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        3. 城市集中供熱管網設計之補償器的使用和安裝(一)

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          城市集中供熱管網設計之補償器的使用和安裝(一)
          發布人:河北偉業波紋管 admin  發布日期:2011/7/18 11:01:22
          [內容摘要] 通過分析城市集中供熱管網設計中問題,對管網布置、直埋敷設等提出自己粗淺的看法
          [主 題 詞]  城市集中供熱管網、布置類型、直埋補償器、補償器、膨脹節隨著經濟
          發展和居民生活質量的提高,城市集中供熱因其易控制、能源利用率高,供熱范圍廣和環境影響較低等優勢得到迅速發展。但隨著城市集中供熱的推廣和室內采暖系統采用熱計量,也產生了一系列的問題。對城市集中供熱管網設計也提出了更高的要求。本文就供熱管網設計的幾個技術問題進行分析。

          一、城市集中供熱管網布置類型
          城市集中供熱管網布置與熱媒種類、熱源與熱用戶相互位置有一定的關系,其布置應考慮系統的安全性和經濟性。城市供熱系統的特點是熱用戶分布區域廣、分支多。在管網發生事故時,通常允許有若干小時的停供修復時間。有些熱網為提高供熱可靠性和應付供熱發展的不確定性,在規劃設計時就將熱網象市政給水管網一樣成網格狀布置,但這樣存在一定的問題,熱網水力工況和控制的十分復雜,同時網格狀管網投資非常高。在城市多熱源聯合供熱時,有些規劃設計時將熱網主干線設計成環管網環狀布置,用戶管網是從大環網上接出的枝狀管網,這種布置方式具有供熱的后備性能,運行安全可靠,但熱網水力工況和控制的也比較復雜,投資很高。
          在充分考慮系統的安全性和經濟性的前提下,筆者認為城市熱力管網應是多條枝狀管網放射型布置。在規劃設計時,根據城市規模、熱用戶分布及熱源位置布置幾條輸配主干線,在實施過程中根據供熱能力和熱用戶情況,逐步完善不同的主干線。當城市供熱主干線骨架形成后,適當敷設連通管,在正常工作時連通管上的閥門關閉,當主干線某段出事故時,可利用連通管進行供熱。這種熱網布置形式保證了枝狀管網適應不確定熱用戶的發展,如果一條干管供熱能力不夠,敷設相鄰干管時加大其供熱能力就可以解決,以達到供熱管網輸配能力最優化,不必象環狀管網那樣先埋入較大管道去等負荷確定的熱用戶。

          二、熱力管道直埋敷設
          供熱管網直埋敷設由于占地面積小、工程造價低、施工周期短、保溫性能好等特點,在實際工程中得到了廣泛應用。正確認識熱力管道直埋原理,合理選擇敷設方式是很關鍵的。熱水管道直埋與架空或管溝敷設主要不同之處在于直埋敷設的供熱管道保溫結構與周圍土壤直接接觸,管道熱脹冷縮的過程受到土壤摩擦力約束,此時管道處于錨固狀態,在熱脹冷縮過程中產生的位移勢能,被儲存在管道壁上,使管道受力復雜化。管道直埋敷設方式可分為:無補償直埋敷設、一次性補償直埋敷設和有補償直埋敷設三大類。
          熱力管道的敞開預熱無補償直埋敷設是一種“冷緊”式直埋。工藝過程是在管道焊接完畢后 ,對一定長度管道進行預熱,管道受熱產生變形,釋放一部分熱應力,同時對管溝進行回填夯實,利用土壤摩擦力將管道嵌固。這種敷設方式不需要設補償器和固定支墩,其工程造價最低。但這種方法不僅施工復雜,而且管線預熱只能改變管線的熱態應力水平,而不能改變它的全補償值,從管材疲勞的角度來看,在實際采用時應仔細斟酌。
          一次性補償直埋也是一種“冷緊”型直埋。工藝過程是:在管道焊接完畢溝槽回填后,對管道進行預熱,管道熱伸長被“一次性補償器”吸收,此時立即將“一次性補償器外殼和管道 焊死,使其不能再次伸縮,這樣預熱結束后,管道由于溫降產生的熱應力在管道中表現為拉應力,用以克服管道再次受熱時的熱應力。
          有補償直埋是目前應用最多的敷設方式,因其施工方便,所以得到廣泛采用。實際工程中應盡量合理布置補償器,使管道的補償器分段長度接近最大安裝長度,(管段由于移動所產生的土壤摩擦力在管道截面上產生的應力和材料許用應力相等,這個管段長度即最大安裝長度)同時應保證補償器在固定支墩兩側 對稱布置,以減小固定支墩受力,降低支墩土建費用。另外對直線段“駐點”位置的固定支墩應考慮取消,以降低造價。對于小區二次熱網,如果僅是為集中空調或地板輻射采暖服務,熱媒溫度65℃以下,實際工作溫度較低,熱應力較小,因此熱網設計中可根據管網柔性考慮非預熱的無補償直埋敷設。
          直埋敷設管線最大安裝長度Lmax計算如下:
          Lmax=(2.4[δ]20-pdi/4s)A/(πDoFf)        m
          式中:A--管道橫截面積  mm2
                Ff--管道外表面摩擦力   N/ m2
                ?--應力范圍的減小系數
                di--管道內徑   mm
                p--設計壓力  MPa
                [δ]20--鋼材許用應力   MPa
                Do--保溫管直徑    m
                s--管道壁厚       mm
          供熱管網直埋敷設應注意下列有關事項:直埋管道盡可能直線敷設,管道自然彎曲應限制在5o以內;從主干線引出的分支干線處,應設“L”、”Z”型彎管;水平彎管處應力集中,受力較大,應增加彎頭壁厚、加大彎頭的曲率半徑;在土壤下沉性屬于二級或高于二級地區,直埋敷設要采取一定的措施。

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