集中供热蒸汽管道设计研究

彭 涌

(福建省林业勘察设计院 福建福州 350001)

0 引言

集中供热是将某区域或工业园区的供热热源集中设置，通过集中供热管网将热能输送到各热用户，相对于过去常见的各业主自行分散设置锅炉房，具有节约能源(热效率高)、污染物排放少(污染集中治理)、工程总投资较低、管理人员较少、供热负荷调节方便等优点。因此，集中供热系统在近年来越来越广泛得到应用。但是集中供热系统管网相对较长，集中供热管网投资较高，供热系统压降较大，集中供热管道设计优质化，就显得更加重要。基于此，本文拟以福州滨海某工业区设计监理等工程为例，探讨集中供热系统及管网设计施工等一些技术措施，提出集中供热管网设计施工需注意的问题，供同仁及相关管理部门参考。

1 集中供热蒸汽管道设计

1.1 系统设计

集中供热系统设计，首先要掌握各用户不同用热需求，如蒸汽用户，需要掌握各用户用汽量变化曲线，用汽压力、用汽温度等需求，考虑集中供热用户发展规划，尔后，根据用户需求，选择适当集中供热热源。

在福州滨海某集中供热项目中，集中供热热源利用现有某厂热电站锅炉房，2台40t/h、390℃燃煤循环流化床锅炉作为主要供热的热源点。平均用汽负荷为77.5t/h，集中供热蒸汽管网长度约6.3km，经减温减压后提供1.2MPa、200℃的过热蒸汽集中供热。集中供热管道设计，要注意计算管道压力损失、温度降低等，合理选择管径，采取措施降低管网热损失和压力损失，确保满足末端用户用热需求。

1.2 供热计量

集中供热项目是为多个用户提供热源，供热量分户计量必不可少。在福州滨海某集中供热项目中，选用了无线传输的计量装置，实时监测供热热源和各用户的供热介质流量、温度、压力，该计量装置不仅能够在控制中心的电脑显示器显示，而且还能够通过网络发送，管理人员可以通过手机实时监测供热系统运行状态。

1.3 管线布置

集中供热管线如何布置，不仅要考虑工程投资，应符合《城镇供热管网设计规范》(CJJ34 - 2010)[1]等各规范中管道与构筑物、设施、设备、各类管道、绿化等的间距要求，更重要的是要满足规划要求，根据区域规划图纸，在完成管网布置初步方案设计后，报送当地规划部门审批。

1.4 管道敷设

管道敷设有高位敷设、低位敷设、地沟敷设、埋地敷设等方式。通常，低位敷设投资最低，施工安装方便，有利于维护检修，但不利于场地通行。当跨越道路或大门等通行处时，对比管道各种敷设方式，优先采用高位架空敷设。在现场条件不具备架空敷设时，可采用地沟敷设。管道地沟敷设需注意地沟排水，避免管沟积水破坏管道保温层，如果地沟不具备自然排水条件，在地沟中设置集水井通过潜水泵排水，集水井应设置自动水位监测报警和自动排水设施。但是，集水井自动排水设施投资较高，可靠性不足，如现场地沟不具备自然排水条件时，宜采用直埋管埋地敷设。直埋管埋地敷设投资最高，需要设置凝结水排水设施和排潮装置，需要严格的防腐措施，除正常的五布三油环氧树脂防腐外，还宜采取阴极保护措施[2]。

1.5 管道支吊架

管道支架形式，通常有固定支架、滑动支吊架、弹性支吊架等。支架生根通常利用土建基础、建筑立柱、建筑墙体等设置，支吊架间距在设计手册和标准图集等有明确的规定。例如，国家建筑标准设计图集13R503《动力工程设计常用数据》，对热力管道各支架间距提供了数据，支吊架做法也有许多标准图集，通常合理选用标准图集就可以完成管道支吊架设计。例如，室内管架可参考动力设施国家标准图05R417-1，室外管道支吊架可参考室外动力管道通用图册RD100～109,01R413,01R414等选用；但是，工程现场实际情况千变万化，在福州滨海某集中供热项目中，根据现场情况，采取了许多新方案和措施。例如，在管道沿排洪沟旁陡峭山体设置时，经多方案比选后，采取在山体中钻孔，在排洪沟二侧设置工字钢，作为管道支架，固定支架则在山体设置三角斜撑，如图1所示。

在管道跨越某24m宽道路时，支架设置三角斜撑仍不能满足支架间距要求，按管道通常加强的标准图集，是在需加强的管道上部或下方，设置钢板及加强环进行管道加强，但是，需要的钢板高度超过保温层厚度，加强环数量多，施工不便。笔者创造性采用角钢进行管道加强，实践证明采用角钢进行管道加强，简单经济、安全可靠，如图2所示。

在管道跨越河道时，可采用拱形管道、附设在桥梁上或另行在河道中设置支座等，但因施工单位无拱形管道施工能力，原桥梁设计时未同时考虑附设其它管道。因此最终采取另行在河道中设置支座，如图3所示。

图2 现场施工情况二

图3 现场施工情况三

1.6 管道补偿

热力管道设计中，管道膨胀补偿对热力管道安全运行是十分重要的[1-3]。管道补偿有自然补偿、方形补偿器、旋转补偿器、波纹补偿器、套筒补偿器、球形补偿器等补偿方式。在工程实践中，笔者认为自然补偿具有投资低、可靠性高的优点，应在工程中优先选用，尽量创造条件采用自然补偿。此外，方形补偿器具有结构简单、安全可靠的优点，不具备自然补偿条件时，也可尽量选用方形补偿器。旋转补偿器具有补偿量大的优点，但需要具有方形补偿器或自然补偿的管道改变位置的条件。对于长距离直管段，不具备管道改变位置的条件时，可以需要波纹补偿器，但波纹补偿器可靠性不足，工程实践中多次发生问题，例如，试压时波纹管被拉长、推损固定支座等问题需要引起设计施工单位的高度重视，施工安装波纹补偿器前后的导向支座应按手册要求安装到位。

1.7 系统调试

集中供热管网安装完成后，需要进行试压、吹扫、调试等工作。系统调试需要施工单位做好施工组织设计，协调特检院、监理等单位共同参与。水压试验操作程序：上水——放空——检查——缓慢升压——升至强度试验压力——稳压10min——检查——严密性试验——稳压30min——检查——高点泄压放空——低点排放——管沟排水——拆除盲板——恢复系统。

吹扫通常采用压缩空气，但是，一般空压机风量有限，可采用罗茨鼓风机替代。在福州滨海某集中供热项目中，利用原有锅炉，通过低压蒸汽进行吹扫，兼顾了调试试运行需要[4]。试压合格后，对焊缝、管道、支吊架等完善刷漆防腐工作，进行保温施工。

2 体会

在福州滨海某集中供热项目中，管道跨越道路、河流时，原设计采用拱形管道进行跨越，但是，该项目施工单位无拱形管道施工能力，不得不调整设计方案，而采用埋地及架空敷设[5]。

按正常管道支架间距规定，管道支架设置较多，按该项目笔者设计的管道角钢加强方案，其管道加强措施投资远低于管道支架投资。因此，建议考虑在集中供热等管道设计时采用管道加强，加大管道支吊架间距，减少支吊架数量，可节约工程投资。

在蒸汽管道集中供热系统中，过热蒸汽可减少管网蒸汽凝结水产生，有利于节约能源，建议尽量采用过热蒸汽集中供热。

在管道跨越河道时，如果能够附设在桥梁上，就简单经济，经过核查计算，管道附设在桥梁上，技术上也安全可靠。但是，该方案未得到道路桥梁管理部门同意认可，因此，只能自行在河道中设置支座，增加了工程投资也延长了工期，建议有关部门设计桥梁时，考虑附设除燃气等危险管道外的其他管道设施。

在福州滨海某集中供热项目中，遇到多种问题，由于过去无集中供热规划，地下管线缺乏正确的竣工图，现场情况十分复杂，集中供热管线布置比较困难，项目根据现场情况施工中进行了多次调整。另外，由于工业园区规划时未同步考虑预留集中供热管道敷设场地，导致建设过程中多次发生因场地问题导致停工现象，不仅拖延了工期，而且增加了工程投资，因此，建议今后在工业园区规划时，应同步进行集中供热系统规划。