论城市供热管网的设计与规划

路明

摘要：随着城市集中供热的迅速发展，热网越来越显示其重要性。由于热网工程规模大、造价高，而且影响面广，不易平衡，并涉及城市建设和环境美化。能否把生产的热能，按热网用户需要进行合理分配，并达到预期的采暖效果。这就要求在热网的规划、设计阶段选择合理、节能、易于调节和施工的方案。

关键词：城市供热管网、管网敷设、供热调节

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、整体规划

城市供热管网的特点是热用户分布区域广、分支多。在管网发生事故时，通常允许有若干小时的停供修复时间。同时有些热网为提高供热可靠性和应付供热发展的不确定性，在规划设计时就将热网像市 政给水管网一样成网格状布置，但这样存在一定的问题，热水力工况和控制十分复杂，同时网格状管网投资非常高。在现阶段，我国城市供热管网优化设计的研究一般是先建立数学模型，以投资、运行和维护的总和最小为目标函数，把实际工程的要求作为约束条件，然后用某种最优化方法，求出实际问题的最优解。最早的管网优化设计模型仅是针对树状管网建立的，后来发现这些模型不能广泛应用于实际的管网优化设计中，无法取得很好的结果。在充分考虑系统的安全性和经济性的前提下，笔者认为城市热力管网应是多条枝状管网放射型布置。在规划设计时，根据城市规模、热用户分布及热源位置布置几条输配主干线，在实施过程中根据供热能力和热用户情况，逐步完善不同的主干线。

二、设计原则

随着城市规模的日益扩大，城市供热管网也随之变得庞大复杂。在城市供热管网的设计与整体规划中，我们应着重遵循以下原则：城市道路上的热力网管道应平行于道路中心线,并宜敷设在车行道以外的地方,同一条管道应只沿街道的一侧敷设;穿过厂区的城市热力网管道应敷设在易于检修和维护的位置;通过非建筑区的热力网管道应沿公路敷设;热力网管道选线时宜避开土质松软地区、地震断裂带、滑坡危险地带以及高地下水位区等不利地段。

管径小于或等于300mm的热力网管道,可穿过建筑物的地下室或用开槽施工法自建筑物下专门敷设的通行管沟内穿过。 用暗挖法施工穿过建筑物时不受管径限制。热力网管道可与自来水管道、电压10kV以下的电力电缆、通讯线路、压缩空气管道、压力排水管道和重油管道一起敷设在综合管沟内。但热力管道应高于自来水管道和重油管道, 并且自来水管道应做绝热层和防水层。

三、管网敷设

对于城市热力网工程由于工程比较大，我们建议采用间接连接方式有利于降低工程造价，避免水利失调，降低用户间相互干扰，提高供热质量，并且便于运行数，确保固定墩的稳固和对管道的约束。维护。同时一次网供回水温度的高低直接决定着工程的造价，从减小供回水管径的角度来看，较大有供回水温差，可以缩小管径，我们建议大多数城市地区一、二次网供回水温度为：一次网１３０ ／７０℃；二次网８５／６０℃。

1、热源选择

对民用建筑物采暖、通风、空调及生活热水热负荷供热的城市热力网应采用水作供热介质。同时对生产工艺热负荷和采暖、通风、空调、生活热水热负荷供热的城市热力网供热介质按下列原则确定：

l ）当生产工艺热负荷为主要负荷，且必须采用蒸汽供热时，应采用蒸汽作供热介质；

2 ）当以水为供热介质能够满足生产工艺需要（包括在用户处转换为蒸汽），且技术经济合理时，应采用水作供热介质；

3 ）当采暖、通风、空调热负荷为主要负荷，生产工艺又必须采用蒸汽供热，经技术经济比较认为合理时，可采用水和蒸汽两种供热介质。

2、敷设方式选择

城市供热管网敷设方式分为架空、地沟和直埋三种方式。直埋敷设与架空敷设相比，具有不影响城镇景观、热损失小的优点；与地沟敷设方式相比，具有占地少、施工周期短、维护量小、 使用寿命长等优点，在供热行业得到了广泛应用。同时经过 ２０ 年的发展，供热行业对直埋敷设的设计理论及应用技术都有了较深入的研究，直埋敷设方式已成为一项较为成熟的技术，在城市供热管线实际运用中直埋管线也得到了广泛的应用。同时许多设计人员认识到，即使直管段的温度应力水平超过屈服极限， 直管也不会出现破坏， 这样充分肯定了应力分类法的正确性。同时还可大大降低供热管网直埋敷设的投资，供热管网直埋敷设得到了更加广泛的应用。

3、应注意的问题

供热管网的设计只是城市的配套辅助工程之一，做好与其它专业和系统的协调与配合也是一项重要的设计配合工作。比如在外网敷设时应详细征求建筑规划、结构、地质勘探、电力及通信部门的意见，以保证管路敷设的畅通；架空敷设时应注意架空高度能否满足河流及道路通行的要求，在有输配电线路时，管道是否应加设防护；排水是否与供热地沟碰撞或交叉等等问题。同时在管网工程经常会碰到一些不可预见的实际问题，如地下管线 、电缆、不明建筑物等，因此，对可能产生的问题要有心理准备，一旦发生问题能及时拿出解决方案。

4、应用前景

随着经济的发展、城市规模的扩大和现代化程度的不断提高，城市地下热力管网也越来越庞大、密集，其种类也越来越繁多。相对于城市地下热力管网的快速发展，对城市地下热力管线的管理却显得滞后，已根本不能适应管网业务的增长需求，并在很大程度上制约了城市发展。特别是管道泄漏时有发生，造成巨大的影响和损失。因此，需要建立一个应用地理信息系统技术(GIS)的，能够为城市地下热力管网科学管理、规划设计以及辅助决策等工作服务的城市地下热力管线综合管理信息系统，实现对城市地下管线全面的信息化管理。 ⑴系统分析了现今城市地下热力管线管理的现状：管理问题、管线数据资料短缺等。并针对这些问题提出了新的信息化管理思想，即在空间数据库基础之上，以小区为单位，采用多数据库技术，建立分布式多空间数据库系统。在集中管理管线数据的基础上，实现对分布的、异构的专业管线数据的共享与管理。 ⑵详细介绍了GIS技术的发展状况，探讨并提出了利用GIS技术实现管线综合管理的信息系统的系统目标、体系结构、数据流程、网络结构以及系统设计的主要内容。 ⑶对所设计的系统进行功能扩展：以小区热力管网电子地图为底图，设计了数据输入、编辑、查询和统计程序，将热力管网设施按地理位置标注在电子地图上，方便地查找热力管网线路泄漏的有关资料，直观地显示和查询管线的有关数据，方便地统计相关等数据。针对目前常见的管网泄漏原因进行分析，在地图上设计出泄漏点，通过计算机统计分析泄漏情况，对于存在漏点，导致热力管网泄漏原因等数据实现实时有效的定位与显示，对管网泄漏的可视化管理领域的有效探索。 通过对本文的研究，结合现今所采用的各种管线管理方法进行分析，无论是理论上的科学性还是实践的可靠性，均表明GIS技术对城市地下管线的综合管理具有巨大的优越性，本文所提出的技术解决方案具有较大的应用前景。

四、热力管网的平衡与控制

供暖开始后, 将各个热力站的动态参数值与热网水压图和水力计算表中的流量、流速、压降等设计值逐一对照核定, 根据核算出的实际误差, 及时分析和修正热网水压图和水力计算表中的相关参数值, 进而计算并绘制出最终的实际水力计算表和水压图, 并制定出实际运行调节工况表。在工况不变的前提下, 通过实施增大或减小分支管段的阻力及压降等平衡手段来控制调节各具体管段中实际流量的增加或减少, 即通过变化分支管的阻力状况来相应变化热网的总阻力及压降, 从而使热网总流量在各分支管段中的分配比例发生变化, 使其按运行工况调节表的平衡要求进行重新再分配,随后再对热源进行相应调节, 以求供热系统接近或达到最佳的设计运行工况, 最终实现热网阻力及热力的总体平衡。

结语

热力管线工程运行是否正常直接关系到居民生活质量，在设计过程中应遵循技术先进、经济合理、安全适用的原则，作为一项系统工程，从管网的设计到管道的 制造、安装及管网的启动运行，每个环节都直接影响着工程的成败。而一项好的设计可以使产品的性能得以充分发挥，可以最大限度地减少施工中的困难，可以降低工程造价。因此，我们的设计一定要做到严谨合理，为工程的成功提供可靠的前提保证，如若不然，不仅增加工程造价，同时还由于设计不当而削弱了热力管线运行的安全性和可靠性。

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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。