热力网及热力站.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,全国勘察设计注册公用设备工程师动力专业,刘文毅,第六章 热力网及热力站,03:09,1,一、热力管道的布置原则,第一节热力管道的布置及敷设,1,、热力管道布置的综合因素,1,）厂区或建筑区域的总平面布置图,2,）厂区或建筑区域的水文地质及气象材料,3,）各建筑物及构筑物的热负荷资料,4,）厂区或建筑区域的近期及远期发展规划,5,）厂区或建筑区域的地下电缆、给排水管道、及煤气、氧气、等动力管道布置情况,2,2,、热力管道布置的总原则和具体要求,技术可靠、经济合理和施工维修方便,1,）力求短直，靠近热用户,2,）走向平行于厂区或建筑区域的干道或建筑物,3,）不宜穿越危险场所，减少与道路、河流交叉，穿越交通线、河流时，采用拱形管道,4,）尽量利用自然弯角作为管道受热膨胀自然补偿,5,）热力地沟分支处应设检查井或人孔，阀门在检查井或人孔内,6,）从主干线设置支管上，应设截断阀门,7,）设疏水阀：蒸汽管道最低点，垂直升高管段前最低点，见具体规范,8,）热力及凝结水管最低点放水，最高点放气,3,二、热力管道的敷设方式,室外，一般枝状布置：系统简单、造价较低、运行方便，没有供热后备性能。不允许中断供汽拥护，采用复线枝状管网。,环状管网（主干线环行）：有后备供热能力，投资和金属消耗量都很大。,辐射状管网：小型工厂，控制方便，可分片供热，投资和金属耗量大,山区：沿山坡或道路低支架布置；直径,DN150mm,，可沿建筑物外墙敷设；爬山管道阶梯形布置；跨越冲沟或河流时，沿桥或沿栈桥布置或拱形管道,4,三、架空敷设,工厂区,地形复杂、地质、地下水位高、地下管道多等,1,、低支架敷设：,山区和不影响交通及景观地区，与地面净距,0.5-1.0m,，最经济、方便,2,、中支架敷设：,人行交通频繁地区，距地,2.0-2.5m,用钢材、混凝土，较经济、方便,3,、高支架敷设：,交通要道和管道跨越铁路、公路时，与地面净距,4.5m,以上，耗钢材大、周期长、维修管理不方便,5,四、地沟敷设,通行地沟、半通行地沟和不通行地沟,地面不允许挖开；管道数量较多或管径较大且管道垂直排列高度,1.5m,时。维护方便，基建投资大，占地大；单侧布管或双侧布管,1,、通行地沟,地面不允许挖开，管道数量较多，采用不通行地沟受地沟宽度限制。,2,、半通行地沟,应用广泛；土壤干燥、地下水位低、管道少、管径小、维修工作量不大，地下直接埋设时，转弯及补偿器处；尺寸小、占地少、耗材少，维护检修不便,3,、不通行地沟,6,五、直埋敷设,两种保温管,由钢管、防腐层、保温层和保护层四部分组成，耐温,150,，,15,年寿命，温降,1/km,1,、氰聚塑直埋保温管,由钢管、导线、保温层和保护层组成，耐温,120,2,、“管中管”预制保温管,1无补偿方式：,3,、直埋管道的敷设方式,(1),安定性分析理论：,ASME,提出,一次应力、二次应力、峰值应力进行校核。,DN500,以下可用，,150,以下直线段，可不补偿,7,预热方式两种：敞开式和覆盖式。,敞开式：不补偿，不设固定点，造价低，缺点管沟敞开时间长,覆盖式：回填土完后预热，需补偿器,(2),弹性分析理论：北欧，供热管网预热,2,）有补偿方式：管道温度过高，或难以找到预热源,（,1,）有固定点方式：补偿器两侧设固定点,（,2,）无固定点方式：需校核两个直管段是否超过最大安装长度的两倍,3,）敷设方式选择：无补偿方式优于有补偿方式，敞开式优于覆盖式，有补偿方式中无固定点计算量大，投资少，占地面积小，运行安全,8,4,、直埋管道设计计算,1,）土壤摩擦力,2,）弹性力,3,）最大间距,4,）最大安装长度，表,6-1,5,）最大覆土深度,H,9,5,、直埋管道设计及施工要点,遵守相关规定,10,一、热力管道种类及参数,第二节 热力管道系统,蒸汽管道、废汽管道、热水管道、凝结水管道,二、热力管道系统,蒸汽系统、热水系统、凝结水系统；可分为单管、双管、三管和四管系统，也可分为开式系统和闭口系统；热源：热电厂、区域锅炉房及自备锅炉房；热媒选择取决于热负荷特点和参数，热源种类，主要是水与蒸汽,1,、热水系统,1,）热水制备方式：锅炉、换热器、蒸汽喷射器、容积式加热器,11,2热水系统定压方式,高温水系统，需设定压设备；补水泵定压、膨胀水箱定压、氮气定压、空气定压、蒸汽定压,须满足（,1,）循环水泵运行时，高温水不汽化,（,2,）循环水泵停止时，热水静压应高于用户最高充水高度,（,3,）用户室内系统压力不超过散热器允许压力,（,4,）定压装置必须操作简单,（,5,）定压装置投资最省,12,2,、蒸汽系统,1,）蒸汽系统选择,用户用汽参数相同，采用单管供汽系统；用汽参数相差较大，可用双管供汽；采暖期短、采暖占总用汽量,50%,以下，单管，,50%,以上，双管；用户性质、热媒种类、热负荷、用户分散程度,2,）工业废汽利用系统,一定压力和温度的废汽,经过填料分离或油分离可利用，废汽凝结水经过活性炭过滤后,各项指标满足锅炉水质标准，送入给水箱,13,3,、凝结水系统,1,）凝结水回收原则,符合锅炉水质的,尽可能回收,;,加热油槽或有毒,有生活用汽时,严禁回收,;,不宜回收的利用热量,;,可能污染的，应检测和净化,2,）凝结水系统分类,是否与大气相同，开式与闭式,按流动的动力不同，自流式、余压及加压三种,14,一、概述,第三节 热力管道水力计算,据流量和允许压力损失确定管径或由管径和介质流量验算压力损失,二、热负荷,1,、种类,生产热负荷、采暖通风热负荷、生活热水供应负荷,2,、收集与核算,1,）收集：供热介质及参数，各种热负荷小时最大及平均值用热量，热负荷曲线，回水率及参数，余热利用数据，热负荷发展情况等,15,2,）热负荷的核算,必须换算,（,1,）按热电站出口换算,D,ck,-,热电站出口蒸汽量,(kg/h),h,w,-,用户回水质量焓,(kJ/kg),h,w,-,热电站处回水质量焓,(kJ/kg),-,回水率,w,-,热网效率，一般取,0.96,16,（,2,）按供热锅炉房锅炉出口换算,D,-,换算后新蒸汽量,(kg/h),h,-,新蒸汽质量焓,(kJ/kg),h,1,-,各种压力蒸汽质量焓,(kJ/kg),D,1,-,各种压力下饱和蒸汽量,(kg/h),h,2,-,锅炉给水质量焓,(kJ/kg),（,3,）已知热用户耗热量,Q,yh,-,热用户耗热量,(kJ/h),17,3,、热负荷典型曲线图绘制,1,）生产热负荷曲线,按用汽量和热耗量绘制。含典型日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线,2,）采暖（空调）热负荷曲线,日负荷曲线、年负荷曲线、年热负荷延续曲线,3,）生产热水供应热负荷曲线,典型日负荷曲线,18,4,、热负荷的计算,根据生产、采暖、通风、生活需要的热负荷，计算出最大热负荷、平均热负荷，确定锅炉房规模和计算各种耗量,1,）根据各热负荷曲线求总热负荷，其最大值及平均值乘以,K,值（自用汽系数），即锅炉房热负荷,2,）若无热负荷曲线，以热负荷资料计算,最大热负荷,K-,管网热损失及锅炉房自用汽系数,1.1-1.2,K,1,K2,K,3,K,4,-,生产、采暖、通风、生活热负荷同时使用系数,19,3,）全年热负荷,4,）若用户提不出热负荷，根据,热网规范,估算,Q,cp,-,平均热负荷,h,1,h,2,h,3,h,4,-,生产、采暖、通风、生活热负荷年利用小时数,20,三、管径和压力损失计算,1,、管径计算,按允许压力降计算,G-,t/h,v-,m,3,/kg,w-,m/s,Q-,m,3,/h,D,i,-,mm,h,-Pa,/m,允许压力降,21,2,、压力损失计算,H,1,H,2,-,m,管道起点和终点标高,p,-Pa,总阻力之和,v,p,-,m,3,/kg,平均比体积,22,3,、允许比压降计算,2,）自流回水管,1,）蒸汽、热水、压力管,3,）余压回水管,23,四、水压图,1,、水压图水力工况应满足条件,1,）循环水泵停止运行时，应保持必须的静压力,热水管网设计和运行中，常以水压图形式表示出系统各点压力大小和分布情况,2,）循环水泵工作时，供水管应保证合适的静压力,3,）循环水泵工作时，回水管网任一点压力，不应低于,50kPa,，不超允许压力,4,）供回水管网的压差，应满足用户系统所需压头,5,）循环水泵运行时，不产生汽蚀,6,）选好静水压线位置，不许超高和超低,24,2,、水压图绘制方法和步骤,1,）循环水泵入口中心线为基准面,ox,轴,y,轴标高,2,）静水压线,(,j-j,),循环水泵停运管网中各点压力连接线，水平直线,3,）回水管动水压线,(BA),循环水泵运行中回水管路各点压力连线,4,）供水管动压线,(DC),，循环水泵运行供水压力线,25,2,、几种类型水压图,1,）补给水泵定压图,I,点定压点,j-j,静水压线,阀门,2,、,3,开度控制压力。,旁通管,4,补水定压,可降低运行时动水压线，同时调节其上两个阀门可调节压力，但需消耗电能,26,一、管道热伸长计算,第四节 管道热伸长及补偿器,L-,管道热伸长量（,mm),-,管材的线膨胀系数,m/(m,),t,1,t,2,-,管道安装温度和供热介质最高温度,L-,二固定支架间直线距离（,m),27,二、管道热补偿,1,、自然补偿,1,）利用自然管段吸收热伸长变形，装置简单、可靠，缺点是管道变形时产生横向位移,2,）原则,:L,形、,Z,形和空间立体弯,（,1,）尽量利用管路弯曲的自然补偿,（,2,）弯管转角小于,150L,形，大于,150,不能用,（,3,）,L,形自然补偿管道臂长不应超过,20-25m,弯曲应力不应超过,80MPa,28,2,、方形补偿器,1,）无缝钢管煨弯而成，制造方便、补偿能力大、周向推力较小、维修方便、运行可靠，缺点：单向外伸臂较长，占地面积大，需增设支架,2,）原则,:,四个,90,弯头,（,1,）热力管网一般都采用,（,2,）自由臂（导向支架至补偿器外伸臂距离）一般,40,倍公称直径距离,（,3,）安装时需预拉伸，,25050%,，,250-40075%,29,3,、套管补偿器,1,）热力管网特殊情况下选用，安装简单、占地少、补偿能力较大、流体阻力较小，缺点：轴向推力大、造价高、易漏水、漏汽，要求经常检修和更换填料,2,）原则,:,（,1,）计算各安装温度下安装长度，留,20mm,余量,（,2,）一般用于管径大于,100mm,，压力小于,1.3MPa(,铸铁管,),及,1.6MPa(,钢管,),（,3,）不宜使用于不通行地沟,（,4,）单向补偿器在近支架的平直管段，活动侧设导向支架；双向补偿器在支架中间，套管固定,30,4,、波形补偿器,1,）强度较弱、补偿能力小、轴向推力大，适于管径大,(300mm,以上,),压力低,2,）原则,:,（,1,）管道上应安装防止波纹管失稳的导向支座,（,2,）应预先冷紧，冷紧值为热伸长量一半,31,5,、球形补偿器,利用球形管接头的随机弯转解决热胀冷缩，适于三向位移的蒸汽和热水管道。占地面积小、节省材料、不存在推力，缺点是存在侧向位移，易漏水、漏汽，要加强维修,32,三、管道固定支架间距确定,1,、原则,承受推力必须坚固，布置合理：,（,1,）热伸长量不超过补偿器允许补偿量,（,2,）管道膨胀推力不超过支架承受允许推力,（,3,）不宜使管道产生弯曲,33,四、支架荷载计算,1,、垂直荷载,分为垂直荷载、轴向水平荷载、与轴向交叉侧向水平荷载,管道、管道附件、保温结构、管内输送的介质以及在某些情况下考虑管道水压试验时的水重，还有冰雪、积灰、平台和行人等荷载,2,、轴向水平荷载,补偿器反弹力、不平衡内压力，管道移动时摩擦反力或管架变位弹力,3,、与轴向交叉侧向水平荷载,风载荷、拐弯管道或支架传来的推力，管道横向位移摩擦力,34,五、固定支架推力计算,1,、垂直荷载,固定支架承受载荷包含：,2,、轴向水平荷载,3,、与轴向交叉侧向水平荷载,4,、矩形补偿器和自然补偿器固定支架推力,5,、套管补偿器固定支架推力,6,、波形补偿器固定支架推力,7,、球形补偿器固定支架推力,35,一、管子和管道附件的标准化,第五节 管子和管道附件,1,、公称直径,附件指安装在管道及设备上的连接、闭路和调节装置的总称。标准化含直径、压力、几何尺寸,管子和管道附件的名义直径，公称通径，,DN,2,、公称压力,在基准温度下允许的最大工作压力，,PN,3,、试验压力,进行水压强度和材料严密性检验的压力，,p,s,4,、工作压力,据最高温度规定最大压力，,p,表示，,200,p,20,36,二、管子,1,）低压流体输送焊接钢管：压力和温度较低管道,分类,2,）流体输送用无缝钢管,:,规格多,强度高,最常用,3,）螺旋缝电焊钢管,:,工作压力不超,2.0MPa,最高温度不超,200,4,）直缝电焊钢管,:,工作压力不超,1.6MPa,，最高温度不超,200,5,）直缝卷制电焊钢管,6,）纯铜及黄铜管,:,拉制或挤制,拉制用于中低压管,7,）铝及铝合金管,37,三、常用阀件,根据用途、介质特征、最大工作压力、介质最高温度、介质流量或管道公称直径低压流体输送焊接钢管,1,）阀件分类,（,1,）按用途,1,、阀件选用,截断阀类：截断或接通介质流，含闸阀、截止阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀等,调节阀类,:,调节介质流量和压力等,调节阀,节流阀等,止回阀类：阻止介质回流，止回阀,分流阀类,:,分配、分离或混合介质,分配阀、疏水阀,安全阀类,:,超压安全保护，各安全阀,38,（,2,）按压力,真空阀：工作压力低于大气压,低压阀,:,PN,1.6MPa,中压阀,:,PN,=2.5-6.4MPa,高压阀,:,PN,=10-80MPa,超高压阀,:,PN,100MPa,（,3,）按工作温度,高温阀：,t,450,中温阀,:120,t,450,常温阀,:-30,t,120,低温阀,:,t,-30,（,4,）按其它：材料，驱动方式，使用部门特点,2),阀件温压表：工作温度和最大工作压力变化表,39,一、概述,第六节 管道保温及防腐,1,、分类,节能重要措施,1,）无机保温材料：热力管道多用，不腐烂、不燃烧、耐高温，石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维等,2,）有机保温材料：容重轻、热导率小、原料来源广、不耐高温、吸湿时易腐蚀，软木、泡沫材料,二、保温材料,3,）使用温度：高温、中温和低温。,700,以上高温，,100,以下低温，二者间中温,40,2,、对保温材料要求,1,）保温层材料：热导率小，堆密度小，耐热温度高且不易燃烧，具有一定机械强度，吸水率小，施工方便和价格低廉,2,）保护层材料：良好防水性能；堆密度,800-1500kg/m3,范围内；耐压强度不小于,0.8MPa,；热导率值在,50,时，不大于,0.35W/(m,）；可燃性有机物含量不大于,15%,；在温度变化和振动情况下不易开裂,41,三、管道保温结构,由保温层和保护层组成,据保温材料和施工方法，分为胶泥结构、填充结构、包扎结构、缠绕结构、预制品结构和浇灌结构,42,四保护层,1,、防止材料在外力和内力作用下发生破坏,以及防止雨水侵蚀,同时使保温结构外表面整齐美观,2,、分类：涂抹式，金属板式，毡、布类,43,五、金属腐蚀、涂料及防腐,1,、金属的腐蚀,因化学或电化学反应引起金属表面耗损现象总称,可分为干蚀和湿蚀，全面腐蚀和局部腐蚀，局部腐蚀又有点蚀、孔蚀、沟蚀、间隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等,2,、管道防腐方法,1,）地上管道：防锈漆,2,）埋地管道：根据土壤腐蚀性决定，常用管道外表面涂刷沥青防腐绝缘层,44,第七节 热力站,1,、采暖系统,热力管网与热用户之间连接枢纽,单幢楼用或集中热力站，位置最好在热负荷中心,1,）直接连接的条件,一、热力站的规模,保证拥护内部采暖系统不汽化；不超过用户允许压力；热力网资用压头大于用户采暖系统阻力,二、热力站的连接方式,2,）间接连接的条件,系统与供热热力网连接；供水压力小于系统高度；承压能力低；资用压力小于阻力；失水率过大或有特殊安全要求。以上之一,45,一般间接连接,2,、通风、空调系统,热力网开式时，直接连接；闭式时，间接连接,3,、生活热水系统,采暖与通风、空调一般并联间接连接；与生活热水并联，多在生活热水负荷较小时；生活热水负荷较大时，与采暖系统串联或混合连接,4,、串联和并联,46,三、换热器的选择,1,、计算热负荷,1,）采暖换热器用室外计算温度时设计热负荷，并考虑,5-10%,热损失,2,生产工艺热负荷除考虑,5-10%,热损失外，还应考虑厂内设备同时使用系数,3,）生活热水换热器：有储水箱，取日平均，无水箱或储水不足，取最大小时负荷,47,2,、传热系数计算,K-,传热系数,W/(m,2,),1,2,-,介质至传热壁和壁面至被加热介质表面,传热系数,W/(m,2,),sg,sg,-,水垢厚度,(,一般,0.0005mm),，和水垢热导率,2-3W/(m),-,传热壁热导率,W/(m),；钢管,45-50,，黄铜,81-116,，纯铜,349-465,48,、温差计算,算术平均温差,对数平均温差,49,4,、传热面积计算,有效长度,f,d,-,沿流程每米长度加热面积,50,5换热器阻力计算,1,）流速确定,d,e,-,当量直径，,Z-,管子根数,2,）阻力计算，管壳式,管内,壳程,3,）阻力控制推荐值：水侧,50100kPa;,汽侧，,20kPa,51,四、水泵选择,1,、间接连接的采暖系统循环水泵选择,1,）最大总流量为所有用户流量之和加,10%,裕量,2,）扬程大于系统内部阻力和加上,3050kPa,裕量,3,）台数不小于两台，一台备用,4,）外网质量调节或自主调节时，应选调速泵,2,、间接连接的采暖系统补水泵选择,1,）正常补水量为水容量,1%,考虑事故，取,45,倍,2,）扬程补水点压力加上,3050kPa,裕量,3,）台数不小于两台，一台备用,52,五、直接连接采暖系统的混水装置,1,、设计流量计算,2,、扬程不小于总阻力,3,、采用混合泵时，台数不小于两台，一台备用,G,h,G,h,-,混水装置和采暖负荷热力网设计流量,;(,t/h,),t,1,t,2,1,-,热力网设计供水，用户设计回水，用户采暖设计供水温度，（,）,u,-,混水装置设计混合比,4,、小型系统中，条件允许，可用汽水混合加热器,53,六、凝结水回收,4),水泵台数不少于两台，一台备用,1),工业热力站，凝结水应尽量回收，宜闭式系统,2),凝结水箱总储水量,可按,2040min,最大水量考虑,3),凝结水箱一般设两个,54,七、热力站设计其它要求及注意事项,4),位置较高设备，经常操作需设操作平台,1),水泵采取降噪防振动措施,2),门向外开，设两个出口,3),站内应有必要起重设施,5),热水供应系统换热器，热水出口有阀门时，应在换热器上设安全阀,6),带有凝结水过冷段的换热器，设水位调节装置,7),补水应软化或加药处理,8),热力网供、回水总管应设阀门,9),生活热水系统，出水口设温度调节阀,10),供水总管和用户回水总管，设除污器,55,14),有不锈钢设备时，考虑氯离子腐蚀,11),应根据热负荷需要设置分汽缸，蒸汽主管和分支管上应设阀门,12),蒸汽管路最低点，设疏水装置,13),有凝结水回收时，应设凝结水取样点,15),设置必要仪表和设备，检测压力、温度、流量等参数,56,第八节 热力网的供热调节,为保证供热质量和热网的正常运行进行调节,按地点,:,集中调节、局部调节和个体（单独）调节,一、运行调节的基本方程式,集中调节分类：质调节、量调节、分阶段改变流量的质调节、间歇调节,-,相对供暖热负荷（实际负荷和设计负荷之比），相对流量,热平衡方程，,n-,室内，,w-,室外，,g-,供水，,h-,回水，,b-,散热器特性系数,57,二、质调节,在热源处改变网路供水温度,管路简单,操作方便，网路水力工况稳定，但耗电能较多。应用最多,1,、,无混合装置直接连接热水供暖,用户散热器设计平均计算温差,用户设计供回水温差,58,二、质调节,2,、,带混合装置网路供水温度计算,网路与用户设计供水温差,3,、,质调节例题,59,3,、,质调节例题,60,三、量调节,在热源处改变网路供水流量，采用量调节时，随着,t,w,升高，循环水量迅速减小，易引起供暖系统垂直热力失调，操作技术较复杂，难以进行管理，常需变速泵实现。很少采用,61,四、分阶段改变流量的质调节,把整个供暖期按室外温度分成,23,个阶段，温度较低时保持设计最大流量，较高时，较小流量。同时随室外温度进行质调节。综合质、量调节优点，经济合理，区域锅炉房热水供暖较多应用,在分阶段后，循环水泵流量与设计流量的百分率为,，无混合,混合,62,五、间歇调节,在室外温度升高时,减少每天供暖的小时数。一般在室外温度较高的供暖初期和末期，辅助调节,t,n,-,要求室内温度，,t,w,-,间歇运行时某一室外温度,t”,w,-,开始间歇调节时室外温度（相应于网路保持的最低供水温度）,63,