城市集中供热系统长输管线设计

摘要：城市集中供热系统是一种高效的供暖方式，而长输管线在其建设中起着重要的作用。本文围绕城市集中供热系统长输管线设计展开讨论，分析了长输管线的重要性，阐述了管线设计时应考虑的因素，给出了设计参数优化要点。最后提出了提升设计水平的建议，以供参考。

关键词：城市；集中供热；系统；长输管线文章编号：2095-4085（2024）05-0120-03

0引言

城市集中供热系统在实现能源节约和减排目标方面，发挥着重要作用。而长输管线作为城市集中供热系统的重要组成部分，关系到供热系统的效率、安全性和可行性。因此， 应重视长输管线设计工作。

1概述

长输管线是城市集中供热系统中负责将热水从热源输送到主要负荷区且长度超过20km的热水管线。通常，城市集中供热系统的中心是一个或多个集中热源，部分热源通过长输管线为城市中的各个末端用户提供热能［1］。

2城市集中供热系统长输管线的重要性

在城市集中供热系统中，长输管线可以提高供热效率和节约能源，保障供热系统的安全性和可靠性，以适应城市发展和需求的变化。设计合理的长输管线，可以提高供热系统的性能和效率，满足用户的舒适需求，并促进城市供热系统的可持续发展。

2.1热能传输的关键组成部分

城市集中供热系统是通过长输管线，将热能从热源传输到各个用户。长输管线作为传输通道的核心组成部分，起到了热能输送和分配的关键作用。设计合理的长输管线，可以确保热能的高效传输，保证供热系统的稳定运行。

2.2提高供热效率和节约能源

合理的长输管线设计，可以降低传输过程中的热损失，提高供热效率，从而达到节约能源的效果。通过选择合适的材料、考虑绝缘保温技术和优化管线布局等措施，可以减少能源浪费和热能的损失，进而提高供热系统的整体效能。

2.3适应城市发展和需求的变化

城市的发展和需求是不断变化的。在长输管线的设计过程中，设计师需要考虑到城市规划、建设和发展的需求。合理的布局和设置管线尺寸，可使长输管网满足未来城市供热需求的增长和变化，并具备适应性。同时，在长输管线设计时，设计师还可以考虑可持续性和环保因素，例如能源回收和再利用，以更好地适应城市的可持续发展目标［2］。

3长输管线设计考虑因素

3.1供热参数分析

在长输管线设计中，首先应确定热水管网设计供回水温度。供回水温度应结合具体工程条件，参考热源、供热管线、热用户系统等方面的因素综合考虑确定。当长输管线热源为热电厂或区域锅炉房时，设计供水温度可取110～150℃。同时对于多个热源联合运行的供热系统，为保证水力汇合点处用户参数的稳定，热源的供热介质温度应一致。由于长输管线建设投资大，为了经济合理运营，尽可能提高输送能力，可采用吸收式热泵换热机组来降低回水温度，增大供回水温差，以此提高输热量。目前，采用吸收式热泵换热机组的城市热电联产集中供热管网的实际运行回水温度已可降低为30～40℃。考虑到长输管网穿越地域广、地形落差大，有设置隔压站的情况，热网回水温度不高于40℃较为合适。

3.2管线材料的选择

选择管线材料时，涉及到多个方面。首先，设计师需要根据管线的工作压力、温度和运行环境等因素，确定所需材料的强度和耐久性，以此选择适合的材料。保温管道可选择高密度聚乙烯外护管，聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管，或硬质聚氨酯喷涂聚乙烯缠绕预制直埋保温管，工作钢管材质可采用Q235B、L290、Q355B等。另外，设计师还需要考虑材料的成本、可获得性和环境影响。成本方面，除了考虑材料本身的价格，还要考虑安装和维护的成本。可获得性方面，需考虑材料的供应渠道和相关技术支持的可靠性。在环境影响方面，要评估材料生产过程中的能耗和排放情况，以及材料回收和再利用的可行性。

3.3管道布置

在进行管道布置前，设计师首先需要在城镇规划的指导下，根据热负荷分布和热源位置，合理确定管道的路径。不同的布置方式和路径选择，可以减少管道施工难度和成本，并降低风险。其次，需考虑地形地貌、建筑物和其他地下设施的影响。要了解道路、高压线、地下管道以及其他地下设施等的位置，以避免与之发生冲突，从而影响管线的施工和使用。最后，在管道布置时，还需考虑土壤特性和地下水的影响，要充分了解该地区的土壤和地下水的特性，以确保管线的可持续使用。综合考虑上述因素，平衡各方面的需求，并根据项目的具体情况做出权衡决策，可以保证管线的性能、可持续性和经济性。

3.4水力分析

热水管网需在水力计算中满足连续性方程和压力降方程，要在水力计算的基础上绘制各运行方案的主干线水压图，对于地形复杂的地区，还需绘制必要的支干线水压图。然后在对管网水压图分析的基础上确定中继泵站和隔压站的位置数量及参数。设置中继泵站或隔压站可以增大供热距离，而不用加大管径或提高管网压力，从而节省管网建设投资，在一定条件下可以降低系统能耗，对整个供热系统的工况和管网的水力平衡也有一定的好处。同时由于长输管线沿途没有用户和分支，一旦干线上的阀门误关闭，系统水循环流动惯性则会被突然中断，压力会升高。因此需对热水管网进行动态水力分析，要对循环泵或中继泵突然断电、输送干线主阀门非正常关闭、热源换热器停止加热等非正常操作发生时的压力瞬变进行动态水力分析。

3.5技术经济性分析

在长输管线设计中，技术经济性分析是重要的一环，包括评估投资成本、分析运行和维护成本、考虑寿命周期成本和回报率、成本效益分析等。在评估投资成本时，需要对包括勘察设计、施工及安装、设备及材料采购等在内的各项投资成本进行评估。对于大型管线项目，还需考虑到环境保护和社会责任所需的额外投资。在分析管道的运行和维护成本时，设计师要考虑长输管线的运营阶段。这包括评估运行和维护成本，如能源消耗、人员工资、设备维护和修理等费用。考虑管道寿命周期成本和回报率时，需综合考虑管道的使用寿命、维护成本和管道所产生的收益，通过优化壁厚、选择合适的材料、采取防腐保温等技术方案，提高管道的寿命和经济效益。在成本效益分析方面，要综合考虑投资成本、运行成本、维护成本和回报率等因素，然后进行比较和评估不同设计方案的成本效益，以确定最优化的设计方案［3］。

4长输管线设计参数优化

4.1管径和压降计算

在长输管线设计中，管径和压降计算是关键的参数优化步骤。首先，设计师应根据所需输送的流体类型和用途，确定管道在特定时间段内需要输送的流体流量。其次，按照流体流量和所需的流速要求，使用流体力学公式进行计算，以确定合适的管径。再次，在计算管径时，需要考虑管道的长度、流体的黏度以及管道内部的摩擦阻力等因素，这些因素会对管道的压降产生影响。最后，结合管道所使用的材料和输送流体的特性，使用压降计算公式计算管道的压降。通过管径和压降计算，可以选择合适的管径以尽量减小压降，降低能耗，并确保管道正常运行，进而提高管道的输送效率和运行稳定性。

4.2温度和压力变化控制

在设计过程中，设计师需要明确输送流体的初始温度和压力，这些参数将作为基准用于后续的控制和计算。长输管线在输送过程中会发生热损失和压力降低现象，这些损失和降低可能由于管道的绝热性能、外界温度影响、流体摩擦阻力等原因引起。在设计过程中，设计师需要综合考虑预期的温度变化，并选择合适的绝热和冷却措施，以控制管道温度和降低热损失。同时，设计师还需要合理设计和配置中继泵站、调压阀等设备，以控制流体的流速和调整管道的压降，从而实现对压力变化的控制。通过综合考虑温度和压力变化控制的因素，保证长输管线在输送过程中的温度和压力处于可控范围内，可以确保管线的安全运行和流体的质量保障。

4.3管道地下敷设和保护

在设计长输管线时，设计师应综合考虑地下敷设和管道保护的因素，以确保管道在地下环境中的稳定运行和安全使用，从而延长管道的使用寿命，并减少对环境和人员的潜在风险。首先，设计师需要结合管道所处的环境特点，例如土壤特性、地形地貌和交通设施等因素，选择适当的管道敷设方式和深度。常见的方式包括直埋和架空敷设，深度设置时，设计师需要考虑土壤的承载能力和地下水位等因素。其次，根据土壤特性和地表荷载分析结果，设计师应选择合适的支撑和保护结构，以确保管道的稳定性和安全性。例如，可以使用管道支架、管道沟槽、护套等方式来支撑和保护管道。并要考虑管道与其他地下设施的干扰问题，比如，需考虑供热管道与电力电缆、通信线路等的净空要求。最后，长输管线在地下环境中易受到腐蚀和泄漏的影响，设计师需要选择适当的防腐蚀措施，如涂层、防腐保温层等。同时，还需要设计防漏系统，包括泄漏探测器和泄漏报警设备等，以提早发现和防止管道的泄漏事故。通过综合考虑管道地下敷设和保护的各种因素，可以确保长输管线在地下的安全运行和环境保护［4］。

5提升城市集中供热系统长输管线设计水平的策略

5.1深入了解技术和行业趋势

在日常工作中，设计师应该持续学习和了解最新的技术和行业趋势，密切关注新技术和创新产品的发展，以及遵循相关的标准和规范。同时，要深入探索智能管网技术，并参与行业组织、专业协会和工作组等，并与同行设计师及专家进行交流，分享经验和最佳实践。通过不断的学习与积累，设计师可以不断更新和提升自己的设计水平，为城市集中供热系统长输管线提供更安全、可靠和高效的设计方案。

5.2准确把握设计需求和目标

为了进一步提升设计水平，设计师应准确把握供热系统长输管线的设计需求和目标。首先，设计师应该与客户和系统运营方进行紧密的沟通与合作，以便全面了解他们的需求和目标。通过会议、面对面交流或调研等方式，获取相关的信息，如系统要求、用户需求和预期性能。其次，设计师在与客户和运营方沟通的过程中，应提出专业问题和关注点，对系统进行全面分析。例如，需要确定供热能力的需求，以确保管道设计能够满足预期的热传输量。同时，了解用户对温度控制的要求，以设计相应的温度调控装置。关注系统的稳定性，预测潜在的挑战和风险，并制定有效的解决方案。准确把握设计需求和目标后，设计师可以根据实际需求进行设计，要确保设计方案与实际需求相匹配。如此可提高城市集中供热系统长输管线的设计水平，促使供暖系统长输管线的高效运行、节能降耗。

5.3运用先进的设计软件

在设计过程中，为了提升设计水平，设计师可以借助先进的设计软件，高效地进行管道设计和分析，从而提高设计水平，并得到更优化的设计方案。利用应力分析软件，对管道的安装应力、一次应力、二次应力等进行分析和评估。通过模拟管道受到的各种力和压力，预测管道的应力和变形情况，从而帮助优化管道的结构设计；利用水力计算模拟软件，对管网的水力分配进行数值模拟和分析。通过模拟计算，优化管道的布局和管径，从而确保满足用户的设计压力及设计流量；利用数据管理软件，有效管理和跟踪管道设计过程中的各种数据。包括设计文档、图纸、模型等，可提高设计团队的协作效率，确保设计过程的准确性和一致性［5］。

6结语

综上所述，城市集中供热系统的长输管线设计，是确保供暖系统安全运行和高效运行的关键。设计师应深刻认识到长输管线的重要性，全面分析设计过程中需要考虑的因素，做好设计参数优化。并通过深入了解技术和行业趋势、准确把握设计需求和目标、运用先进的设计软件等手段，提升长输管线设计的水平和质量，进而促进城市集中供热系统的顺利运行。

参考文献：

［1］刘巍.城市集中供热系统长输管线设计与管网优化研究［J］.中国高新科技，2022（9）：30-32.

［2］许海，乔保兴，张春超.现代城市天然气长输管线的施工管理分析［J］.中国化工贸易，2021（11）：11-12.

［3］牛国.现代城市天然气长输管线的施工管理［J］.化工管理，2021（22）：175-176.

［4］刘松岩.城镇供热长输管线优化设计的探究［J］.中文科技期刊数据库（引文版）工程技术，2022（6）：313-317.

［5］张闯龙，李超.城市天然气长输管线施工的管理研究［J］.清洗世界，2022，38（9）：164-166.

作者简介：贺帅（1996—），男，汉，山西临汾人，本科，助理工程师。研究方向：工程设计。