浅析热力管网设计与施工的研究探析

王俊红

【摘要】城市现代化建设过程中北方城市必须要考虑采暖设计，而集中供热工程的热力管网设计是其中较为重要的设置。在施工过程中科学地设计并且准确的安置城市管网有着重要的意义：不仅能维护了供热管道的稳定、安全及长期使用性能，还能减少施工中的相关问题，加强系统的可靠性。为了满足现代化城市供热需要、满足城市空气环节保护需求，在现代化城市建设中应根据热负荷分布情况、小区情况以及地质条件等因素进行热力管网的设计及布局，利用供热干线、直线的合理分布保障供热负荷，保护供热效果。本文从城市热力管网布置及敷设类型，分析了热力管网的布局与设计，提出了热力管网施工的质量控制和实施措施。

【关键词】热力管网 设计 施工 质量

热能在社会发展中一项比较重要的能源，能够满足人们的正常生活需要。社会经济的不断发展提高了人们的生活水平，这也给城市热能的消耗带来了增加。随着社会的发展，人们生活及生产水平的提高，对活动空间的舒适性要求越来越高，热水管网的负荷正逐渐变大，这就对热水管网的设计和施工提出了更为严格的要求，使得热水管网的正常运行的有效调节面临着新的研究问题，这就要求相关人员对技术提出了更为先进的研究，使得供热技术的得到进一步改进。

一、城市热力管网布置及敷设类型

在现代城市建设中，热力管网的布置应根据城市供热负荷的需求、发展规划以及具体地形等因素进行确定。在我国多年的热网管线布局及敷设中，枝状管网设计是应用最为广泛的一种结构。通过枝状管网结构为现代城市供热提供可靠、灵活的热源输热干线。通过枝状管网结构减少供热的耗损，以此提高供热效率。在城市热力管网敷设中，地上敷设和地下敷设是主要的敷设方式。地上敷设主要应用于工业园区，而地下敷设主要应用于城市小区供热。地下敷设能够有效减少敷设施工对城市交通的影响，减少架空敷设对城市市容的影响。在现代城市规划建设中地下敷设是城市热力管网建设的主要方式。

二、热力管网的布局与设计

1、 热力管网布局的基本原则

在现代城市建设与发展中，城市集中热力管网的布局应以城市总体规划为指导，根据城市主体规划的要求进行热力管网的布局与设计。在此基础上，根据城市地形地势确定热力管网的走向。根据城市规划中热力需求以及供热需求等因素建立科学的供热体系。以城市供热需求为基础，确保公路管线走向的合理性。减少城市供热管网分散、缺乏设计造成的热力损失。另外，在城市管网布局中还应根据城市供热需求、室内温度需求等确定相关参数。考虑城市地形因素在管网设计中还要确定管线高低差，因此减少管线压力、流动等造成的能源消耗。在此基础上，现代城市热力管网布局中还应考虑住宅小区以及商业建筑对热力供應需求的差异，针对供热需求确定管线直径以及管线走向。针对热力供应管线首末端温度差，热力管线设计中还应对管线压力、管线枝网以及管线直径等进行设计。以保障供热温度为中心进行热力管网的设计与布局，以此实现现代城市集中供热、缓解城市空气污染的目的。

2、现代城市热力管网布局设计

根据城市热力管网布局基本原则以及城市热力管网设计需求，现代城市热力管网的布局设计中应从以下几个步骤保障设计目标的实现。

首先，在城市热力管网布局设计前应对城市综合规划进行了解，以城市规划为基础确定城市热力管网供热实际需求。

其次，根据电厂所处位置确定城市集中供热管线的走向及高低差，以此保障供热效果。在确定基础走向后，设计小区供热管线的进出点。

第三，针对小区地势走向确定的进出点较少供热压力，保障供热效果。利用地势差减少逆流对供热效果的影响，提高区域供热效果，通过科学的布局使城市集中供热管网设计目标得以实现，保障城市供热温度。

3、 热力管网敷设及施工管理要点

在城市集中供热管网敷设中，地下敷设是城市热力管网敷设的主要形式。地下敷设方式减少了架空敷设对城市市容的影响。目前，地下敷设又分为直埋敷设和地沟敷设两种。地沟敷设是将管线敷设在地沟内，这样的方式减少了管道的荷载，有效保障了管道的安全。直埋敷设是将管道直接埋设在土壤中。这样的敷设方式使的管道需要承受来自地面的荷载。两种方式，直埋敷设方式一起施工简便、造价低的特点在我国城市热网建设中有着广泛的应用。而且，多数城市供热管网的建设汇总也普遍采用这种方式。受直埋管网特点影响，直埋管网的建设中需要对管网基础以及回填沉降进行有效控制。在直埋管网施工中，强化基础的夯实以及回填材料的选择。以较少管网施工后沉降及荷载对管线的影响，进而保障管线的使用安全。

三、热力管网中固定支架的设计要点

固定支架的设计是城市集中供热工程设计较为普遍的问题。而固定直接要避免出现管道与支撑结构发生相对位移现象，这会影响支架的使用性能。在实施城市建设工程中要根据实际情况来采用合理的固定支架，这将影响着供热管道的固定、安全及正常使用性能。

1、热力管线分段施工在支架推力固定中的作用

热力管线与别的市政管线在施工方面基本是一致的，经常会面临着不同因素造成的影响，例如：资金周转不利、拆迁受阻、规划困难等。在实际施工过程中应该采取求分期、分段方式有计划地进行，但考虑到热力管道压力过大、温度增高、管道管径变大等因素影响，使得供热管道的固定支架在推力方面出现较大的变化。

2、承受分段试压和总试压的固定支架

当热力管线到达一定施工阶段后需要采取分段试压，一般情况下无需设备，且固定支架无需焊卡板，这是为了使得焊口的焊接质量能够一次试验完毕。但需要注意的是此种分段试压跟分期、分阶段施工供热的管线的试压属于两种形式，后者可归纳为总试压。因为分阶段试压的固定支架无需焊卡板，在打压试验时不用检验固定支架的荷载。

对于总试压过程不仅要再次检验管线的焊接质量，还需要检验管线上的设备，如：补偿器、阀门等。这就给相应的计算提出了要求，在对固定支架设计、计算时，其Po以总试压的压力值为标准，不能根据设计压力值进行，以此确保固定支架在承受总试压时具有良好的安全性。

3、不同管网布置形势下固定支架的承受力

3.1.管道吸收热伸长运用轴向补偿器，对于弯头、阀门、堵板周围的固定支架受力为不平衡内压力，且此种内压力会根据管径的增大而变大，最终的压力大小要大于管线上形成的弹性力、摩擦力。当存在这种力需要采取有效的措施进行处理。而固定支架出现变化时接近堵板，增加了推力。

3.2.管线吸收热伸长运用自然补偿，使得固定支架两侧的不平衡因为内压力而消失。其承受力一般来源于管线或者设备产生的弹性力和管线热伸长过程中与支架形成的摩擦力。对以上受力情况进行研究能够使得整个施工过程能够有重点的进行。

四、热力管网中旋转补偿器的设计

补偿器在热力管网中极为重要的管道组成部分，其给热力管网带来的作用逐渐加大。旋转补偿器的优点在于补偿器量大、布置方便、组合形式多样等。不仅能够设置在直管段的所有位置进行热补偿，还能采用管线自然转角布置来达到管系热补偿的要求。旋转补偿器与其他补偿器相比，在减少关系补偿点、固定支架的设置数量时能起到很好的作用，在减小工程量、降低资金消耗等方面有着一定的作用。

1、设计选择旋转补偿器的重点

在旋转补偿器设计及选择过程中应该参照实际情况进行，以管线的走向、敷设方式等作为前提来准确的划定补偿器的位置、形式等，最终划定H值、L值及旋转角度θ，这样才能达到管系设计的标准。

旋转角度大小对于补偿器内部密封材料能造成较大的影响，对其使用寿命起到了作用，给固定支架的受力造成变化。通常θ值低于60°，θ值在管径变大时会减小，从而降低管道位移给固定支架造成的摩擦力大小，确保并保证运行时补偿器的正确使用。

力臂的旋转是管道的热伸长的主要依据，II型组合的管道力臂发生旋转后会引起补偿管道的横向移动。在设计过程中需要尽可能地控制横向移动对管系安全运行造成的影响。不仅要满足管道的刚度、强度，且在θ值低于60°，需把力臂的长度控制在2～6m。Ω型组合在算L值时需要参照管道间距B值与旋转角度θ。

2、导向支架的安排

设计热力管网时需结合导向支架对管线的移动情况，这样能够避免管道热伸长时造成纵向弯曲，这样能够避免管道热伸长时造成纵向弯曲、径向位移给管道带来的不利影响。旋转补偿器在补偿量和两固定支架的间距较长，管道在补偿器运行时形成横向位移，经常发生失稳情况，在补偿器不知过程中要设置导向支架。

应根据补偿器的布置形式选择合适的导向支架、间距。II型组合在设置导向支架时，需避免长距离管道移动引起的失稳，还要保证补偿端管道横向位移的正常，第一导向支架需设置于距补偿器20～40m处，这是根据應根据补偿量和管径大小而定的。Ω型组合的第一导向支架需布置在距补偿器5～25m处。导向支架间距在长距离补偿需控制在50～70m。

五、热力管网施工的质量控制和实施措施

管网施工对于工程是极为关键的组成，不仅需要较高的安装质量，还需要保证一定的安装速度。安装方法与质量要求需根据国家管道施工和验收规范进行，以下结合直埋管分析。

1、积极构建科学的施工质量体系

在施工过程需建立一套完整的质量保证体系，主要是根据工程的性质、工期、材料、运输等不同情况，并且具备良好的人员素质和机械装备作为前提条件。需要以全局角度考虑后设计详细的施工方法，规划施工进程，做好现场安排工作，以此实现设计、施工、技术等各方面的有效结合，在保证工程质量的同时提高经济效益。

2、控制保温管的质量关

硬质聚氨酯保温直埋技术是热网经常使用到的，在运用时必须确保聚氨酯的发泡的温度、时间、配料达到施工标准的要求，对于保温材料的性能指标进行严格控制。

3、有效清除管内杂物

施工过程常存在诸多问题，经常因为施工人员工作失职而出现管子随意放置，施工过程无法达到管理的需要，造成管内存有焊渣、泥沙、石块等不同杂物，导致管网出现堵塞，使得热网的使用出现很大的阻碍，一般能造成系统热失衡，引起局部不热，阻碍了系统调整，无法确保供热质量。严重会造成除污器堵塞或系统损坏。

4、对外网进行有效清洗

为了保持管路系统的清洁，在安装过程中要将管内杂物清除，当管道安装结束后进行强度试验，同时清洗管道系统的内部。这样就能将残留在管内的铁锈清除，并有效的焊渣，防止因杂物而引起管堵，破坏了阀门、仪表。

5、建立直埋管回填方案

在结束了管网安装后，采取试压、冲洗，并根据实际需要做好回填工作。主要是在管底部垫100～200mm的砂垫层，在填砂至管顶上方～200mm，最后回填原土并逐层夯实。

结束语：

总之，在热力管理设计过程中要根据施工的具体要求进行，对于普遍存在的热力管网固定支架以及旋转补偿器等问题需要从设计、施工两大方面进行分析，固定支架主要用于将管道划分成若干补偿段，分别进行补偿，从而使管道部部失稳、部破坏，以保证补偿器的正常工作和管道的安全运行。而供热管道随着所输送热媒温度的升高，为了使管道不会由于温度变化所引起的应力而破坏，必须在管道上设置各种补偿器，以补偿管道的热伸长减弱或消除因热膨胀而产生的应力。因此，在供热管网设置固定支架，并在固定支架之间设置各种形式的补偿器，其目的在于补偿该管段的热伸长而减弱或消除因热膨胀而产生的应力。通过对以上问题的分析，这样才能保证热力网管发挥有效的使用性能。

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