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1、2023/5/24,1,全国勘察设计注册公用设备工程师动力专业,刘文毅,第六章 热力网及热力站,2,一、热力管道的布置原则,第一节热力管道的布置及敷设,1、热力管道布置的综合因素,1）厂区或建筑区域的总平面布置图2）厂区或建筑区域的水文地质及气象材料3）各建筑物及构筑物的热负荷资料4）厂区或建筑区域的近期及远期发展规划5）厂区或建筑区域的地下电缆、给排水管道、及煤气、氧气、等动力管道布置情况,3,2、热力管道布置的总原则和具体要求,技术可靠、经济合理和施工维修方便,1）力求短直，靠近热用户,2）走向平行于厂区或建筑区域的干道或建筑物,3）不宜穿越危险场所，减少与道路、河流交叉，穿越交通线、河流
2、时，采用拱形管道,4）尽量利用自然弯角作为管道受热膨胀自然补偿,5）热力地沟分支处应设检查井或人孔，阀门在检查井或人孔内,6）从主干线设置支管上，应设截断阀门,7）设疏水阀：蒸汽管道最低点，垂直升高管段前最低点，见具体规范,8）热力及凝结水管最低点放水，最高点放气,4,二、热力管道的敷设方式,室外，一般枝状布置：系统简单、造价较低、运行方便，没有供热后备性能。不允许中断供汽拥护，采用复线枝状管网。环状管网（主干线环行）：有后备供热能力，投资和金属消耗量都很大。辐射状管网：小型工厂，控制方便，可分片供热，投资和金属耗量大 山区：沿山坡或道路低支架布置；直径DN150mm，可沿建筑物外墙敷设；爬山
3、管道阶梯形布置；跨越冲沟或河流时，沿桥或沿栈桥布置或拱形管道,5,三、架空敷设,工厂区,地形复杂、地质、地下水位高、地下管道多等,1、低支架敷设：山区和不影响交通及景观地区，与地面净距，最经济、方便,2、中支架敷设：人行交通频繁地区，距地2.0-2.5m,用钢材、混凝土，较经济、方便,3、高支架敷设：交通要道和管道跨越铁路、公路时，与地面净距4.5m以上，耗钢材大、周期长、维修管理不方便,6,四、地沟敷设,通行地沟、半通行地沟和不通行地沟,地面不允许挖开；管道数量较多或管径较大且管道垂直排列高度1.5m时。维护方便，基建投资大，占地大；单侧布管或双侧布管,1、通行地沟,地面不允许挖开，管道数量
4、较多，采用不通行地沟受地沟宽度限制。,2、半通行地沟,应用广泛；土壤干燥、地下水位低、管道少、管径小、维修工作量不大，地下直接埋设时，转弯及补偿器处；尺寸小、占地少、耗材少，维护检修不便,3、不通行地沟,7,五、直埋敷设,两种保温管,由钢管、防腐层、保温层和保护层四部分组成，耐温150，15年寿命，温降1/km,1、氰聚塑直埋保温管,由钢管、导线、保温层和保护层组成，耐温120,2、“管中管”预制保温管,1）无补偿方式：,3、直埋管道的敷设方式,(1)安定性分析理论：ASME提出,一次应力、二次应力、峰值应力进行校核。DN500以下可用，150以下直线段，可不补偿,8,预热方式两种：敞开式和覆
5、盖式。敞开式：不补偿，不设固定点，造价低，缺点管沟敞开时间长覆盖式：回填土完后预热，需补偿器,(2)弹性分析理论：北欧，供热管网预热,2）有补偿方式：管道温度过高，或难以找到预热源,（1）有固定点方式：补偿器两侧设固定点,（2）无固定点方式：需校核两个直管段是否超过最大安装长度的两倍,3）敷设方式选择：无补偿方式优于有补偿方式，敞开式优于覆盖式，有补偿方式中无固定点计算量大，投资少，占地面积小，运行安全,9,4、直埋管道设计计算,1）土壤摩擦力,2）弹性力,3）最大间距,4）最大安装长度，表6-1,5）最大覆土深度H,10,5、直埋管道设计及施工要点,遵守相关规定,11,一、热力管道种类及参数
6、,第二节 热力管道系统,蒸汽管道、废汽管道、热水管道、凝结水管道,二、热力管道系统,蒸汽系统、热水系统、凝结水系统；可分为单管、双管、三管和四管系统，也可分为开式系统和闭口系统；热源：热电厂、区域锅炉房及自备锅炉房；热媒选择取决于热负荷特点和参数，热源种类，主要是水与蒸汽,1、热水系统,1）热水制备方式：锅炉、换热器、蒸汽喷射器、容积式加热器,12,2）热水系统定压方式,高温水系统，需设定压设备；补水泵定压、膨胀水箱定压、氮气定压、空气定压、蒸汽定压,须满足（1）循环水泵运行时，高温水不汽化,（2）循环水泵停止时，热水静压应高于用户最高充水高度,（3）用户室内系统压力不超过散热器允许压力,（4
7、）定压装置必须操作简单,（5）定压装置投资最省,13,2、蒸汽系统,1）蒸汽系统选择,用户用汽参数相同，采用单管供汽系统；用汽参数相差较大，可用双管供汽；采暖期短、采暖占总用汽量50%以下，单管，50%以上，双管；用户性质、热媒种类、热负荷、用户分散程度,2）工业废汽利用系统,一定压力和温度的废汽,经过填料分离或油分离可利用，废汽凝结水经过活性炭过滤后,各项指标满足锅炉水质标准，送入给水箱,14,3、凝结水系统,1）凝结水回收原则,符合锅炉水质的,尽可能回收;加热油槽或有毒,有生活用汽时,严禁回收;不宜回收的利用热量;可能污染的，应检测和净化,2）凝结水系统分类,是否与大气相同，开式与闭式,按
8、流动的动力不同，自流式、余压及加压三种,15,一、概述,第三节 热力管道水力计算,据流量和允许压力损失确定管径或由管径和介质流量验算压力损失,二、热负荷,1、种类,生产热负荷、采暖通风热负荷、生活热水供应负荷,2、收集与核算,1）收集：供热介质及参数，各种热负荷小时最大及平均值用热量，热负荷曲线，回水率及参数，余热利用数据，热负荷发展情况等,16,2）热负荷的核算,必须换算,（1）按热电站出口换算,Dck-热电站出口蒸汽量(kg/h),hw-用户回水质量焓(kJ/kg),hw-热电站处回水质量焓(kJ/kg),-回水率,w-热网效率，一般取0.96,17,（2）按供热锅炉房锅炉出口换算,D-换
9、算后新蒸汽量(kg/h),h-新蒸汽质量焓(kJ/kg),h1-各种压力蒸汽质量焓(kJ/kg),D1-各种压力下饱和蒸汽量(kg/h),h2-锅炉给水质量焓(kJ/kg),（3）已知热用户耗热量,Qyh-热用户耗热量(kJ/h),18,3、热负荷典型曲线图绘制,1）生产热负荷曲线,按用汽量和热耗量绘制。含典型日负荷曲线、月负荷曲线、年负荷曲线,2）采暖（空调）热负荷曲线,日负荷曲线、年负荷曲线、年热负荷延续曲线,3）生产热水供应热负荷曲线,典型日负荷曲线,19,4、热负荷的计算,根据生产、采暖、通风、生活需要的热负荷，计算出最大热负荷、平均热负荷，确定锅炉房规模和计算各种耗量,1）根据各热负
10、荷曲线求总热负荷，其最大值及平均值乘以K值（自用汽系数），即锅炉房热负荷,2）若无热负荷曲线，以热负荷资料计算,最大热负荷,K-管网热损失及锅炉房自用汽系数,K1,K2,K3,K4-生产、采暖、通风、生活热负荷同时使用系数,20,3）全年热负荷,4）若用户提不出热负荷，根据热网规范估算,Qcp-平均热负荷,h1,h2,h3,h4-生产、采暖、通风、生活热负荷年利用小时数,21,三、管径和压力损失计算,1、管径计算,按允许压力降计算,G-t/h,v-m3/kg,w-m/s,Q-m3/h,Di-mm,h-Pa/m,允许压力降,22,2、压力损失计算,H1,H2-m,管道起点和终点标高,p-Pa,总
11、阻力之和,vp-m3/kg,平均比体积,23,3、允许比压降计算,2）自流回水管,1）蒸汽、热水、压力管,3）余压回水管,24,四、水压图,1、水压图水力工况应满足条件,1）循环水泵停止运行时，应保持必须的静压力,热水管网设计和运行中，常以水压图形式表示出系统各点压力大小和分布情况,2）循环水泵工作时，供水管应保证合适的静压力,3）循环水泵工作时，回水管网任一点压力，不应低于50kPa，不超允许压力,4）供回水管网的压差，应满足用户系统所需压头,5）循环水泵运行时，不产生汽蚀,6）选好静水压线位置，不许超高和超低,25,2、水压图绘制方法和步骤,1）循环水泵入口中心线为基准面,ox轴,y轴标高
12、,2）静水压线(j-j),循环水泵停运,管网中各点压力连接线，水平直线,3）回水管动水压线(BA),循环水泵运行中回水管路各点压力连线,4）供水管动压线(DC)，循环水泵运行供水压力线,26,2、几种类型水压图,1）补给水泵定压图,I点定压点,j-j静水压线,阀门2、3开度控制压力。,旁通管4补水定压,可降低运行时动水压线，同时调节其上两个阀门可调节压力，但需消耗电能,27,一、管道热伸长计算,第四节 管道热伸长及补偿器,L-管道热伸长量（mm),-管材的线膨胀系数m/(m),t1,t2-管道安装温度和供热介质最高温度,L-二固定支架间直线距离（m),28,二、管道热补偿,1、自然补偿,1）利
13、用自然管段吸收热伸长变形，装置简单、可靠，缺点是管道变形时产生横向位移,2）原则:L形、Z形和空间立体弯,（1）尽量利用管路弯曲的自然补偿,（2）弯管转角小于150L形，大于150不能用,（3）L形自然补偿管道臂长不应超过20-25m,弯曲应力不应超过80MPa,29,2、方形补偿器,1）无缝钢管煨弯而成，制造方便、补偿能力大、周向推力较小、维修方便、运行可靠，缺点：单向外伸臂较长，占地面积大，需增设支架,2）原则:四个90弯头,（1）热力管网一般都采用,（2）自由臂（导向支架至补偿器外伸臂距离）一般40倍公称直径距离,（3）安装时需预拉伸，25050%，250-40075%,30,3、套管补
14、偿器,1）热力管网特殊情况下选用，安装简单、占地少、补偿能力较大、流体阻力较小，缺点：轴向推力大、造价高、易漏水、漏汽，要求经常检修和更换填料,2）原则:,（1）计算各安装温度下安装长度，留20mm余量,（2）一般用于管径大于100mm，压力小于1.3MPa(铸铁管)及1.6MPa(钢管),（3）不宜使用于不通行地沟,（4）单向补偿器在近支架的平直管段，活动侧设导向支架；双向补偿器在支架中间，套管固定,31,4、波形补偿器,1）强度较弱、补偿能力小、轴向推力大，适于管径大(300mm以上)压力低,2）原则:,（1）管道上应安装防止波纹管失稳的导向支座,（2）应预先冷紧，冷紧值为热伸长量一半,3
15、2,5、球形补偿器,利用球形管接头的随机弯转解决热胀冷缩，适于三向位移的蒸汽和热水管道。占地面积小、节省材料、不存在推力，缺点是存在侧向位移，易漏水、漏汽，要加强维修,33,三、管道固定支架间距确定,1、原则,承受推力必须坚固，布置合理：,（1）热伸长量不超过补偿器允许补偿量,（2）管道膨胀推力不超过支架承受允许推力,（3）不宜使管道产生弯曲,34,四、支架荷载计算,1、垂直荷载,分为垂直荷载、轴向水平荷载、与轴向交叉侧向水平荷载,管道、管道附件、保温结构、管内输送的介质以及在某些情况下考虑管道水压试验时的水重，还有冰雪、积灰、平台和行人等荷载,2、轴向水平荷载,补偿器反弹力、不平衡内压力，管
16、道移动时摩擦反力或管架变位弹力,3、与轴向交叉侧向水平荷载,风载荷、拐弯管道或支架传来的推力，管道横向位移摩擦力,35,五、固定支架推力计算,1、垂直荷载,固定支架承受载荷包含：,2、轴向水平荷载,3、与轴向交叉侧向水平荷载,4、矩形补偿器和自然补偿器固定支架推力,5、套管补偿器固定支架推力,6、波形补偿器固定支架推力,7、球形补偿器固定支架推力,36,一、管子和管道附件的标准化,第五节 管子和管道附件,1、公称直径,附件指安装在管道及设备上的连接、闭路和调节装置的总称。标准化含直径、压力、几何尺寸,管子和管道附件的名义直径，公称通径，DN,2、公称压力,在基准温度下允许的最大工作压力，PN,
17、3、试验压力,进行水压强度和材料严密性检验的压力，ps,4、工作压力,据最高温度规定最大压力，p表示，200p20,37,二、管子,1）低压流体输送焊接钢管：压力和温度较低管道,分类,2）流体输送用无缝钢管:规格多,强度高,最常用,3）螺旋缝电焊钢管:工作压力不超2.0MPa,最高温度不超200,4）直缝电焊钢管:工作压力不超1.6MPa，最高温度不超200,5）直缝卷制电焊钢管,6）纯铜及黄铜管:拉制或挤制,拉制用于中低压管,7）铝及铝合金管,38,三、常用阀件,根据用途、介质特征、最大工作压力、介质最高温度、介质流量或管道公称直径低压流体输送焊接钢管,1）阀件分类,（1）按用途,1、阀件选
18、用,截断阀类：截断或接通介质流，含闸阀、截止阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀等,调节阀类:调节介质流量和压力等,调节阀,节流阀等,止回阀类：阻止介质回流，止回阀,分流阀类:分配、分离或混合介质,分配阀、疏水阀,安全阀类:超压安全保护，各安全阀,39,（2）按压力,真空阀：工作压力低于大气压,低压阀:PN1.6MPa,中压阀:PN,高压阀:PN=10-80MPa,超高压阀:PN100MPa,（3）按工作温度,高温阀：t450,中温阀:120t450,常温阀:-30t120,低温阀:t-30,（4）按其它：材料，驱动方式，使用部门特点,2)阀件温压表：工作温度和最大工作压力变化表,40,一、概述,第
19、六节 管道保温及防腐,1、分类,节能重要措施,1）无机保温材料：热力管道多用，不腐烂、不燃烧、耐高温，石棉、硅藻土、珍珠岩、玻璃纤维等,2）有机保温材料：容重轻、热导率小、原料来源广、不耐高温、吸湿时易腐蚀，软木、泡沫材料,二、保温材料,3）使用温度：高温、中温和低温。700以上高温，100以下低温，二者间中温,41,2、对保温材料要求,1）保温层材料：热导率小，堆密度小，耐热温度高且不易燃烧，具有一定机械强度，吸水率小，施工方便和价格低廉,2）保护层材料：良好防水性能；堆密度800-1500kg/m3范围内；耐压强度不小于0.8MPa；热导率值在50时，不大于0.35W/(m）；可燃性有机物
20、含量不大于15%；在温度变化和振动情况下不易开裂,42,三、管道保温结构,由保温层和保护层组成,据保温材料和施工方法，分为胶泥结构、填充结构、包扎结构、缠绕结构、预制品结构和浇灌结构,43,四、保护层,1、防止材料在外力和内力作用下发生破坏,以及防止雨水侵蚀,同时使保温结构外表面整齐美观,2、分类：涂抹式，金属板式，毡、布类,44,五、金属腐蚀、涂料及防腐,1、金属的腐蚀,因化学或电化学反应引起金属表面耗损现象总称,可分为干蚀和湿蚀，全面腐蚀和局部腐蚀，局部腐蚀又有点蚀、孔蚀、沟蚀、间隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等,2、管道防腐方法,1）地上管道：防锈漆,2）埋地管道：根据土壤腐蚀性决定，常用管
21、道外表面涂刷沥青防腐绝缘层,45,第七节 热力站,1、采暖系统,热力管网与热用户之间连接枢纽,单幢楼用或集中热力站，位置最好在热负荷中心,1）直接连接的条件,一、热力站的规模,保证拥护内部采暖系统不汽化；不超过用户允许压力；热力网资用压头大于用户采暖系统阻力,二、热力站的连接方式,2）间接连接的条件,系统与供热热力网连接；供水压力小于系统高度；承压能力低；资用压力小于阻力；失水率过大或有特殊安全要求。以上之一,46,一般间接连接,2、通风、空调系统,热力网开式时，直接连接；闭式时，间接连接,3、生活热水系统,采暖与通风、空调一般并联间接连接；与生活热水并联，多在生活热水负荷较小时；生活热水负荷
22、较大时，与采暖系统串联或混合连接,4、串联和并联,47,三、换热器的选择,1、计算热负荷,1）采暖换热器用室外计算温度时设计热负荷，并考虑5-10%热损失,2）生产工艺热负荷除考虑5-10%热损失外，还应考虑厂内设备同时使用系数,3）生活热水换热器：有储水箱，取日平均，无水箱或储水不足，取最大小时负荷,48,2、传热系数计算,K-传热系数W/(m2),1,2-介质至传热壁和壁面至被加热介质表面传热系数W/(m2),sg,sg-水垢厚度(一般0.0005mm)，和水垢热导率2-3W/(m),-传热壁热导率W/(m)；钢管45-50，黄铜81-116，纯铜349-465,49,、温差计算,算术平均
23、温差,对数平均温差,50,4、传热面积计算,有效长度,fd-沿流程每米长度加热面积,51,5、换热器阻力计算,1）流速确定,de-当量直径，Z-管子根数,2）阻力计算，管壳式,管内,壳程,3）阻力控制推荐值：水侧,50100kPa;汽侧，20kPa,52,四、水泵选择,1、间接连接的采暖系统循环水泵选择,1）最大总流量为所有用户流量之和加10%裕量,2）扬程大于系统内部阻力和加上3050kPa裕量,3）台数不小于两台，一台备用,4）外网质量调节或自主调节时，应选调速泵,2、间接连接的采暖系统补水泵选择,1）正常补水量为水容量1%,考虑事故，取45倍,2）扬程补水点压力加上3050kPa裕量,3
24、）台数不小于两台，一台备用,53,五、直接连接采暖系统的混水装置,1、设计流量计算,2、扬程不小于总阻力,3、采用混合泵时，台数不小于两台，一台备用,Gh,Gh-混水装置和采暖负荷热力网设计流量;(t/h),t1,t2,1-热力网设计供水，用户设计回水，用户采暖设计供水温度，（）,u-混水装置设计混合比,4、小型系统中，条件允许，可用汽水混合加热器,54,六、凝结水回收,4)水泵台数不少于两台，一台备用,1)工业热力站，凝结水应尽量回收，宜闭式系统,2)凝结水箱总储水量,可按2040min最大水量考虑,3)凝结水箱一般设两个,55,七、热力站设计其它要求及注意事项,4)位置较高设备，经常操作需
25、设操作平台,1)水泵采取降噪防振动措施,2)门向外开，设两个出口,3)站内应有必要起重设施,5)热水供应系统换热器，热水出口有阀门时，应在换热器上设安全阀,6)带有凝结水过冷段的换热器，设水位调节装置,7)补水应软化或加药处理,8)热力网供、回水总管应设阀门,9)生活热水系统，出水口设温度调节阀,10)供水总管和用户回水总管，设除污器,56,14)有不锈钢设备时，考虑氯离子腐蚀,11)应根据热负荷需要设置分汽缸，蒸汽主管和分支管上应设阀门,12)蒸汽管路最低点，设疏水装置,13)有凝结水回收时，应设凝结水取样点,15)设置必要仪表和设备，检测压力、温度、流量等参数,57,第八节 热力网的供热调
26、节,为保证供热质量和热网的正常运行进行调节,按地点:集中调节、局部调节和个体（单独）调节,一、运行调节的基本方程式,集中调节分类：质调节、量调节、分阶段改变流量的质调节、间歇调节,-相对供暖热负荷（实际负荷和设计负荷之比），相对流量,热平衡方程，n-室内，w-室外，g-供水，h-回水，b-散热器特性系数,58,二、质调节,在热源处改变网路供水温度,管路简单,操作方便，网路水力工况稳定，但耗电能较多。应用最多,1、无混合装置直接连接热水供暖,用户散热器设计平均计算温差,用户设计供回水温差,59,二、质调节,2、带混合装置网路供水温度计算,网路与用户设计供水温差,3、质调节例题,60,3、质调节例
27、题,61,三、量调节,在热源处改变网路供水流量，采用量调节时，随着tw升高，循环水量迅速减小，易引起供暖系统垂直热力失调，操作技术较复杂，难以进行管理，常需变速泵实现。很少采用,62,四、分阶段改变流量的质调节,把整个供暖期按室外温度分成23个阶段，温度较低时保持设计最大流量，较高时，较小流量。同时随室外温度进行质调节。综合质、量调节优点，经济合理，区域锅炉房热水供暖较多应用,在分阶段后，循环水泵流量与设计流量的百分率为，无混合,混合,63,五、间歇调节,在室外温度升高时,减少每天供暖的小时数。一般在室外温度较高的供暖初期和末期，辅助调节,tn-要求室内温度，tw-间歇运行时某一室外温度t”w-开始间歇调节时室外温度（相应于网路保持的最低供水温度）,
