预制直埋供热管道优化配置探讨

李昊泽

（大庆油田项目管理公司天宇设计院，黑龙江 大庆 163000）

0 引言

供热管道是进行热量传输的重要路径，其能够像热用户进行热源的传送，选型和设计对于初期投资成本和后期的运行费用具有直接的影响。其中，初期投资成本的构成主要包括材料费用和安装费用，后期运行成本主要是电量消耗以及维护保养费用等。供热管道输送的物质通常具有很高的温度或者压力，为了避免两相流的出现，要通过水力计算进行管径的合理选择[1]。水力计算需要进行流动速度的确定，然后通过比摩阻进行内径的确定，是管道设计和管理主要的数据基础。

1 预制直埋供热管道水力计算

首先，供暖热负荷的计算公式为：Q=qdA×10-6，其中Q代表的是供暖热负荷，单位是兆瓦；qd代表的是采暖的热指标，单位是瓦每平方米；A代表的是供热面积，单位是平方米。依据当前城市的供热情况进行计算，取采暖面积为800m2，采暖指标是每平方米60瓦，所以采暖热负荷是480mw；

其次，供暖热负荷热水供热管网设计所需的流量利用下面公式进行计算：

以上公式当中，Gh代表的是管网设计的既定流量，单位是t/h；Qh指的是供暖的热负荷；c指的是水的比热容；ts和tr分别指的是供暖室外面计算温度条件下热力网的供水温度和回收温度，单位是摄氏度[2]。假定温度分别是130和70oC，经计算Gh为5160t/h；

再次，计算管道内径。采用的公式为：

其中，dj指的是管道的内径，单位是mm；G是热介质的质量流量，单位是吨/小时；v指的是流动速度；p是热介质的密度，单位是千克/立方米。在平均温度为100oC的情况下，热介质密度数值为959千克/立方米，依据有关标准，流动速度应当低于3m/s，设定为1m/s和3m/s，则内径分别为796.1mm和1.379m。

2 投资和运行费用计算

首先，预制直埋供热管道线路出投资的费用主要是保温管，通过热电厂到供热区域的距离可以计算出所需的供回水管道的长度，从而获取投资初步费用估算表；

其次，管道沿途受到的阻力计算公式为：

然后对管道局部的阻力进行计算，公式为：

最后计算出管道阻力造成的运行费用增量，功耗跟阻力之间存在下面关系：

3 优化配置分析

预制直埋供热管道初期需要进行一次性的投资，而运行费用属于常年产生的费用，两者相加所得的数值对于其经济性的体现不够全面，选择财务专业作为分析角度，可以利用利率实现对时间和资金关系的合理折算，从而使得成本具有更好的可比性，使尺度更加统一。可以选择利用财务动态分析中的年计算费用法，在项目的全周期中，依据基准投资收益率，对形成的现金流量进行现值的折算，采用的公式为：

通过这公式对年均投资费用进行计算，年均总费用等于年运行费用和年均投资费用相加之合，年均总费用最小的数值所对应的管径就是最优配置管径。

4 结语

依据水力计算可以发现，预制直埋供热管道进行选型时主要考虑的因素是管道内介质的流动速度，通过对安全流速范围进行界定，可以计算得到预制直埋供热管道的管径大小范围。

预制直埋供热管道初始投资费用主要包括建筑安装以及材料所需的费用，管道型号的选择对这一费用具有较大的影响，在管径增加的同时，初始投资成本也会增加；年运行费用主要是水泵的电力消耗，管道型号的选择对运行费用也具有较大的影响，管径增加的同时，年运行费用会相应降低，所以，要想使总费用最低，要选择合适的管道类型。

通过对具体工程的预制直埋供热管道进行优化配置，采用财务分析方法，对年均总费用进行计算，结合各个参数的设置，得到以下结果。嘉定年利率为8%，则年平均总费用所对应的管径最小数值为φ1120 ×16。