小区供热管网课程设计说明书

小区供热管网太原理工大学现代科技学院供热管网课程设计说明书专业班级：建筑环境与设备工程1003班学生：史大伟学号：学10102185要求设计工作起止日期：2013.12.15-2013.12.29指导老师：王飞李风雷王美萍摘要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。间接连接供热因其热源补水率低，热网的压力工况和流量工况不受用户的影响，便于热网运行管理。在近年来已经成为流行的供热方式。本次设计为贴近实际也采用了间接连接供热，在各个小区设置了热力站。地沟敷设已被使用很久，使传统的供热管道敷设方式，本次设计的二级网使用了这种成熟的辐设方式。关键词：间接连接供热；地沟敷设；水力平衡-2 -摘要第一章绪论1.1 设计题目1.2 原始资料1.2.1 设计地区气象资料1.2.2 设计参数资料1.2.3 基本设计要求第二章热负荷的计算2.1 集中供热系统热负荷的概算2.1.1 集中供热系统以及热负荷的类型2.2 热负荷的计算2.2.1 采暖设计热负荷的计算第三章供热方案的确定3.1 室外供热管道的平面布置3.1.1 供热管道的平面布置类型3.1.2 供热管道的定线原则第四章管网水力计算与水压图4.1 管网网的水力计算4.1.1 计算方法4.1.2 水力计算的步骤4.1.3 部分管路计算实例4.3绘制网路水压图4.3.1 绘制网路水压图的必要性4.3.2 网路水压图的原理及其作用4.3.3 绘制水压图的原则和要求4.3.4 绘制热水网路水压图水压图的步骤和方法第五章管道的敷设5.1 管道敷设方式5.1.1 敷设方式确定第六章供热管道附件及应力计算6.1 供热管道及附件6.1.1 管道和阀门6.1.2 补偿器6.1.3 管道支座6.2 活动支座间距的确定6.2.2管道活动支座间距的确定6.3 固定支座最大间距确定6.4 直埋管段的补偿与失稳计算错误！未定义书签-4 -第一章绪论1.1 设计题目沈阳某工程供热外网设计1.2 原始资料1.2.1 设计地区气象资料采暖室外计算温度：-7C采暖季天数：N=150天；采暖室外平均温度：0.3C;最大冻土层深度：43CM。1.2.2 设计参数资料二级网供回水温度：Tg/Th=85/60C;室内计算温度：tn18Co1.2.3 基本设计要求本设计采用间接连接，二级网采用地沟敷设，在小区内设置一个热力站第二章热负荷的计算2.1 集中供热系统热负荷的概算2.1.1 集中供热系统以及热负荷的类型2.1.1.1 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.2.1.1.2 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，具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2.1.1.3 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.热水供应系统计算方法见2.2.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1.2.2 热负荷的计算2.2.1 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%Z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Qnqff（2-1）式中Qn一建筑物的供暖设计热负荷Wqf一建筑物供暖面积热指标，W/m2；F建筑物的建筑面积,m2.建筑物供暖面积热指标qf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居住区综合学校医院旅办公托幼馆热指标（W/m2）5860-676468-8065-8060- 65- 115-70 80 148采取节能4045-554550-7 55-7 50- 55- 100-0060 70 130注：1、本表摘自城市热力网设计规范CJ34-90,1990年版;2、热指标中已包括约5%的管网热损失在内.本设计中所有的建筑物的面积与热负荷汇总如表2-2所示表2-2各建筑物供暖面积与热负荷汇总表-VI -（明热指标（w/nf）热负荷（w）t比容(t/h)管径（mm）比摩阻（pa/m）1#楼966040386400254.186813.29100(108*4)36.12#楼451040180400254.18686.2165(76*3.5)54.73#楼391040156400254.18685.3865(76*3.5)41.54#楼391040156400254.18685.3865(76*3.5)41.55#楼355840142320254.18684.9065(76*3.5)35.66#楼321040128400254.18684.4265(76*3.5)27.57#楼551040220400254.18687.5880(89*3.5)31.98#楼391040156400254.18685.3865(76*3.5)41.59#楼391040156400254.18685.3865(76*3.5)41.510#楼355840142320254.18684.9065(76*3.5)35.611#楼321040128400254.18684.4265(76*3.5)27.512#楼531640212640254.18687.3165(76*3.5)69.213#楼364840145920254.18685.0265(76*3.5)35.614#楼364840145920254.18685.0265(76*3.5)35.615#391040156400254.1865.3865(76*3.541.5楼8)16#楼391040156400254.18685.3865(76*3.5)41.517#楼355840142320254.18684.9065(76*3.5)35.618#楼321040128400254.18684.4265(76*3.5)27.519#楼531640212640254.18687.3165(76*3.5)69.220#楼364840145920254.18685.0265(76*3.5)35.621#楼364840145920254.18685.0265(76*3.5)35.622#楼391040156400254.18685.3865(76*3.5)41.523#楼391040156400254.18685.3865(76*3.5)41.524#楼355840142320254.18684.9065(76*3.5)35.625#楼321040128400254.18684.4265(76*3.5)27.5商铺17506045000254.18681.5550(57*3.5)70物业19205046000254.18681.58商铺210806064800254.18682.2340(45*2.5)126.2物业29455047250254.18681.6340(45*2.5)66.7现有总面积106951现有总负荷4333290254.1868149.07250(273*6)28-VIII -规划1600040640000254.186822.02125(133*4)29.4总面积122951总负荷4973290根据表2-2可知总供热面积为122951m2,总的采暖热负荷为4973290W-IX -第三章供热方案的确定3.1 室外供热管道的平面布置3.1.1 供热管道的平面布置类型供热管道平面布置图示与热媒的种类、热源和热用户相互位置及热负荷的变化热点有关，主要有枝状和环状两类。枝状网比较简单，造价较低，运行管理比较方便，它的管径随着到热源的距离增加而减小，其缺点在于如没有供热的后备性能，即一旦网路发生事故，在损坏地点以后的所有用户均将中断供热。环状网路的主要优点是具有供热的后备性能，可靠性好，运行也安全，但它往往比枝状网路的投资要大很多。本设计中，力争做到设计合理，安装质量符合标准和操作维护良好的条件下，热网能够无故障的运行，尤其对于只有供暖用户的热网，在非采暖期停止运行期内，可以维护并排除各种隐患，以满足在采暖期内正常运行的要求，加之考虑到目前我国的国情，故设计中的热力网型式采用枝状网。13.1.2 供热管道的定线原则(1)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。(2)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。(3)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。(4)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。(5)通过非建筑区的热力管道应沿公路敷设。(6)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。4第四章管网水力计算与水压图1.1.1 网的水力计算4.1.1 计算方法本设计中的水力计算采用当量长度法1.1.2 水力计算的步骤(1)确定网路中热媒的计算流量(4-1 )cQ0.86QGc(12)12式中G供暖系统用户的计算流量，T/h；Q一用户热负荷，KVVc一水的比热，取c=4.187KJ/Kg-C；1/2二级网的设计供回水温度，(2)确定热水网路的主干线，及其沿程比摩阻，根据城市热力网设计规范，比摩阻R取30-70Pa/m。(3)根据网路主干线个管段的流量和初选的R值，利用参II中的表4-2确定主干线个管段的公称直径和相应的实际比摩阻。(4)根据选用的公称直径和管中局部阻力形式，确定管段局部阻力当量长度Ld及折算长度Lzh。(4-2)(5)根据管段折算长度Lzh的总和利用下式计算各管段压降P。PR(LLd)式中P一管段压降，Pa；R一管段的实际比摩阻，Pa；L一管段的实际长度，m；Ld一局部阻力当量长度-XI -(6)确定主干线的管径后，就可以利用同样方法确定支管管径，为了满足网路中各用户的作用压差平衡，必须使各并联管路的压降大致相等，故并联支线的推荐比摩阻Rj需用式(4-3)进行计算Rtj=P/Lzh(4-3)式中Rtj一推荐比摩阻，Pa/m；P一资用压降，即与直线并联的主干线的压降，Pa；Lzh一考虑局部阻力的管段折算长度，Lzh=LX1.3,m;根据式(4-3)可得到支线的推荐比摩阻，结合管段的流量可利用参2中的表4-2确定支线的公称直径、实际比摩阻及实际压降。对于实际压降过小的管段为维持网路平衡，可安装调节孔板或小管径阀门来消除剩余压头，节流孔板的消压可查表选取或者按式(4-4)进行计算(4-4)式中G热媒流量，Kg/h;P调压板消耗压降，Pa。1.1.3 部分管路计算实例(1)主干线水力计算实例对各个热力站和管路的节点编号如图所示，本设计中由于从热源到6号楼的管道的输送距离最远，故选取该管线为主干线进行计算。根据流量和初步选定的主干管推荐比摩阻，可得主干线的各管段的公称直径，同时可得出各管段实际的比摩阻，如管段1,确定管段1的管径和相应的比摩阻R值.D=250mm,R=27.72Pa/m管段1中局部阻力的当量长度ld,可由供热工程附录9-2查得，1段含有两个补偿器，公称直径为250mm当量长度为13.32一个分流三通，公称直径为250mm，当量长度为11.1m局部当量长度为Ld=6.66x2+11.1=24.42管段1的折算长度Lzh=168.88+24.42=193.m3管段AB的压力损失P=R?Lzh=5358.28Pa用同样的方法，可计算主干线的其余管段。确定其管径和压力损失。管径和压力损失计算结果列于表4-24.2绘制网路水压图4.3.1 绘制网路水压图的必要性热网中连结着许多的热用户，它们对供水温度及压力可能各有不同，而且它们所处的地势高低不一，在设计阶段必须对整个网路的压力状况有个整体考虑，而水力计算通常只能确定热水管道中各管段的压降，并不能确定热水供暖系统中管道上各点的压力，因此，只有通过绘制热水网路的水压图，用以全面地反映热网和各热用户的压力状况，并确定保证使它实现的技术措施。在运行中，通过网路的实际水压图，可以全面地了解整个系统在调节过程中或出现故障时的压力状况。从而揭露关键性的问题并采取必要的技术措施，保证安全运行，另外，各个用户的连接方式以及整个供热系统的自控调节装置，都需要根据网路的压力分布或其波动情况来选定，既需要以水压图作为这些工作的决策依据。4.3.2 网路水压图的原理及其作用4.3.2.1 原理水压图是根据伯努利方程原理绘制的，即-P-Z1V-里Z2H12(4-6)g2gg2g4.3.2.2 作用(1)利用水压曲线，可以确定管道中任何一点的压力值。(2)利用水压曲线，可以表示各管段阻力损失值。(3)根据水压曲线的坡度，可确定管段单位长度的平均压降值。(4)只要已知或固定管道上任何一点的压力，则其它各点的压力值就-XIII -已知。4.3.3 绘制水压图的原则和要求(1)在与热水网路直接连接的用户系统内，压力不应超过该用户系统用热设备及其管道的承压能力。(2)在高温水网路和用户系统内，水温超过100c的点热媒压力不应低于该水温下的汽化压力。(3)与热水网路直接连接的用户系统，无论在网路循环水泵，运转或停止工作时，其用户系统回水管出口处的压力，必须高于拥护系统的充水高度，以防止系统倒吸入空气，破坏正常运行和腐蚀管道。(4)网路回水管内任何一点的压力，都应比大气压力至少高出5mHO,以免吸入空气。(5)在热水网路的热力站或用户引入处，供回水管的自用压降，应满足热力站或用户所需的作用压头。4.3.4 绘制热水网路水压图水压图的步骤和方法(1)以网路循环水泵的中心线的高度(或其他方便的高度)为基准面，在纵坐标上按一定的比例尺做出标高地刻度，按照网路上的各点和用户从热源出口起沿管路计算的距离，在横坐标上相应的点标出网路相对于基准面的标高和房屋高度，并画出沿管线的纵剖面。(2)选定静水压曲线的位置，静水压曲线是网路循环水泵停止工作时，网路上各点的测压管水头的连接线。静水压曲线高度必须满足两个要求，一是底层散热器所承受的静水压力不超过散热器的承压能力，二是热水网路及其直接连接的用户系统内，不会出现汽化或倒空。(3)选定回水管的动水压曲线的位置，在网路循环水泵运转时，网路回水管各点的测压管水头的连接线，称为回水管动水压曲线，其位置应满足下列要求：a、保证所有直接连接的用户系统不倒空和网路上任意一点的压力不应低于50KPa的要求；b、与热网直连的用户，不超过散热器的静水压力。(4)选定供水管动水压曲线的位置在网路循环水泵运转时，网路供水管内各点的测压管水头连接线称为供水管动水压曲线，它沿着水流动方向逐渐下降，在每米长上降低的高度反映了供水管的比压降值。本设计要求绘出一级网主干线的水压图。地形最高处与热源循环水泵的高差为5m,热力站的高度均暂取为5米，120C的水的汽化压力为4.5mHzO,加上30K50Kpa的富裕值，故本设计中的静水压线取20mH2。根据水力计算表，可确定水压图的各段的斜率，在最末端的热力站应保证10mH2。的资用压头。第五章管道的敷设5.1 管道敷设方式管网是系统投资最多，施工最繁重部分，所以合理选择管道敷设方式，以及做好管网平面定线工作，对节省投资，保证冷网安全可靠运行和施工维修方便都具有重要意义。5.1.1 敷设方式确定本设计中采用地沟敷设，采用不通行地沟。本设计仅考虑供热方面，故地沟中只放置两根水管。-XV -1-PmR不通行地沟横剖面图-17 -第六章供热管道附件及应力计算6.1 供热管道及附件6.1.1 管道和阀门本设计中的热力管道均采用钢管。其规格和机械强度计算中所用的材料特性根据参考资料的附录14-1o钢管的连接方式主要是焊接和法兰连接。对三通用焊接，各种铸造管件，如阀门和管子之间连接用法兰连接，对于弯头采用锻压弯头连接。设计中的阀门有闸阀和调节两种。6.1.2 补偿器8.1.2.1 设置补偿器的意义供热管道随着热媒温度升高，会产生热伸长现象。如果该伸长无法得到补偿，将使管道承受巨大的应力，甚至破坏管道。因此，必须在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小关闭的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。8.1.2.2 补偿其种类(1)自然补偿利用供热管道自身的弯曲管段(如L型或Z型等)来补偿管段的热伸长的补偿方式，应尽量利用管道的自然补偿。(2)橡胶软接补偿器工作时利用橡胶变形进行管道热补偿。其主要优点是占地小，不用专门维修，介质流动阻力小，近几年工程中使用逐步增多。在本设计中，主要采用有橡胶软接补偿器。本设计中采用波橡胶软接与自然补偿相结合的方式。8.1.2.3 橡胶软接头补偿器的选择本设计采用巩义市兴隆给排水设备厂生产的JDA-A型课曲挠双球体橡胶接头补偿器，其具体尺寸可参见产品样本.8.1.2.4 活动支座间距的确定管道活动支座间距的大小决定整个管网的支座和支架数量影响整个管网投资，其最大间距（允许间距）主要依据下列条件来确定。6.2.2.1按强度条件确定活动支座的允许间距对于连续敷设的水平直管活动支座允许间距可根据材料力学中荷载多跨梁弯曲应力计算公式来求出允许间距。Lmax1可 wW(8-10)式中Lmax供热管道活动支座的允许间距，m；w一管材的许用外载综合应力，按供热工程附录14-3取用，MPa；W一管子断面抗弯矩，按供热工程附录14-3取用，cm3;一管子横向焊缝系数，其取值见表8-1;q一外载负荷作用下的管子单位长度的计算重量，按文献1,附录14-3取用，N/m。表8-2管子横向焊缝系数值焊接方式值焊接方式值手工电弧焊0.7手工双面加强焊0.95有垫环对焊0.9自动双面焊1.0无垫环对0.7自动单面0.8-20 -焊计算结果如表8-3所示。8.2.2.2按刚度条件确定活动支座的允许间距(1)按i=0.002不允许有反坡的要求iEILmax53-q式中Lmax一活动支座的允许间距,i一管道的坡度，i=0.002；E一管道材料的弹性模数，I一管道断面惯性矩，m4;N/m2;q一外载负荷作用下管子的单位长度的计算重量,计算结果如表8-2所示(2)按最大挠度确定间距N/m。LLi24EI,ix、3-(ymax二)xqx2LL2o224EI12x,xymaxqx2式中L、Li、L2一活动支座的允许间距，m；x一管道活动支座到管子最大绕曲面的距离,EI一管子的刚度，N-m2;ymax最大允许挠度，ymax=(0.020.1)DN,m；计算结果如表8-2所示表8-3按强度条件和刚度条件计算的管道活动支座允许间距表按强度条件计算按刚度条件计算最大间直径最大间距(mm距(mmi=0.002不允许反坡最大挠度法4012.675.336.885014.026.1780.47016.427.5510.018017.848.4311.2110019.729.6012.9412521.9611.0915.0915024.7412.5017.1720027.9815.4821.5125031.1917.9525.2230033.9920.1828.6335036.5722.2937.8940038.7024.2231.386.3固定支座最大间距确定固定支座所承受的推力由固定支架承担。固定支架由于承受较大的推-22 -力，所以必须有坚固的支撑和基础，因而它是供热管网中造价较大的构件，为了节约投资，应尽可能减少固定支架的使用，但其间距应满足下列条件：1）管段的热伸长量不得超过补偿器所允许的补偿量；2）管段因膨胀而产生的推力，不得超过固定支架所能承受的允许推力值；3）不应使管道产生纵向弯曲。根据这些条件并结合设计安装经验，固定支架的最大间距可根据实用供热手册第二版固定支架最大允许间距选取。