力站接收上一级热源来的高温水，再通过混合水泵将回水管道里的回水与热网供水混合，从而达到用户所需的供水温度，再向各用户输送。二级供热管网中的热水介质参数：设计供回水温度为1.4敷设方式的选择本设计中二级供热管网的敷设方式均为有补偿直埋敷设，补偿器设在局部地沟里。考虑采用该敷设方式，主要是基于目前，直埋敷设已是热水供热管网的主要敷设方式。因为无沟敷设不需砌筑地沟，土方量及土建工程量减少；管道预制，现场安装工作量减少，施工进度快；因此可节省供热管网的投资费用。无沟敷设占地小，易于与其他地下管道和设施相协调。此优点在老城区、街道窄小、地下管线密集的地段敷设供热管网时更为明显5。第2章 热力管网的水力计算2.1确定各用户的设计流量 小区网路平面布置图如下图所示：图1-1管道布置系统图 根据闭式热水供热系统生活热水热用户的设计流量式:以一幢的设计流量为例，计算如下：其他各幢的设计流量计算结果见于下表:热负荷计算表 表2-1楼房编号层数户建筑面积（）设计热负荷()设计流量()1左954540037800016.31右954540037800016.32954540037800016.331236360025200010.841236360025200010.851236360025200010.861236360025200010.871236360025200010.886121200840003.6总计/354354002478000106.62.2主干线的水力计算因各用户内部阻力损失相等，所以从热源到最远用户6的管线为主干线，其他还有1-9、1-16、1-13等支干线。主干线为1-6。取主干线的平均比摩阻为30-70pa/m范围内。根据各管段的流量和平均比摩阻，查水力计算表，确定管径和实际比摩阻。以管段1-2为例说明计算过程，其余管段的计算结果见表。1-2管段：计算流量为106.6t/h，平均比摩阻在30-70pa/m之内，查水力计算表，得出管径和实际比摩阻如下：d=200mm；R=45pa/m；v=0.88m/s管段1-2上的所有局部阻力的当量长度可由附录2-2查出，结果如下：1个闸阀局部阻力当量长度之和管段1-2的折算长度管段1-2的压力损失用同样的方法，可确定主干线上其余管段2-3、3-4、4-5、5-6的管径和压力损失，计算结果见表1-2，1-3。主干线1-6上有两条支线4-18、5-19，其水力计算过程如下所示：管段4-18的资用压力为管段4-18的估算比摩阻为根据管段4-18的流量16.2t/h和估算比摩阻，查水力计算表，得d=80mm；R=145.1pa/m；v=0.88m/s管段4-18的局部阻力当量长度查附录2-2，得闸阀：两个2.56m，异径接头：1个0.26m，分流三通：1个3.82m，总的当量长度为。管段4-18的折算长度为管段的实际压力损失支线4-18和主干线并联环路4-5-6之间的不平衡率为由此可知环路基本平衡，不必加调压装置。用此方法对支线5-19进行水力计算,结果见表1-2。水力计算表 表2-2管道编号计算流量（t/h）管段长度（m）局部阻力当量长度之和（m）折算长度（m）直径（mm）流速（m/s）比摩阻（pa/m）管段的压力损失（pa）支线不平衡率（%）主干线1-2106.65.63.368.962000.88454032-352.49.324.3633.661500.8967.522723-430.862.436.498.81500.5323.723424-514.650.117.3467.441250.3513.69175-63.683.413.2696.66800.229870支线4-1816.27.36.6413.94800.88145.1202213.15-1910.89.85.3715.17800.668.6104119.7局部阻力当量长度计算表 表2-3管段编号局部阻力形式闸阀方形补偿器异径接头直流三通分流三通主干线1-21个，3.36m2-31个，15.4m1个，0.56m1个，8.4m3-42个，30.8m1个，5.6m4-51个，12.5m1个，0.44m1个，4.4m5-61个，1.28m1个，7.9m1个，0.26m1个，3.82m支线4-182个，2.56m1个，0.26m1个，3.82m5-192个，2.56m1个，0.26m1个，2.55m通过计算，支线5-19的不平衡率为19.7%大于15%，所以应在支线5-19上加调压装置，消除剩余压头。2.3支干线的水力计算在计算支干线时遇到了一些问题，也就是计算比摩阻时，如果把支干线当作主干线的一条支线来计算时，需要先求得支干线的估算比摩阻，但这个计算出来的估算比摩阻包括了整条支干线，而不只有与主干线最接近的那个管段，支干线各个管道的管径，流量又都不相同，用这种方法计算出来的压力损失误差肯定很大，所以我决定计算估算比摩阻时，将支干线各个管段的管径看作一样，用各个管段管长之和去算估算比摩阻，最后用估算比摩阻，根据不同的流量，去查实际比摩阻。支干线1-9、1-13、1-16的计算结果列于下表： 支干线1-9水力计算表 表2-4管道编号计算流量（t/h）管段长度（m）局部阻力当量长度之和（m）折算长度（m）直径（mm）流速（m/s）比摩阻（pa/m）管段的压力损失（pa）支线不平衡率（%）干线3-721.628.316.7345.031000.8195.8431452.97-910.822.56.6429.14800.668.61999支线7-810.822.84.0926.89800.668.618457.7支干线1-9局部阻力当量长度计算表 表2-5管段编号局部阻力形式闸阀方形补偿器异径接头直流三通分流三通干线3-71个，1.65m1个，9.8m1个，0.33m1个，4.95m7-92个，2.56m1个，0.26m1个，3.82m支线7-81个，1.28m1个，0.26m1个，2.55m支干线1-13水力计算表 表2-6管道编号计算流量（t/h）管段长度（m）局部阻力当量长度之和（m）折算长度（m）直径（mm）流速（m/s）比摩阻（pa/m）管段的压力损失（pa）支线不平衡率（%）干线2-1054.2612.618.62000.4712.42311510-1132.6145.358203.31500.5323.7481811-1316.3117.232.04149.241250.3815.52313支线11-1416.39.96.6416.54800.88145.124003.8支干线1-13局部阻力当量长度计算表 表2-7管段编号局部阻力形式闸阀方形补偿器异径接头直流三通分流三通干线2-101个，12.6m10-111个，2.24m2个，46.8m1个，0.56m1个，8.4m11-131个，2.2m2个，25m1个，0.44m1个，4.4m支线11-142个，2.56m1个，0.26m1个，3.82m支干线1-16水力计算表 2-8管道编号计算流量（t/h）管段长度（m）局部阻力当量长度之和（m）折算长度（m）直径（mm）流速（m/s）比摩阻（pa/m）管段的压力损失（pa）支线不平衡率（%）干线10-1521.69.59.2418.741250.5229.455152.215-1610.837.711.9949.69800.668.63409支线15-1710.816.35.221.5700.85171.636898.2支干线1-16局部阻力当量长度计算表 表2-9管段编号局部阻力形式闸阀方形补偿器异径接头直流三通分流三通干线10-151个，2.2m1个，0.44m1个，6.6m15-161个，1.28m1个，7.9m1个，0.26m1个，2.55m支线15-172个，2m1个，0.2m1个，3m通过计算，支干线1-9平衡率为52.9%，支干线1-16不平衡率为52.2%，大于15%，需要安装调压装置，以消除剩余压头。第3章 热力管道的热补偿供热管道在内压力、管道自重、外载负荷、温度变形等因素的作用下，需要承受由于上述这些因素所引起的应力（如拉伸、弯曲等应力）。因此，对供热管道进行机械强度计算，校核它所承受和产生的应力，是保证供热管道安全运行的一个重要环节。本次设计只对热伸长量进行计算，以此作为是否加补偿器的依据。室外管网的热伸长计算：供热管道安装投运后，由于管道被加热引起管道受热伸长。管道受热的自由伸长量，可按下式计算：式中 管道的线膨胀系数，一般可取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。利用材料的变形来吸收热伸长的补偿有：自然补偿器、方形补偿器和波纹管补偿器。利用管道的位移来吸收热伸长的补偿有：套管补偿器和球形补偿器。供热管道在设计过程中，应充分利用管道本身的自然弯曲（柔性）来补偿管道热伸长。当无条件利用管道本身自然弯曲来补偿管道的热伸长时，应采用合适的伸缩补偿器，以降低管道在运行过程中所产生的作用力，减少管道应力和作用于阀门及支架结构的作用力，保证管道的稳定和安全运行5。以管段1-3为例计算其热伸长量：其他主要管段的热伸长量计算结果见表3-1热伸长量计算表 表3-1管段管壁最高温度冷月平均温度管段长度热伸长量1-390-1514.90.0193-462.40.0794-550.10.0635-683.40.1053-728.30.03610-11145.30.18311-13117.20.14815-1637.70.048第4章 供热管道的保温及热力计算4.1管道敷设及各参数选择敷设方式：有补偿直埋敷设保温管底部为砂垫层，砂的最大粒度不大于2.0mm ，上面用砂质黏土夯实，管道的埋深h=1m。取土壤的导热系数为,土壤层温度为5。土层表面的放热系数取。土层地表面平均温度设计供回水温度，则供水管的平均水温供水管道保温材料采用聚胺酯保温。聚胺酯泡沫塑料是以聚醚树脂与多亚甲基多异氰酸酯（PAPI）为主要原料，再加热胶联剂、催化剂、表面活性剂和发泡剂等，经发泡制成。改性的脲酸酯硬泡是在聚胺酯硬泡的分子结构中引入了耐温、耐热的异氰酸酯环，因而其耐热性有所提高。聚胺酯硬泡的使用温度一般不超过2。取保温材料的导热系数为保温层平均温度为则保温层表面温度4.2保温层厚度计算根据直埋管道保温层厚度计算法。直埋管道散出的热量由土壤吸收，因而土壤的热阻是总热阻的一部分。以管段1-2为例计算保温层厚度， 则所以与土层接触的管子外表面的直径：管子的折算埋深：同理可以求得其他各管径管道保温层厚度，考虑到管道施工的方便，管径D=125mm时保温层厚度取35mm。管径D=125mm时保温层厚度取35mm。管径D=100mm时取保温层厚度为20mm。计算所得的管道单位长度散热损失量从31W/m-42W/m，总热量损失为23400W。参考文献1.李德英主编.供热工程.北京：中国建筑工业出版社，2004，（1）2.石兆玉.供热系统运行调节与控制.北京：清华大学出版社，19943.邢振河.热力站量调节方法介绍.区域供热，1992，（2）：24274.张在准.集中采热运行管理.北京：中国建筑工业出版社，19865.王哲显.采暖系统运行、维修与管理.北京：中国建筑工业出版社，1990评语：成绩0万U豆体验卡卡号：50D890668267e3349e33密码：686d03401eefba96faba奖品名称：500万U豆体验卡卡号：50De7a00c543af387fc0密码：b26488ce65abc1787202奖品名称：500万U豆体验卡卡号：50Dbac63885c802fd52e密码：3d1c344384327b85efff奖品名称：500万U豆体验卡卡号：50Dd97f0765bdf6998a3密码：48db1c14e42a2b321fac奖品名称：500万U豆体50D61215eb41ae3cc919密码：25bffae5346e7b7d2548奖品名称：100万U豆体验卡卡号：10D1cab621456ab278ab密码：709f65f32865af2559c2奖品名称：100万U豆体验卡卡号：10D8f1d6a4b953f3474e密码：6e2e4017cce30dc7e055奖品名称：100万U豆体验卡卡号：10Dd1fc6d6dd529b6892密码：a5dbdd8338f91d2c0701奖品名称：100万U豆体验卡卡号：10D08377b71d4374262b密码：1d7a7c21ebd99b798a54