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摘 要：本文介绍了供热管网热负荷的分类、布置、敷设方式和热补偿。
关键词：供热管网 设计 敷设方式
集中供热是指以热水或蒸汽作为热媒,利用一个或多个热源通过供热管网、热交换站等,向一个城市或城市中较大区域的各热用户提供热能的供热方式。为了保证供热质量和降低建造供热系统的投资,对管网的设计提出了更高的要求。
1 供热管网热负荷的分类
热负荷可分为季节性热负荷和固定常年性热负荷两大类。季节性热负荷包括采暖热负荷、通风热负荷及空调制冷热负荷。采暖通风和空调制冷热负荷是用来保证室内的空气温度或质量的热负荷。固定常年性热负荷包括生活热水供应热负荷和生产工艺热负荷。生活热水供应热负荷是指各类建筑物中日常生活所需要热水的热负荷;生产工艺热负荷是指生产过程中所需要的热负荷。
季节性热负荷在全年变化较大,全日变化较小,它与室外空气温度、空气湿度、风速、风向及太阳辐射等室外气象条件有着密切的联系,其中室外空气温度对其大小起着决定性作用。固定常年性热负荷在全年变化较小,全日变化较大,与外部气候条件关系不大。
2 供热管网的布置
2.1 管网布置原则供热管网布置的基本原则是经济上合理、技术上可靠和对周围环境影响小。具体要求如下:(1)供热管道力求短而直,使消耗的金属量最少,施工工程量最小,降低投资。供热主干线应通过热用户密集区。此外,减少检查井的数量可以降低初投资,所以应合理地布置影响检查井位置、数量、所需的阀门及各种附件。(2)供热管道应布置在地势平坦、水位低和土质好的地段。尽量避免与主要交通干线、河流以及其他管线的交叉。 (3)供热管道一般应沿道路的一侧敷设。当采用地上敷设时,应保证不影响城市环境及美观。
2.2 管网布置方式
供热管网的布置与热媒种类、热源及热用户的相互位置有一定的联系。供热管网的平面布置方式主要有枝状、环状和网格状三种:(1)枝状管网布置是供热管网布置最常用的方式。枝状管网的优点是系统简单、管径随着远离热源而逐渐减小、金属消耗量少、投资少、运行可靠。缺点是供热的后备能力差,即管网某处发生故障时,在故障位置之后的所有热用户的供热都将中断。
(2)环状管网布置
环状管网是指供热主干线连成环状,用户管网从环状主干线上接出的供热管网布置方式。其优点是供热后备能力高、运行安全。缺点是投资大、运行管理复杂。
(3)网格状管网布置
网格状管网是由很多小型环状管网相互连接在一起的一种供热管网布置方式。其优点是运行安全可靠。但是这种布置方式的投资很大,并且热网的水力工况和控制十分复杂。
3 供热管网敷设方式
供热管网的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。供热管网敷设方式主要分为地上敷设和地下敷设两大类。
3.1 地上敷设
地上敷设又称架空敷设,是将供热管道敷设在地面支架或者建筑物外墙上的敷设方式。常用于地下水位高、地形复杂、土壤腐蚀性大或土质为湿陷性黄土,以及地下管道密度大难以敷设供热管道等状况。架空敷设投资少、便于运行管理及检修,是一种较为经济的敷设方式,但是其占地面积和热损失较大,同时还会对城市环境美观产生影响。
3.2 地下敷设
地下敷设不影响城市环境美观和交通,是供热管网最常用的敷设方式。地下敷设可以分为地沟敷设和直埋敷设两类。
地沟敷设是指供热管道在管沟内敷设的敷设方式。地沟敷设按管沟能否通行分为通行地沟敷设、半通行地沟敷设和不通行地沟敷设三种敷设。
直埋敷设是将供热管道直接埋设在土壤里的敷设方式。供热管道直埋结构由供热管道、保温层和保护外壳三部分紧密结合在一起,形成整体式的预制保温管结构,又称“管中管”。直埋敷设与架空敷设相比不影响城市环境美观且热损失小;直埋敷设与地沟敷设相比,具有占地面积小、施工周期短、维护量小、初投资低、整体式预制保温管严密性好、管道难以腐蚀、使用寿命延长等优点。可见,直埋敷设是一种优越的敷设方式,其在供热管网中的应用将会越来越广泛。
4 供热管网的热补偿
补偿器是补偿供热管道受热产生的热伸长进而减小管道由于受热产生的应力,防止管道由于受热产生的热伸长或应力过大使得管道变形或破裂,保证供热管网运行安全可靠的装置。
补偿器根据补偿方式的不同可分为利用补偿器材料的变形来吸收热伸长的自然补偿器、方形补偿器和波纹管补偿器,以及利用管道的位移来吸收热伸长的套筒补偿器和球形补偿器。
(1)自然补偿器
自然补偿器是利用供热管道的自然弯曲(如L形或Z形)来补偿管道的热伸长。由于自然补偿器结构简单并可以减少使用其它种类的补偿器,可以减少投资。其缺点是管道变形时会产生横向位移,而且补偿的管段不能很长。
(2)方形补偿器
方形补偿器一般是由无缝钢管煨弯或由弯头组焊而成,利用弯管的变形来补偿热伸长。方形补偿器可用于任何工作压力和温度的管道、制造安装简单、轴向推力小、补偿能力大,并且安全可靠。其缺点是占地面积和热媒流动阻力较大。
(3)波纹管补偿器
波纹管补偿器是用单层或多层薄金属管制成的具有轴向波纹的管状补偿设备,利用波纹的变形补偿管道的热伸长。其具有结构紧凑、体积小、重量轻、占地面积小、不易渗漏和热媒流动阻力小等优点。缺点是制造困难、造价高、补偿量较小以及轴向推力大。
(4)套筒补偿器
套筒补偿器是填料密封的套管和外壳管同心组成,一般有单向和双向两种形式,补偿器直接焊接在管道上，通过滑动套筒对外套筒的滑移运动来补偿管道的热伸长。其补偿能力较大(一般可达250mm~400mm[11])、占地面积小、造价低、安装方便且热媒流动阻力小。但是其轴向推力大、介质易泄漏、需要经常更换填料、维护工作量较大。
(5)球形补偿是由球体和外壳组成,利用球形管接头的随机弯转来补偿管道的热伸长，一般两个配成一组使用。球形补偿器可做三向位移、不存在推力、补偿能力大、占据空间小、变形应力小、适用于架空敷设；缺点是存在侧向位移、易泄漏。
总之,上述5种补偿器各有其优缺点,适用场合也各不相同。在实际使用中,应根据实际情况具体分析,择优使用,保证供热系统能够安全可靠的运行。
关键词：供热管网 设计 敷设方式
集中供热是指以热水或蒸汽作为热媒,利用一个或多个热源通过供热管网、热交换站等,向一个城市或城市中较大区域的各热用户提供热能的供热方式。为了保证供热质量和降低建造供热系统的投资,对管网的设计提出了更高的要求。
1 供热管网热负荷的分类
热负荷可分为季节性热负荷和固定常年性热负荷两大类。季节性热负荷包括采暖热负荷、通风热负荷及空调制冷热负荷。采暖通风和空调制冷热负荷是用来保证室内的空气温度或质量的热负荷。固定常年性热负荷包括生活热水供应热负荷和生产工艺热负荷。生活热水供应热负荷是指各类建筑物中日常生活所需要热水的热负荷;生产工艺热负荷是指生产过程中所需要的热负荷。
季节性热负荷在全年变化较大,全日变化较小,它与室外空气温度、空气湿度、风速、风向及太阳辐射等室外气象条件有着密切的联系,其中室外空气温度对其大小起着决定性作用。固定常年性热负荷在全年变化较小,全日变化较大,与外部气候条件关系不大。
2 供热管网的布置
2.1 管网布置原则供热管网布置的基本原则是经济上合理、技术上可靠和对周围环境影响小。具体要求如下:(1)供热管道力求短而直,使消耗的金属量最少,施工工程量最小,降低投资。供热主干线应通过热用户密集区。此外,减少检查井的数量可以降低初投资,所以应合理地布置影响检查井位置、数量、所需的阀门及各种附件。(2)供热管道应布置在地势平坦、水位低和土质好的地段。尽量避免与主要交通干线、河流以及其他管线的交叉。 (3)供热管道一般应沿道路的一侧敷设。当采用地上敷设时,应保证不影响城市环境及美观。
2.2 管网布置方式
供热管网的布置与热媒种类、热源及热用户的相互位置有一定的联系。供热管网的平面布置方式主要有枝状、环状和网格状三种:(1)枝状管网布置是供热管网布置最常用的方式。枝状管网的优点是系统简单、管径随着远离热源而逐渐减小、金属消耗量少、投资少、运行可靠。缺点是供热的后备能力差,即管网某处发生故障时,在故障位置之后的所有热用户的供热都将中断。
(2)环状管网布置
环状管网是指供热主干线连成环状,用户管网从环状主干线上接出的供热管网布置方式。其优点是供热后备能力高、运行安全。缺点是投资大、运行管理复杂。
(3)网格状管网布置
网格状管网是由很多小型环状管网相互连接在一起的一种供热管网布置方式。其优点是运行安全可靠。但是这种布置方式的投资很大,并且热网的水力工况和控制十分复杂。
3 供热管网敷设方式
供热管网的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。供热管网敷设方式主要分为地上敷设和地下敷设两大类。
3.1 地上敷设
地上敷设又称架空敷设,是将供热管道敷设在地面支架或者建筑物外墙上的敷设方式。常用于地下水位高、地形复杂、土壤腐蚀性大或土质为湿陷性黄土,以及地下管道密度大难以敷设供热管道等状况。架空敷设投资少、便于运行管理及检修,是一种较为经济的敷设方式,但是其占地面积和热损失较大,同时还会对城市环境美观产生影响。
3.2 地下敷设
地下敷设不影响城市环境美观和交通,是供热管网最常用的敷设方式。地下敷设可以分为地沟敷设和直埋敷设两类。
地沟敷设是指供热管道在管沟内敷设的敷设方式。地沟敷设按管沟能否通行分为通行地沟敷设、半通行地沟敷设和不通行地沟敷设三种敷设。
直埋敷设是将供热管道直接埋设在土壤里的敷设方式。供热管道直埋结构由供热管道、保温层和保护外壳三部分紧密结合在一起,形成整体式的预制保温管结构,又称“管中管”。直埋敷设与架空敷设相比不影响城市环境美观且热损失小;直埋敷设与地沟敷设相比,具有占地面积小、施工周期短、维护量小、初投资低、整体式预制保温管严密性好、管道难以腐蚀、使用寿命延长等优点。可见,直埋敷设是一种优越的敷设方式,其在供热管网中的应用将会越来越广泛。
4 供热管网的热补偿
补偿器是补偿供热管道受热产生的热伸长进而减小管道由于受热产生的应力,防止管道由于受热产生的热伸长或应力过大使得管道变形或破裂,保证供热管网运行安全可靠的装置。
补偿器根据补偿方式的不同可分为利用补偿器材料的变形来吸收热伸长的自然补偿器、方形补偿器和波纹管补偿器,以及利用管道的位移来吸收热伸长的套筒补偿器和球形补偿器。
(1)自然补偿器
自然补偿器是利用供热管道的自然弯曲(如L形或Z形)来补偿管道的热伸长。由于自然补偿器结构简单并可以减少使用其它种类的补偿器,可以减少投资。其缺点是管道变形时会产生横向位移,而且补偿的管段不能很长。
(2)方形补偿器
方形补偿器一般是由无缝钢管煨弯或由弯头组焊而成,利用弯管的变形来补偿热伸长。方形补偿器可用于任何工作压力和温度的管道、制造安装简单、轴向推力小、补偿能力大,并且安全可靠。其缺点是占地面积和热媒流动阻力较大。
(3)波纹管补偿器
波纹管补偿器是用单层或多层薄金属管制成的具有轴向波纹的管状补偿设备,利用波纹的变形补偿管道的热伸长。其具有结构紧凑、体积小、重量轻、占地面积小、不易渗漏和热媒流动阻力小等优点。缺点是制造困难、造价高、补偿量较小以及轴向推力大。
(4)套筒补偿器
套筒补偿器是填料密封的套管和外壳管同心组成,一般有单向和双向两种形式,补偿器直接焊接在管道上，通过滑动套筒对外套筒的滑移运动来补偿管道的热伸长。其补偿能力较大(一般可达250mm~400mm[11])、占地面积小、造价低、安装方便且热媒流动阻力小。但是其轴向推力大、介质易泄漏、需要经常更换填料、维护工作量较大。
(5)球形补偿是由球体和外壳组成,利用球形管接头的随机弯转来补偿管道的热伸长，一般两个配成一组使用。球形补偿器可做三向位移、不存在推力、补偿能力大、占据空间小、变形应力小、适用于架空敷设；缺点是存在侧向位移、易泄漏。
总之,上述5种补偿器各有其优缺点,适用场合也各不相同。在实际使用中,应根据实际情况具体分析,择优使用,保证供热系统能够安全可靠的运行。