对市政供热管网设计的研究

摘要：近年来，随着城市化进程的不断加快，生活在城市中的居民越来越多，当冬季来临时，人们对暖气的需求也相应的增长，这就要求市政的供热工程能满足城市居民的需求，更对供热工程施工作业提出了更高的要求。供热工程设计人员按照科学合理的管网设计理念，对热负荷指标及热负荷分类进行分析，设计出符合城市理念的管网方案。并且根据城市热循环系统的测算所得到的数据，合理设计管道图纸和运行水压，保证市政供暖管网运行的安全和稳定。

关键词：市政供热;供热管网;管网设计

关于市政供热管网的设计理念，设计人员必须遵循科学、合理、安全的原则，这关系到供热管网的施工质量和安全。设计人员在设计供热管网图纸时，要善于总结市政供热的特点，例如怎样才能达到节能减排的效果、怎样进行管道优化设计等。笔者在文中试图通过上述设计要求，合理计算和论证市政供热管道作业，力求市政供热管网的设计方案更加科学、合理。

一、市政供热管网设计概念分析

市政供热管网设计主要是针对北方地区，优化管网设施，不仅有利于提高供热质量，并且还能达到降低污染、节能减排的效果。当前，市政供热单位需要优化设计方案，才能在政府公信力中占据较大优势，并提升市政公共服务功能。

（一）设计原则

市政供热管网的工程设计应以国家标准为原则，应当遵循《城镇供热管网设计规范》（CJJ34-2010）以及《发电厂汽水管道应力计算技术规程》（DL/T5366-2014）等相关要求。另外，对设计人员也有一定的要求。工程设计人员必须掌握相关的设计规范和规程，遵循供热管网的适用范围，其范围为：热水管道小于2.4MPa，温度小于150℃，蒸汽管道压力小于1.5MPa，温度要小于350℃。

（二）管道布置类型

市政供热管道网络的布置，一定要考虑到管道的经济性、实用性和安全性。因为管道的布置与用热用户、热力来源以及煤炭种类之间有极大的关系，因此在布置管道网络时，首先要考虑的是用热用户的分布区域。市政热力管道工程的设计所用到的管件一般有三通、弯管、变径和直管等类型，考虑到市政供热管道存在一定的特殊性，因此在设计网络状管网时，一定要符合用热用户的实际需要，例如，可以用一次性补偿器、覆土后预热等方法达到长直管段补偿设计的效果，同时也要考虑投资成本和材料质量。

（三）管网形式

针对市政供热管道网络的布置形式，可以采用多管制或者双管制，其中凝结水管的布置需要根据市政单位的实际条件来进行设计。对于供热调节方面，设计人员可以用热源整体调节和热源出入口局部调节的方式进行。其他管网方面则根据现实情况进行设计操作。针对生产热负荷的热力系统，用热设备必须独自进行转换，该设备具有控制温度变化的装置，但只是采用局部调节。用热单位和用户可以使用闭式管网设计以及流量设计等方式，将温度控制在一定符合之内，并利用热负荷和温度差之间的热力网流量曲线进行关联。这样所得到的流量值能够作为设计流量的数据和凭证进行设计。

二、供热管网设计的相关计算

（一）集中供热管网设计的水力计算

供热管网的输配系统设计必须遵循水力计算的结果，按照管道管径的循环水泵以及水源流量的强度进行计算，得出的数据符合输配系统的参数。另一方面，设计人员要分析管道网络中的压力工况，使用热用户的压力工况符合供热管网设计的工况，必要时还要采取动态水力工况的分析方式，也要对流量扬程进行压力允许值计算。大高差、长距离的热水输送系统中除了能够进行静态水力计算以之外，还可以对动态水力进行计算。

（二）分析方式计算

设计人员在设计市政供热管网时，可以采用弹性分析或者极限分析方式。在布置管道网络时，由于在最高压力抗衡作用下，对管道局部结构热压力抗衡所产生的峰值应力可以进行疲劳分析，设计人员对温度进行计算，并且建模计算三通等管件的抗压程度。与此同时，由于主干线用热用户相对密集，产生的热压力负荷较大，因此要求管道网络短小且直，也可以利用管道的弯曲作为受热补偿。

（三）抗震因素计算

在设计过程中，设计人员还要考虑到管网抗震效果。供热管网的抗震效果必须遵循国家关于管网抗震参数的规定，在管道设计、管网施工、和管道材料等方面，要选取符合国家规定的抗震用材和方法。在设计时，也要运用先进的管理模式，努力提升管道网络的抗震指数，对其进行参数计算。为了提升供热管网的抗震效果，设计人员曾经采用了三种运行方式，其关键是将各个热源分别供热转换成多热源供热系统，这种方式不仅提高了供热的可靠性和安全性，而且还增强了抗震性能。

其中多热源供热系统具有非常明显的特征：多热源能够分别工作、多热源在计算时能够解列工作、在利用计算机的基础上能够使热源之间进行联网工作。多热源在热负荷稳定时能够分别工作，根据气温的升高和降低，在基本热负荷满载以后，管网范围能够相应扩大或者缩小一定的隔出空间。并且用热用户家中的采暖期必须用阀门使供热系统分裂为许多单热源官网系统，即单热源供热，并根据气温的高低，开始进行计算，以便能够使多热源解列工作。

三、供热管网工程设计示例

笔者曾对北方某一地区的市政供热管网工程设计进行考察，并对其进行适用性分析。该工程在设计期间，曾计算和统计过市政工程内各类热负荷的消耗指标，得出的结果是，公共建筑和居民居住地区采暖热负荷过大，而工业区域热负荷不高。考虑到这些地区的实际情况，设计人员在设计时计算了混合区域的热负荷消耗量，得到了该区域最大热负荷、最小热负荷以及计算得出的平均热负荷值。

笔者按照年供热所需，对供热介质以及热力管网系统进行热力设计。按照國家规定的城乡镇供热管网设计的相关要求和规定，对供热单位的蒸汽以及热水设计方案进行分析对比，因此使用热水设计方案最能代表当前的供热趋势。确定方案后，设计人员应该参照该计划的可行性研究报告，使管网投资在一定程度上相对减少两成，并预制聚氨酯直埋保温管道以保证方案的顺利实施。对热力网的挑选方案，设计者一般选择支状布置或者是环状布置方式。首先来看支状布置，由于供热管网运用支状布置能够降低运行成本，操作简便也能够根据热源距离的加大和变小以及用户的多少进行调节。在没有其他互补供热设备的帮助下，对用热用户和用热单位进行供热，必须要求该建筑物具有相应的蓄热能力，并且可以在发生危险时，可以迅速解除管网故障。再来看环状布置，其布置方式主要是利用环状的主干线进行。当城市使用多热源供热时，这种布置方式能够将热源连接到供热管网的主干线上，其所具有的有点也是十分显著的，安全运行，操作简便，管理可靠。

该工程在设计方案时，曾具体勘测过之前市政供热管网设施，并且发现了许多具体问题。首先，部分市政供热管网因为架空敷设，没有对其进行有效的维护，从而致使管网的保温结构严重受损，管件及支架受到严重腐蚀和锈蚀，部分支架还出现错位等情况;其次，之前的供热管网和室内的暖气系统年久失修，系统内部拥有大量的积水，致使管道网络保温壁脱落，阀门系统也因为常年腐蚀而出现渗漏等问题。特别是在严冬季节，供热水平难以达到要求，居民反应较为强烈。

针对以上现象，笔者试图提出一些论证方案，以期引起共鸣。

（1）供热管网的总体布局。在进行供热管网整体布局时，一定要根据供热管网运行的热负荷状况进行整体谋划。在规划时，不仅要考察当地的实际情况及现状，还要对供热未来的发展走向进行预测和观察。因此，在实际设计方案时既要符合当地情况，也要为未来留下发展空间。

（2）改变管网敷设方式。之前的供暖管网敷设大多是采用地沟敷设方式或者是架空敷设方式，但是这两种方式都存在着较大的局限性。设计者在考虑敷设方式时，必须充分分析造价控制、能源安排以及环境影响等，并对地沟敷设方式进行优化升级。供热管道的材料可以选用聚氨酯硬质泡沫保温材料、聚乙烯保护外壳以及不锈钢管。将其三者运用到地沟敷设方式，能够提升社会效益以及经济效益。

（3）管道保温材料和保护壳选材。当前供热工程中，直埋热水管道一般使用聚氨酯硬质泡沫保温材料作为保持温度的首选，由于这种保温材料保温效果比其他的好，并且还有一定的抗压能力。优化升级供热管网敷设方式时，设计者都会选用高密聚乙烯保护壳对管网进行热力保护，这种材料同样具有一定的抗压能力，并且其抗老化和防水能力在同类保护壳中也是非常具有优势的。

（4）水力失调的解决方法。冬季是供热最集中也是最频繁的季节，因此供热单位在集中供热时期间，都会对用热用户的供热设备进行检查维修。在集中供热期间，由于供热系统无法满足所有用户的热量需求时，供热单位的供热设备就会出现水力失调的现象，使得供热管网初端及末端都会出现热胀冷缩的问题。为了解决水力失调的问题，设计人员需要认真计算热负荷值，以实际的水温和温差为依据，升级供热设备。

四、结语

除了上述设计方案，设计人员针对市政供热管网的安排，还采取了其他的方式进行设计，旨在保障供热管网系统运行的安全性和可靠性。人们利用许多新的设计理念，并采用新技术。新材料、新方案。综上所述，设计人员采用多种科学技术措施，打破传统的供热模式，致力于实现供热管网工程的精细化和合理化。

参考文献：

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[2]朱海濤：《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年。

[3]陈佳明：《工业园区供热管网运行的节能对策研究》[J]. 科学与财富，2019年。

[4]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年。

作者简介：

汲丽，中国市政工程东北设计研究总院有限公司。