关于市政供热管网设计的探讨

陈耀耀

摘要∶我国人口不断增加，城市化进程不断发展，而市政供热工程也需要以更高的标准来实施，才能够符合当前人民的需求，供热网管需要科学设计，确定相对准确的负荷状态，才能对供热系统进行最优化设计。本文对城市供热网管设计原则进行分析，对相应的参数进行计算，并且提出的总体布局特点，希望能够得到借鉴。

关键词∶供热管网：设计：市政

引言：在城市建设时，市政供热系统作为我国北方城市重要基础设施，是保障民生的重要手段，北方城市集中供熱管道基本采用地下直埋敷设方 式。相比于管沟敷设和架空敷设，地下直埋供热管道具有基本不占用地上 空间、散热损失小等特点。市政集中供热管网应避免影响城市景观，并确 保城市供热的最基本质量。供热管网需要进行科学合理设计，以往在设计 时常出现一些问题，影响城市的供热系统正常运行，因此在供热管网的设计过程中，需要根据国家和地方的标准规范要求，结合供热管网近、远期热负荷统计情况进行设计，同时供热管网方案设计阶段也要对设计内容进 行反复和探讨和研究，保证设计更加科学合理。

一.市政供热管网设计原则

1.供热的设计原则

应符合国家相关标准规范和能源政策，在设计阶段，要掌握相关的设计规范和程序，遵循供热管网建设的原则，进行供热管网设计，热水管线设计压力不大于2.5MPa，设计温度不大于200℃;蒸汽管道设计压力不大于1.6Mpa，设计温度不大于350℃。[1]

2.供热管网系统形式

市政供热管网布置形式主要有枝状管网和环状管网两种类型。

对于单一热源供热系统，供热管网多采用枝状管网布置形式，枝状管网具有系统简单，投资相对较小，运行管理方便等优点;但相对于环状管网，枝状管网可靠性稍显不足，当供热管网某处发生故障时，将无法对故障点下游热用户进行供热。

近年来，不少地区采用了多热源联合供热的方式进行市政供热。多热 源联合供热系统多采用环状管网设计。各热源与供热管网之间设置切断阀。 例如，在采暖期初期仅将基础热源投人使用，随着采暖期热负荷增加，陆续投人调峰热源;系统还可以根据当地的气温变化，对各热源进行灵活配置。多热源环网供热系统，初投资较高，但增加了供热系统的灵活性和可靠性，当某个热源或供热管网局部出现故障时，可以通过切断阀将故障区域与系统隔离，而不影响其他区域供热系统的运行。

二.相关参数设计

1.管道热补偿方式设计

市政供热管网根据长直管段是否设置补偿器可以分为有补偿设计和无补偿设计两大类。

有补偿设计中可分为管线布置中自然形成的补偿弯;设计过程中人为设置的"L"型、"Z"型、"m"型等补偿弯;采用波纹管补偿器、套筒补偿器等补偿。补偿器的使用在降低热网应力水平的同时，也带来了投资增加，检维修工作量加大，系统故障率增加等问题。

经过近几十年的热网运行经验及国内外学者的研究，市政供热管网设计在具备条件时多采用无补偿设计。无补偿设计主要是指在热网的长直管线中，主要采用自然形成的补偿弯或者人为设置少量的补偿弯进行补偿。 无补偿直埋热网通过土壤锚固、管道有限量塑性变形的等多重作用，在管道内留有残余应力的状态下，管系仍然能够安定在弹性状态下且管道结构不发生破坏。

2.应力分析

设计过程中，应对工作循环最高温度下管道进行应力计算。由持续载荷作用产生的一次应力应进行弹性分析和极限分析;由管道热胀冷缩引起的二次应力应在管道的许用应力范围内。目前在热力管道设计过程中，一般采用应力分析软件进行详细分析计算，常用的直埋热力管道分析软件有sTART-PR0F、CAEsAR Ⅱ等商用软件，也有国内学者自行开发的计算软件。当热应力较大时，优先采用自然补偿的方式进行补偿，如果采用补偿 器进行补偿，应充分考虑补偿器管系中固定支架的受力问题。[3]

3.供热管道的选择

目前较为常见的市政供热管网一次网供水设计温度一般在110～130℃。管道多采用预制直埋保温管道，具有工程造价低、热损失小、防腐性能好、占地少、施工快等优点。

直埋预制保温管一般由工作管、保温层和外护管组成。工作管根据输送热水温度、压力及管径的参数可选择无缝钢管或焊接钢管;保温层采用硬质聚氨酯发泡塑料;外护管可采用高密度聚乙烯或者玻璃钢。市政供热一次热网多采用整体式预制直埋保温管道，即工作管、保温层和外护管三者牢固的粘接在一起，形成一个整体结构，管道受热膨胀时，三者一起膨胀移动。

需要说明的是整体式预制直埋保温管道主要用于输送介质温度不超过130℃的热媒。当输送热媒温度较高时，建议采用钢套钢型直埋保温管，此类型管道外护管采用焊接钢管，外护管与工作管及保温层之间脱开设计，工作管可以在外护管内自由伸缩，解决了高温下工作管与外护管热膨胀量 相差较大的问题。

三.城市供热管网建设措施

供热管网设计需考虑技术性、初投资和运行中热量损失这三个方面，对于一个布局已定热网的设计，技术、经济和热损这三个目标之间往往是矛盾的。追求高的经济目标，将导致降低热网运行质量，如何将这三个目标统一起来，是解决布局已定热网设计最优化的关键问题。因此有必要对供热管网的优化设计进行理论分析，以解决热网系统问题。在具体的设计供热管网过程中可以从以下方面出发来优化供热管网的设计。

优化供热管网路由设计，室外供热管网是供热系统中投资高、施工最大的部分，城市集中供热管网路由、管网形式的选择对于供热的可靠性、系统的机动性、运行是否方便以及经济效益有着很大的影响。合理地确定供热管网平面的定线工作，对节省投资保证热网安全可靠地运行和施工维修方便等，都具有重要的意义。

供热管网布置原则是应在城市建设规划的指导下，考虑热负荷分布、热源位置、与各种地上、地下管道及构筑物、园林绿地的关系和水文、地质条件等多种因素，经技术经济比较确定。供热管线平面位置的确定应遵守如下基本原则。

经济上合理：主干线力求最直，主干线尽量走热负荷集中区。

技术上可靠：线路应尽可能走过地势平坦、土质好、水位低的地区。 尽量避开土质松软地区、地震断裂带、滑坡危险地带以及地下水位高等不利地段。

管线应少穿主要交通线：一般平行于道路中心线并尽量铺设在车行道以外的地方。通常情况下管线应只沿街道的一侧铺设。地上铺设的管道，不影响城市环境美观，不妨碍交通。供热管道与各种市政管线、建构筑物应协调，相互之间的距离，应能保证运行安全、施工及检修方便。

四.结束语

总之，城市供热管网的设计合理与否直接关系到居民生活质量，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，降低工程造价。在设计过程中我们应遵循技术先进、经济合理、安全适用的原则进行合理设计。

参考文献

[1]郝明.集中供热自动化系统在供热管网中的应用[J].装饰装修天地，2019，（1）：81.2

[2]柴海山.城市集中供热管网的优化设计探讨[J].山东工业技术，2018，（24）：70.3

[3]韩国宇. 集中供热管网水力失调及应对措施探究[J].卷宗，2019，9（6）：243.4

[4]朱海涛.城市集中供热管网的设计施工及优化研究[J].中国房地产业，2019，（2）：244.5