换热站设备管线布局优化及实施要点探析

张 志 芳

(山西三建集团有限公司，山西 长治 046000)

0 引言

换热站作为热源的传递中心，担负着热源的转换任务，一次管网和二次管网的热水在这里完成热量交换。由于建设用地紧张，大部分换热站或选用老旧锅炉房，或因地制宜建于狭长地块上，这样就造成换热站面积有限、不规整的特点。《建筑施工手册》(第五版)第1918页换热站管道及附件安装中描述：设备配管前，先进行站房管线布置的深化设计。实际施工中也往往要求施工者根据施工经验在现场对管道及设备按照工艺要求进行设计布局合理优化。本人以本市康乐苑小区换热站安装工程为例对换热站内一二次网设备管线布置的深化设计及安装实施过程中的要点进行以下探析。

1 工程概况

该工程位于本市康乐苑小区内，设计供热面积约10万m2。站内分两个系统：一路为散热器系统，一路为地暖系统。计划开工日期2017年12月13日，计划竣工日期2018年1月25日，工期43 d。站内主要设备有：板式换热器100M2 2台；板式换热器60M2 2台；循环泵75 kW 2台；循环泵55 kW 2台；旋流式除污器DN350 1台；旋流式除污器DN350 1台；旋流式除污器DN300 1台；直通式除污器DN250 1台；大口径阀门135个。此换热站的特点是面积有限、设备多、工艺管道平行排布困难、工期紧。

2 施工现场设计布局优化

2.1 勘察现场

进入施工现场后，首先明确一次网供回水管道进出户位置，依据一次网供回水管道的位置大致可以确定板式换热器的位置。其次明确二次网供回水管道进出户位置，根据二次管网回水管道的位置划分散热器系统和地暖系统的区域及集水器的位置，再依据二次管网供水管道的位置确定分水器位置。

2.2 设备排布

设备的排布原则：在满足设备工艺流程及进出口管道合理的平面尺寸条件下，尽量靠近一二次网管道进出口位置靠墙侧或角落设置，减少一二次网管道的弯绕及交叉，避免不必要的返弯，以期获得较大的检修和维护空间。

板式换热器的位置排布于一次网供回水管道同侧，横向位置尚需考虑板换之间至少1 m的检修距离，纵向位置需考虑大小头、软接头、蝶阀、弯头等所占长度。除污器和循环泵要布置在集水器和板换之间并尽量靠一侧布置，分水器布置在二次管网供水管道出户处，集水器布置在二次管网回水管道入户处。

2.3 管道排布

1)优化前的管线：板式换热器的进出口位于同侧，一二次网管道集中布设在板式换热器的进出口处一侧。此处管道如果平行排布的话，一是占位较大；二是支架用量多，在经济上不合理；三是支管需要返弯或登叉避免打架。优化前的设备管线平面布局见图1。

2)本站管道的排布原则：a.管道布置力求短直且尽量减少返弯或登叉。b.管道走向宜平行于建筑物墙体。c.管道按照工艺流程尽量登高布置，减少平面占位，增加检修和维护空间。d.尽量利用管道的自然弯曲作为管道受热膨胀时的自然补偿。总的把控原则为技术可靠，经济合理，施工维修方便。

管道的走向按照工艺流程的要求沿墙或梁下排布，尽量避免返弯和站立。板式换热器的进出口处一侧主管纵向排列，按照进出口位置自上而下分别是一次网供水、二次网供水、二次网回水、一次网回水，支管上下左右互为平行布置。循环泵吸入口一侧管道水平布置，出水口一侧管道立设布置，减少了平面占位。优化后的设备管线布局见图2。

优化前后比较：优化后的设备及管线布局更为贴合施工现场，充分利用了立面空间，增大了平面的设备管道检修空间。各系统管线层次更为分明，布局更为紧凑合理。管道的布置也较多的考虑了采用L形及Z形的自然补偿结构，对于实际施工也更具有指导意义。

3 设备及管道安装实施要点

3.1 设备安装

3.1.1 设备的搬运

换热站设备就位及其场内搬运较多采用“人字桅杆”，这种桅杆式起重机横向稳定性好、起吊能力大、搭设容易、移动方便。现场常选用DN50～DN100的钢管焊接而成。

3.1.2 设备找平与找正

设备吊装就位后，根据已测设的设备纵横中心线确定设备的正确位置，然后根据设计要求利用垫铁调整设备的标高，调整标高的同时要兼顾设备的水平调整。设备的找正不得采用拧紧地脚螺栓或局部施加外力来达到精度要求。

3.1.3 设备固定与灌浆

换热站的设备运行时没有强烈的震动和冲击，大多采用短地脚螺栓(也称固定地脚螺栓)。设备的灌浆分为一次灌浆和二次灌浆，一次灌浆是在设备粗找正后，对地脚螺栓孔进行灌浆。二次灌浆是在设备精找正后，对设备底座和基础间进行灌浆。

3.2 管道支架制作安装

根据支架对管道的约束作用不同，支架分为活动支架和固定支架，活动支架包括滑动支架、导向支架、滚动支架、悬吊支架等四种形式。换热站内的大直径管道选用滑动支架，沿建筑物内墙敷设或落地布置，固定支架是按设计要求布设。管道支、吊架材料一般用Q235普通碳钢制作，滑动支架应灵活、无卡涩，滑托与导向槽两侧间应留有3 mm～5 mm间隙，滑托的安装应向热膨胀的反方向移动等于管道伸长量一半的距离。

3.3 管道的预制组对焊接

3.3.1 管道的预制加工长度

换热站内一二次网管道全部采用焊接，管道的预制加工长度及管件的加工质量将直接影响工程的质量和进度，所以下料时一定仔细反复核对尺寸。用平焊法兰连接的直管预制长度=安装长度-[2×(1.3～1.5)](δ为管子的壁厚)；焊接连接时，则管道的预制长度减去焊接时对口的间隙。

3.3.2 管件的预制加工

管件的预制加工包括弯头、三通、变径等的加工，在换热站一二次网管道的施工中，弯头、变径往往采用成品，现场需要加工制作等径或异径的三通，三通加工制作的质量直接影响管道的组对安装质量。放样下料是保证三通加工制作质量的重要环节，这里就三通放样下料的基本步骤做以下简述。

1)图纸上打十字线，从左到右分别划分为A，B，C，D四个区域。

2)在十字线左上部分的区域(也就是A区)内，按所选比例及合适的位置关系绘制出主管及支管的俯视图。

3)主管的俯视图为一组平行线，平行线间的距离为主管直径。支管的俯视图为一圆，直径等于支管截面直径。支管圆上打十字线并标出等分点，一般为十二等分。然后将支管圆下半圆上的7个等分点等距离垂直投影于主管上，相应得到7个交点。

4)在十字线右上部分的区域(也就是B区)内绘出支管圆的展开图。首先以纵向十字线为对称轴，与A区支管圆横向十字线等高的位置绘制长度为支管圆外周长的线段并十二等分。

5)B区十二等分线与A区主管上的7个交点向B区所引水平线交叉，连接各交点得一波浪形曲线，此曲线便是支管的放样下料图。

6)同理，在C区会得到一类似于橄榄球模样的图形，此图形便是主管的放样下料图。

7)大样绘制完成下料前，应先在主管和支管上分别划出定位十字线，并用样冲轻轻冲之，然后将主支管的样板分别对准管道中心线划出割线，按照割线即可进行切割。

3.3.3 管道组对

管道的组对是指管段、法兰、三通、弯头和变径等的对装，是管道施工的重要操作步骤，直接影响整个管道安装工程质量的好坏。这里特别强调三通对装时，一定用角尺校正支管与主管的角度为90°，支管管端与主管内壁相平，支管不得伸入主管管腔内。

组对的第一步是坡口的加工，坡口形式主要有三种：I形坡口、V形坡口、U形坡口。I形坡口实际上是不需要加工的坡口，只要管材切口的垂直度能够保证对口的间隙要求，就可以对口焊接；V形坡口加工时坡口的角度为60°～70°，坡跟钝边厚度要保证2 mm左右；U形坡口适用于管壁厚度在20 mm～60 mm之间的高压管道焊接。换热站内的一二次网管道坡口加工一般采用氧乙炔切割坡口，手提砂轮机打磨。

组对的第二步将管段置于平地上，对口间隙为1.5 mm～2.5 mm。螺旋焊缝钢管组对时，不能把两管的焊缝对焊在一起，两者错开100 mm以上。

组对的第三步是点焊定位，直径小于300 mm的管道，定位点焊点不少于三处；直径大于300 mm的管道，定位点焊点不少于六处；期间要经常性的用专用检查直尺或角尺、方尺进行定位检查。

3.3.4 管道焊接

管道点焊定位后即可进行焊缝连接，焊接时应严格按照《焊接作业指导书》施焊，通常把“组对后，焊接前检查”确定为质量控制点。焊接前检验包括:母材和焊材;零部件主要结构尺寸;组对质量;坡口清理检查；焊接前的确认。多层焊接时，焊完一层清理一层并外观检查，检查合格后方可进行下一层焊接。

4 设备及管线试运行检验

4.1 设备试运转

设备试运转前需要在人员、物资材料、技术等方面进行一些准备，人员要求做到培训上岗，物资材料包括试运转的工具、润滑剂、安全防护设施及用品等，技术方面要编制试运转方案，熟悉技术文件等。

换热站设备的调试运转主要是泵的试运转。该换热站的泵体试运转前先进行了三次点动，在确认运转方向正确、各控制系统灵敏可靠后，泵在其额定工况下连续运转了30 min，填料密封无泄漏，温升正常，运行平稳，无异常噪声。

4.2 管道压力试验

管道安装完毕后，按设计规定对管道系统进行强度试验，以检查管道系统各连接部位的工程质量，它是检验管道安装质量的一项重要措施。管道的试验压力应按照设计规定执行，设计无规定时，换热站内一二次网管道液压试验压力为1.5倍的设计压力。当管道的设计温度高于试验温度时，试验压力=1.5×设计压力×(试验温度下管材的许用压力÷设计温度下管材的许用压力)。液压试验的环境温度不得低于5 ℃，低于5 ℃时必须采取防冻措施。

液压试验应使用洁净水，系统注水时，应将空气排尽。缓慢升压至试验压力，稳压10 min，再将试验压力降至设计压力，稳压30 min，检查压力表无压降、管道所有部位无渗漏和变形为合格。

本站管道液压试验就近使用自来水，一二次网管道分别试压，一次网管道水压试压1.0 MPa，稳压10 min，降至设计压力0.6 MPa，稳压30 min，无压降，管道、焊缝、管件、阀门、设备等均无渗漏。一次网试压合格。

二次网管道水压试压0.8 MPa，稳压10 min，降至设计压力0.5 MPa，稳压30 min，无压降，管道、焊缝、管件、阀门、设备等均无渗漏。二次网试压合格。

5 结语

设备及管线优化后,显著提高了换热站的空间使用率，增强了实际施工的操作性，工期由原计划的43 d缩短为32 d，一二次网管道液压试验一次性合格。建设单位对本站的施工给予了高度评价并作为示范工程推行，为本公司在该行业领域的发展奠定了坚实的基础。