室外供热管网设计资料

课程设计说明书

题目：郑州市武警培训学校供热

工程设计

院（部）：热能工程学院

专业：热能与动力工程

班级：热动112

姓名：

学号：

指导教师：

完成日期：

一、设计现状 (4)

1.1 我国城市供热的技术走向 (4)

1.2原始资料 (4)

二、设计方法及步骤 (5)

2.1集中供热系统 (5)

2.2 热负荷的类型 (5)

2.3 热负荷的计算 (5)

2.3.1热负荷的计算方法 (5)

2.3.2 采暖设计热负荷的计算 (6)

2.3.3热源位置 (7)

2.3.4 管网的走向 (7)

2.3.5 敷设方式 (7)

2.3.6热水管网系统的定压方式 (11)

2.4 管道水力计算 (12)

2.4.1 确定各用户的设计流量 (13)

2.4.2水力简图如下 (14)

2.4.3 供热网路主干、支线计算 (16)

2.5 水压图的绘制 (19)

2.5.1 绘制网路水压图的必要性 (19)

2.5.2 网路水压图的原理及其作用 (19)

2.5.2.1 水压图绘制原理 (19)

2.5.2.2 水压图绘制的作用 (19)

2.5.3 绘制水压图的原则和要求 (19)

2.6设备的选择 (22)

2.6.1 换热器的选择和计算 (22)

2.6.2 热网循环泵的选择计算 (22)

2.6.3 补给水泵的选择计算 (24)

2.6.4除污器的选择 (25)

2.6.5钠离子交换器的选择 (26)

2.7热源辅助设备的选择计算 (26)

2.7.1 软化装置的选择 (26)

2.7.2管道的保温与防腐 (27)

三.热系统的运行调节 (27)

3.1 初调节原理 (28)

3.2 集中调节 (28)

3.3 管网布置的合理性 (29)

3.3.1分析热用户连接方式的经济技术分析 (29)

3.3.2 热网的定压方式的经济型分析 (29)

3.3.3 供热管道平面布置的经济性分析 (29)

3.4 管道水力计算的经济性分析 (30)

3.4.1 管道水力计算的经济原则 (30)

3.4.2 管径的选择 (30)

3.4.3 管道补偿器的选择 (30)

3.4.4 管道保温材料的选择 (30)

第四章参考文献 (31)

第五章课程设计心得 (32)

摘要

本次设计地点范围为郑州市武警培训学校供暖外网设计。设计的主要内容为集中采暖系统，

供暖系统: 随着人们生活水平的提高，集中供热被越来越多地采用，采用集中供暖可以减少能量的浪费,提高供热效率,减少环境污染,利于管理.同时采用集中供热可提高供热质量,提高人们的生活质量.但是在以往的设计中,由于外网与内网的配合往往出现缝隙,使得各个建筑物的资用压头与实际需要的出现偏差,使系统水力失调, 浪费了大量的热量,而供热效果却不甚理想.本次设计要求解决这一问题,使得系统的平衡性有一个较大的提高,减少系统的失调损失,节省燃料和电、水的消耗,并提高供热质量。

关键词：供热效率；换热站,资用压差，水利失调。

一、设计现状

1.1 我国城市供热的技术走向

1，我国城市集中供热的技术方向，主要采用热电联产的型式，这是我国当前的具体情况决定的。当然，集中供热的首要前提是节约能源，但是当前我国电力紧张的局面也是不能忽视的。在供热的同时，生产一定量的电力，也能缓解部分用电的需要。

2，落实热负荷，是集中供热一切要素之首。没有准确的热负荷，热电站的建设将似海滩上的建筑，不仅不能节约燃料，更无经济效益可谈。

3，目前，我国建设资金短缺，无论是建设热源还是管网，耗资都相当大。因此，改造老凝汽式电站为热电厂，既可大大降低投资，也可缩短工期，且运行效益可立竿见影。这是集中供热应优先考虑的热源。

4，尽可能在老厂扩建供热机组，降低生产与非生产设施投资，并且技术上有比较强的后盾，安全生产有比较可靠的保证。

5，热源内机组参数的选择，应优先选用较高参数的机组。12MW及6MW容量机组，宜选用次高压；3MW及以下机组宜选用中压机组。总之应尽可能少用和不用次中压或低压机组。

6，热源内机组型式的选择，宜以背压机组带基本负荷，在多台机组中可选用一台抽汽冷凝机组，以增加负荷调节的灵活性。

7，在大、中城市采暖负荷较大时，宜选用大容量的两用机组，采暖季节降低部分电负荷供热，非采暖季节仍恢复正常运行，节能效益是非常理想的。

8，近年发展起来的循环流化床锅炉，具有许多优点：煤种适应范围广；适应负荷变化范围50%～100%；热效率较高；易于脱硫且投资少，适宜作建筑材料。

9，集中供热方案的优化方面，现已有北京水利电力经济研究所、清华大学等单位研制了优化软件，它包括热源布点优化、热源机组组合选型优化、热力管网管径、路径优化、并可计算热力规划或可行性研究报告有关技术经济指标等。今后应广泛应用，以节约能源，降低投资，提高效益。

1.2原始资料

1﹑郑州市武警培训学校总平面布置图。

2﹑郑州市气象资料：

1﹚冬季室外供暖计算温度：t=-5℃，

最低日平均温度 min t =-11.4℃

2﹚冬季主导风向：西、西北风。

3﹚冬季室外平均风速：s m v pj 4.3

4﹚冬季日照率：70%

5﹚缝隙渗风量的朝向修正系数n

北 东 南 西

0.65 0.65 0.2 1

3﹑热媒：有城市管网供0.6MPa/110/70℃的高温热水；）低温热水 8560c c 供热。

4﹑供暖方式：对流辐射式钢铝散热器

二、设计方法及步骤

2.1集中供热系统

集中供热系统系统指的是以热水或蒸汽作为热媒集中向一个具有多种热用户的较大区域供热的系统.

2.2 热负荷的类型

(1)按性质分为两大类:

一类是季节性热负荷,它与室外温度、湿度、风向、风速和太阳辐射热等气

候条件密切相关,起决定性作用的是室外温度在全年中有很大的变化.

另一类是常年性热负荷主要取决于生活用热和生产状况,其日变化较大,而

在全年的变化较小.

(2)按热用户的性质分:

a 、供暖设计热负荷；

b 、通风设计热负荷；

c 、生产工艺热负荷

d 、生活用热的设计热负荷

2.3 热负荷的计算

2.3.1热负荷的计算方法

供暖设计热负荷采用面积热指标法和体积热指标法.

通风热负荷采用体积热指标法.

生产工艺负荷主要取决于工艺工程性质,用热设备和工作制度

2.3.2 采暖设计热负荷的计算

采暖热负荷使城市集中供热系统中最重要的负荷,它的设计热负荷占全部设

计热负荷的80%-90%以上（不包生产工艺用热）,供暖设计热负荷的概算可采用面积热指标进行计算,即

'n f Q q F =? （2-1）

式中 'n Q —建筑物的供暖设计热负荷,W ；

f q —建筑物供暖面积热指标,2/W m ；

F —建筑物的建筑面积,2m .

建筑物供暖面积热指标f q 的推荐取值如表2-1所示

表2-1 建筑物供暖面积热指标推荐值 建筑物类型

住宅 居住区综合 学校办公 医院托幼 旅馆 商店 食堂 采取节能措施

（2/W m ）

40-45 45-55 50-70 55-70 50-60 55-70 100-130

注：1、本表摘自《城市热力网设计规范》CJ34-90,1990年版

2、表中数据适用于我国东北、华北和西北地区。

3、热指标中已包括约5%的管网热损失在内。 建筑物 符号 地上 地下 总建筑面积 单位热负荷（上）

（下） 总热负荷(KW)

综合楼 A 29587.1 7140.2 36727.3 50

0 1479.355 餐厅 B 7385 7385 100

738.5 厅级干部宿舍 C 10398 10398 45

467.91 地下水泵房 D 36.5 424.4 460.9 50

25.2 12.51988 县处和研二 E

3974 4619 8593 45 25.2 295.2288

2.3.3热源位置

根据当地的条件：该小区内建筑物以住宅楼.办公楼为主，且负荷较为集中,为满足今后建筑的发展，以后可以新建一燃气锅炉房，采用燃气锅炉房集中供热方式进行小区冬季供暖，由燃气锅炉房一次网供热到换热站换热，再由二次网采用热水为热媒直接进行供热，其中一次网供热热媒为0.6MP的饱和蒸汽。郑州市冬季主导风向是西风和西北风，但考虑到学校宿舍楼区、换热站的位置和学校区域的范围走向，则热源设置于处于学校的西南角处。

本设计目前城市管网提供热源。

2.3.4 管网的走向

实际定向时要掌握地质，水文资料，地上，地下构筑物情况，除了技术经济合理外还要考虑维修管理方便，布置时应注意：

(1)管道应尽量穿越负荷区，走向宜平行于建筑物。

(2)尽量少穿越公路，铁路等主要交通干线。

(3)为了施工及管理方便，管线应尽量走绿化地带。

(4)热力管沟外侧与其他建筑物，管线保持一定距离，与基础外边间距不小于1.5米。

(5)热网规划时应当适当考虑各小区连接方便及小区负荷对称。

2.3.5 敷设方式

合理的选择供热管道的敷设方式，应对节约投资、保证热网安全可靠地运行及交通情况等综合考虑，力求与总体布局协调一致。

供热管道的敷设方式可分为架空敷设和地下敷设。考虑到郑州地区的气候条件，小区所在地的地质条件，地下水位及供暖管网与小区整体环境和协调性等条件，节约投资成本，本设计均采用地下敷设方式，且为地下直埋，理由如下：地下敷设可分为两种方式：

(1)地沟敷设

①通行地沟敷设：工作人员可能直立通行的地沟，但造价高。

②半通行地沟敷设：当管道根数较多，采用单排水平布置沟宽度受到限制时，可采用半通行地沟。

③不通行地沟敷设：当管道根数不多且维修工作量不大时，可采用不通行地沟，其造价较低、占地小，但检修方便。

(2)无沟(直埋)敷设

直埋设于土壤中，最多采用的型式是供热管道、保温层和保护外壳三者紧密粘合在一起，形成整体式的预制保温管结构型式。

①直埋敷设的优点

直埋敷施工工期短，对其他管道埋设道路工程及现场运输影响很少；开挖土方量少，只有半通行地沟敷设的20%，而挖出土壤最后可全部回填不必外运，不少资料报导，直埋敷设比半通行地沟敷设节省投资30%左右；聚氨脂直接在管道外围发泡形成的保温效果比其他任何保温材料导热系数小，牢固性强，玻璃钢外壳封闭性好，地下水及冷土层对它无影响，据国外资料报导，使用寿命长达40～50年，中间无须维修，因此我选用直埋敷设。由于受土壤摩擦力的约束，预制保温管可实现无补偿直埋敷设。本设计埋深大于0.6m。

②无补偿直埋供热管道施工方法及应注意的问题

1)为了减小管道的温度应力，管道埋土前进行预加热，加热温度一般可取其工作温度的一半，这时使管道产生热伸长，直至敷土夯实完毕，再让它降温。这时管道无法收缩就产生了冷拉应力，此拉应力也正好是管道工作热压应力之半，这样待日后管道再升温时，此拉应力将逐步减小，待温升到复土预加热温度后，管壁拉、压应力正好完全抵消，等管道温升到工作温度时，则其热应力只有不预热条件之半，因此这是管道工作温度较高时必须采取的安全措施。管道预热措施可在管网适应位置架一水箱将水烧热，然后用泵注入管道，并在各用热户终端临

时接通供、回水管，使之水循环，以保证预热水温较长时间恒定；

2)管道保温材料必须采用聚氨脂，并直接在钢管四周发泡完成，切勿采用预制瓦块式的复合保温材料，以保证整个聚氨脂保温层与钢管之间产生强大的粘结力；

3)直埋管段中一般不宜连接什么阀件，如须安装平衡阀、入户总阀等应设在户内，如果必须在直埋管段上安装阀件，则必须附阀件紧按套管伸缩器，以便日后可以拆卸检修阀件。这时的伸缩器是不作补偿用的，故在它们两端2m深处直埋管段上各捣制一座钢筋混凝土固定墩以防止直埋管产生伸缩位移；

4)当直埋管与地沟或架空混合敷设时，直埋管快伸出土壤2m处应捣制一座钢筋混凝土；

5)如遇直埋敷设支管与非直埋主管连接时，直埋支管接近主管处应留一段地沟以便主管伸缩位移时，支管可随之产生横向摆动，以防止与主管连接处产生强大剪力而破坏其焊缝，此段地沟敷设的长度应按支管管径弹性应力条件决定；

6)固定墩结构一般应通过反推力荷重计算确定，但计算时一般很难准确，特别是埋土与玻璃钢管壁的摩擦系数，影响因素较多，取值范围太大根本无法实际应用。对DN200～DN300钢管计算，结果一般达20～30t，故固定墩可采用C20混凝土，双向配筋主筋应与钢管焊接，固定墩厚300mm，上下左右均伸出钢管壁300mm为妥；

7)供、回水双管平行直埋时，宜采取斜向布置，以便连接分支管时，可避免支管上绕与下绕跨管焊接弯头，使之难以抵抗轴向应力，造成焊缝破坏；

8)检查井数量要求少，不应设在交通要道和人行车流频繁处，在管道分支有阀门处及其他各种阀门处；套筒补偿器处；需要经常维修的设备和部件处应设检查井；

9)直埋管埋深应按规范规定，太浅则不能无补偿直埋。

表2-1 直埋敷设管道最小覆土深度

≦125 150~200 250~300 350~400 450~500 公称直径

(mm)

车行道下(m) 0.8 1.0 1.0 1.2 1.2

0.9

0.6 0.6 0.7 0.8

非车行道下

(m)

图2-2 直埋敷设横剖面图

(1)管道坡度，热水管道坡度不小于0.002~0.003，可随地形的自然坡度敷设，

但在最高点应设放气阀，最低点设泄水阀。所有去热用户的支管均应坡向与干管

连接的检查井，坡度不小于0.001。所有分支管线，在检查井均设排水阀，以便

在分支管发生事故时，排除管内存水。

(2)经济上合理，主干线力求短直，使金属耗量小，施工方便，主干线尽量

走热负荷集中区，管线上所需的阀门及附件涉及到检查井的数量和位置，而检查

井的数量应力求减少。

(3)技术上可靠，线路尽可能走地势平坦，土质好，水位低的地区，尽量利

用管段的自然补偿。

(4)对周围环境影响少而协调，少穿主要街道，城市道路上的供热管道一般

平行于道路中心线，并尽量敷设在车道以外的地方。

(5)穿过街区的城市热力管网应敷设在易于检修和维护的地方。

(6)通过非建筑区的热力管道应沿公路敷设。

(7)热水管道在最低点设放水阀，在最高点设放气阀，管线布置见管线平面

图。

2.3.6热水管网系统的定压方式

为实现热水管网设计水压图的运行工况，必须通过设置定压装置，采用一定的定压方式，来维持热水供热系统中定压点压力恒定。

供热系统在运行或停止状态下，压力始终保持不变的店成为恒压点。供热系统在无泄漏补水，并忽略热水体积膨胀时，恒压点的压点的压力值是唯一的，且等于静水压线值。恒压点的位置一般在系统循环水泵入口处，也可以在系统的任何一点，视供热系统的形式而定。

维持恒压点压力恒定不变是热水供热系统正常运行定的基本条件。热水供热系统由于不严密，产生漏水损失，将引起系统内压力的波动。维持热水供热系统内热媒压力一定或在一定范围内波动，必须不断的向系统内补水。所以热水供热系统的定压系统往往和补水系统同时考虑。

热水网路常用的定压方式有膨胀水箱定压，补给水泵定压，惰性气体定压，蒸汽定压等。补给水泵定压方式是目前国内集中供热系统最常用的一种定压方式。补给水泵定压方式主要有三种形式：

(1)补给水泵连续补水定压方式

(2)补给水泵间歇补水定压方式

(3)补给水泵补水定压设在旁通管处的定压方式

间歇补水定压方式要比连续补水定压方式少耗一些电能，设备简单，但其动水压曲线上下波动，不如连续补水方式稳定。间歇补水定压方式宜使用在系统规模不大，供水温度不高、系统漏水量较小的供热系统中；对于系统规模较大，供水温度较高的供热系统，应采用连续补水定压方式(见图2-2)。

图2-2补给水泵连续补水定压方式示意图

说明：1-补给水箱2-补给水泵3-安全阀4-加热装置5-网路循环水

泵6-压力调节阀7-热用户

上述三种补水定压方式，其定压点都在网路循环水泵的吸入端。对于大型的

热水供热系统，为了适当地降低网路的运行压力和便于网路的压力工况，可采用

定压点设在旁通管的连续补水定压方式，使旁通管不断通过网路水。网路循环水

泵的计算流量，要包括这一部分流量，因此多耗电能。

鉴于本设计中供热系统规模不大、系统漏水量较小.供热温度不高，所以选择间歇性补水定压方式,且，最低点与补给点的垂直距离为2m。

2.4 管道水力计算

水力计算的步骤：

（1）画出水力计算简图，标出管道附件以及各管段计算流量G和管长L；

（2）水力计算先从主干线开始，根据《城市热力网设计规范》，在一般的情况

下，热水网路主干线的设计平均比摩阻，可取30~80Pa/m进行计算。《热网规范》

建议的数值，主要是根据多年来采用直接连接的热水网路系统而规定的。对于采

用间接连接的热水网路系统，主干线的平均比摩阻值比上述规定的值要高，有时

可达100Pa/m以上。间接连接的热网主干线的合理平均比摩阻值，有待通过技术

分析和运行经验进一步确定；

（3）根据网路主干线各管段的计算流量和初步选用的平均比摩阻值，利用附录

的水力计算表，确定主干线各管段的标准管径和相应的实际比摩阻；

（4）根据选用的标准管径和管段中局部阻力的形式，查附录，确定各管段局部

阻力的当量长度Ld的总和，以及管段的折算长度LZH；

（5）根据管段的折算长度LZH，以及由附录查到的比摩阻，计算主干线各管段

的总压降；

（6）主干线水力计算完成后，便可以进行热水网路支干线、支线等水力计算。

分支管水力计算时应按支干线、支线的资用压力确定其管径，但热水流速不应大

于3.5m/s，同时比摩阻不应大于300Pa/m。规范中采用了两个控制指标，实质上

是对管径DN≥400mm的管道，控制其流速不得超过3.5m/s（尚未达到300Pa/m），

而对管径DN<400mm的管道，控制其比摩阻不超过300Pa。