浅谈城市热力管网中的施工设计

杨海霞

摘要：城市热力管网是现代化城市建设的重要组成部分，首先对其意义做了分析阐述，然后从管网设计、固定支架设计和补偿器设计等几方面进行了具体分析。

关键词：热力管网；固定支架；补偿器

引言

随着城市化进程加快，供暖供热需求逐渐得到满足，但在供热时，因大量的燃烧往往会产生一些有害气体，对城市空气造成污染。如今，人们的环保意识不断提升，为保护城市环境，对供热提出了新的要求，即在满足人们日常所用的基础上，尽量减少污染。为此，当前城市大都朝着集中供热的方向发展，通过热力管网达到环保供热的目的。

1 城市热力管网的作用分析

随着人们生活水平的提高，对居住和工作环境不断加以改善，提高其舒适性。在城市建设中，供热占据着重要地位，是现代生活中不可缺少的部分。在长期发展中，几乎已实现城市供热，多是通过管道输送，但由于供热分散，管道设计不合理，对热资源的实际利用率较低，且供热大都是供热中心依靠锅炉进行烧热，煤炭燃烧中易产生大量CO2、S等有毒气体，对城市环境极为不利。

如今，人们在供热需求满足之后，开始考虑更多方面，如城市空气质量、环境污染等。热力管网是指将热量从热源输送至各建筑物热力入口的供热管道，经过合理设计而铺设形成的网状管道，由于采用的是集中供热的方式，使得热量的利用率大幅增加，同时在缓解城市空气污染方面发挥着重要作用。近些年来，国家对此十分重视，在很多旧城改造中都对热力管网进行了重新设计铺设，同时对原有的供热管线与集中供热的主干线相连。总之，热力管网的建设和改造在提高力量利用率、减少空气污染、促进城市现代化发展等方面都有极大的现实意义。

2 热力管网的设计

2.1整体规划与设计

首先，应与城市总体规划相符，按照其中要求做好热力管网的整体规划。考虑城市的地形地势，合理设计热力管网的走向；为达到理想的供热效果，应综合热源（发电厂）的位置、管道走向及高低差等参数加以考虑；

其次，应结合城市对热力的实际需求，建立起一套完整科学的供热体系，实现集中供热，减少管道的分散。技术上应不断改进创新，管线整体布置应选择平坦地区，尽量避免在水位较低的地方敷设；

另外，供热与人们生活、城市发展等均有关联，需充分考虑室内温度、管道压力、实际需求等参数。购置管道时，应结合城市经济水平考虑，并与市政设施建设相配合；同时，还应结合城市环境、美观性等加以考虑。

2.2 敷设方式的选择

供热管道的敷设方式直接影响着管道质量和使用寿命，关系到能否实现正常安全供热。另外，敷设方式与施工成本也密切相关，若不合理，必将造成资金浪费，且维修管理等各项工作也颇为不便。敷设方式主要有两种：①地上敷设。在工业区应用较多，敷设较为方便，但长期暴露于空气中，受周围环境影响，极易被损坏；管道纵横交错，影响城市美观；占据城市用地和大量空间；②地下敷设。在城市小区较为适宜。因埋设于地下，无需占用城市空间；对交通、周边环境影响较小；受外力和环境影响较小，保温性质良好，使用寿命长，且不会破坏城市或周围建筑的美观性。

2.3 主干线的布置与设计

应与城市地势走向相一致，以地下敷设为首选。若设置点在道路上，应与道路的中心线平行，同一条管道沿街道一侧进行布置，且要和车行道保持一定的距离；若管道穿过厂区，应考虑其检修的方便性；若设置在非建筑区，应尽量沿公路进行布置。选择地下敷设，以直埋方式为第一选择，若不允许开挖，可考虑通行管沟或半通行管沟。在与电力管道、给排水管道埋设于统一管沟内时，设在水管道上方，且对水管道做好绝热层和防水层，同时，还要避开地震断裂带、软土地区等不利地段。

2.4 管径与热指标的选择

在热力管网设计中，除了整体规划、敷设方式，还应具体考虑各种参数，如管道直径、热指标等。管径与供热流量和比压降有关，其中，供热量决定于承受的热负荷。这就要求在设计时，必须先精确计算各管段的现有热负荷，并对其增容量进行估测。热指标也尤为重要，在满足用户室内温度要求的前提下，还应保持热平衡。供热系统中有很多散热设备，计算时需保证热指标的合理性，如某处居住宅的室温在20℃左右，室外采暖计算温度约为﹣25℃，此时若要满足正常的需求，建筑面积人指标应在50—60W/m2。

3 管网固定支架的施工设计

若管道和支撑结构出现相对位移的情况，对支架的性能极为不利，因此，在设计支架时应避免这一状况。关于固定支架的荷载，多为垂直方向和水平方向上的荷载。

3.1 垂直荷载

P = 1.5（Qz + Qw + Qr）× L.

上式中，P表示作用于支架上的总荷载；Qz、Qw、Qr依次为管道自身重量、管道保温层重量、液体重量。

3.2 水平荷载

在热力的作用下，管道容易膨胀，进而致使补偿器发生一定程度的变形。补偿器的刚度会产生一个抵抗压缩的力量，这个力是通过管道反作用于固定支架，即补偿器的弹性反力。以轴向型波纹补偿器为例，其弹性反力为：

Pk= ΔX × Kx × 0.1

上式中，ΔX 表示的是管道压缩变形量；Kx为补偿器轴向的整体刚度。

关于管道移动的摩擦力计算，可表示为Pm = μql。其中，μ表示管道与支撑间的摩擦系数，取值应视具体材料而定；q则表示单位管道重量；

4 补偿器的设计与维护

热力管网在输送过程中受温度变化影响，以出现热胀冷缩现象，若加以限制，管道便会产生一种拉力或推力，使其支撑结构遭到破坏。为保证热力管网正常安全地供热，需设置补偿器。补偿器有很多种。如旋转补偿器、波纹补偿器等，前者的补偿量较大，组合形式多样，布置较为灵活，且有利于减少勞动量、降低成本，在热力管网中有着广泛应用。后者是一种补偿元件，在变形和位移量较大但工作压力偏低的大直径管道中应用较多，波纹管自身可伸缩变形，在容器或导管因热胀冷缩发生体积变化时加以补偿，也可用于横向、轴向、角向位移的补偿。波纹补偿器配管较简单，且便于维修管理，但内压推理较大，易被腐蚀。安装时应确保型号、规格等要素都与设计要求相符；禁止通过波纹补偿器的变形对管道安装超差进行调整，以保持补偿器的正常；确保焊渣不会飞溅到波壳表面；安装结束后，应立即拆除紧固和定位元件。

5 施工质量的控制策略

施工过程涉及诸多方面，比较复杂。为保证其质量，施工人员务必要强化质量安全意识，具备足够的专业知识，严格按照规定要求进行每一项操作。积极引进先进技术和设备，提高施工效率和安全性，直埋方式使用最广，需注意直埋时对管网基础和回填沉降的控制，对基础进行夯实，合理选择回填材料，减少管网施工后沉降及荷载对管线的影响。以保证安全。

6 结束语

城市供热与空气污染治理密切相关，随着人们环保意识的提升，应改变以往不合理的供热方式，实现集中供热，加快热力管网改造。与城市整体规划要求相符，结合城市地形地势走向，合理选择管网方向，进而提高供热管网设计的合理性。

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