燃氣設(shè)計
燃氣熱力設(shè)計院是如何對市政熱力管道工程進行設(shè)計的?
城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》CJJ34-2010
《城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術(shù)規(guī)程》CJJ/T81-2013
《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預(yù)制直埋保溫管》CJ/T 114
《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預(yù)制直埋保溫管件》CJ/T 155
《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計算技術(shù)規(guī)程》DL/T5366
在設(shè)計階段,首要任務(wù)是精讀上述主要設(shè)計規(guī)范、規(guī)程,作為設(shè)計時的一般規(guī)則,這是必須的,也是重中之重。
我讀這些文件時,一個首要的心態(tài)或者意識是:這是熱力行業(yè)的法律,任何不遵從或無意冒犯他的做法,都會造成相應(yīng)的后果,不管是后果被發(fā)現(xiàn)或沒發(fā)現(xiàn)。
熱源→一級熱網(wǎng)(熱力網(wǎng))→調(diào)壓、調(diào)溫站房→二級熱網(wǎng)(街區(qū)熱力網(wǎng))→單體熱力入口
這里我把中繼泵站和換熱站形象的從他們作用方面稱為:調(diào)壓、調(diào)溫站房,易于理解。
熱水管道:壓力≤2.5MPA,溫度≤150℃,公稱直徑≤1200mm;
蒸汽管道:壓力≤1.6MPa,溫度≤350℃;
不包括地?zé)岷凸I(yè)余熱回收為熱源的熱網(wǎng)
(1),分別運行:用閥門分隔成多個單熱源,分別供熱;
(2),解列運行:基本熱源先投入使用,氣溫變化時,分隔出部分官網(wǎng)劃歸尖峰熱源,隨氣溫變化,擴大縮小分隔官網(wǎng)范圍;
(3),聯(lián)網(wǎng)運行:基本熱源投入使用,氣溫變化,投入尖峰熱源
三通處支線開孔管道強度消弱,要有保護措施;
彎管段本身有補償能力,設(shè)計時要將補償量控制在補償能力內(nèi);
直管要考慮熱補償,無補償敷設(shè)主要用于埋地,是不采用人為的熱補償措施,人為的熱補償方式包括設(shè)置補償器、預(yù)熱、一次性補償器覆土后預(yù)熱等
采用經(jīng)核實的資料或圖紙,當(dāng)沒有時,采用熱指標(biāo)面積估算;
工藝生產(chǎn)熱負荷取最大熱負荷之和x同時使用系數(shù);
熱電廠應(yīng)發(fā)展非采暖期熱負荷,如季節(jié)性生產(chǎn)熱負荷或制冷熱負荷
民用建筑全年耗熱量,根據(jù)公式計算,生產(chǎn)工藝年耗熱量根據(jù)年負荷曲線圖計算;
民建應(yīng)采用熱水(水熱容大、熱能利用率高,無蒸汽漏氣和凝結(jié)水回收損失,輸送距離遠、供熱半徑大),同時有生產(chǎn)負荷時,當(dāng)生產(chǎn)負荷為主要負荷時,采用蒸汽介質(zhì);
應(yīng)經(jīng)比較計算,得出最佳供回水溫度,可參考一般熱源廠設(shè)計溫度取110—150℃,回水溫度≤70℃;
蒸汽凝結(jié)水排放要符合《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》
熱力網(wǎng)補水水質(zhì)符合《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》要求,水質(zhì)PH為7到11
閉式雙管制(一般形式);閉式多管制(有生產(chǎn)負荷);單管制(蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)),凝結(jié)水管是否設(shè)置,要根據(jù)生產(chǎn)特點,回收凝結(jié)水時,由于凝結(jié)水融氧,要進行防腐措施。
熱源集中調(diào)節(jié)、熱力站和熱力入口局部調(diào)節(jié)、用熱設(shè)備單獨調(diào)節(jié)三者結(jié)合,對于有生產(chǎn)負荷的供熱系統(tǒng),應(yīng)采用局部調(diào)節(jié)。溫度變化時,熱源處進行集中質(zhì)調(diào)節(jié)或質(zhì)—量調(diào)節(jié)。
閉式管網(wǎng)設(shè)計流量:G=3.6Q/c(t1-t2)
c:比熱 4.18;t1:供水溫度;t2:相應(yīng)的回水溫度;
采用集中質(zhì)-調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)時,應(yīng)采用各種熱負荷在不同溫度的熱力網(wǎng)流量曲線疊加得出的最大流量值作為設(shè)計流量;
蒸汽熱力網(wǎng)的設(shè)計流量,應(yīng)按各用戶最大蒸汽流量x同時使用系數(shù),凝結(jié)水管道的設(shè)計流量應(yīng)按蒸汽管道的設(shè)計流量x用戶凝結(jié)水回收率;
內(nèi)容:管網(wǎng)管徑、循環(huán)水泵、中繼泵的流量、揚程;
分析管網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行的壓力工況,確保用戶有足夠的資用壓頭且系統(tǒng)不超壓、不汽化、不倒空;
進行事故工況分析;
必要時進行動態(tài)水利分析;
水力計算應(yīng)滿足連續(xù)性方程和壓力降方程,環(huán)網(wǎng)水力計算應(yīng)保證所有環(huán)線壓力降的代數(shù)和為0;
蒸汽管網(wǎng)水力計算時,應(yīng)按設(shè)計流量進行設(shè)計計算,再按最小流量進行校核計算,根據(jù)管線起點壓力和用戶需要壓力確定的允許壓力降選擇管道直徑;
下列系統(tǒng)除了進行靜態(tài)水力計算外,還應(yīng)進行動態(tài)水力計算:
長距離輸送干線;
供熱范圍內(nèi)地形高差大;
系統(tǒng)壓力高;
系統(tǒng)工作溫度高;
系統(tǒng)可靠性要求高;
計算熱網(wǎng)主干線管徑,宜采用經(jīng)濟比摩阻,可取30-70PA/m;
支干線、支線應(yīng)按允許壓力降確定管徑,但流速≤3.5m/s,支干線比摩阻≤300PA/m,連接一個熱力站的支線比摩阻可大于300PA/m(支線要充分利用主干線作用壓頭,因此按允許壓力降方法,管徑越大,水利穩(wěn)定性要求越高,可適當(dāng)降低比摩阻,管徑變大,小管徑比摩阻大,消除剩余壓頭,流速大,噪聲、振動方面卻不存在問題)
蒸汽熱力網(wǎng)凝結(jié)水設(shè)計比摩阻可取100PA/m
熱力網(wǎng)局部阻力和沿程阻力存在比值,可估算局部阻力;
(1)系統(tǒng)的任何一點壓力≥介質(zhì)汽化壓力,并+30kPA-50KPA富裕壓力;
(2)系統(tǒng)回水壓力要求:
≤直接連接用戶系統(tǒng)允許壓力;
任何一點≥50KPA;
(3)循環(huán)泵停運,要保持靜態(tài)壓力
系統(tǒng)的任何一點壓力≥介質(zhì)汽化壓力,并+30kPA-50KPA富裕壓力;
與熱力網(wǎng)直接連接用戶系統(tǒng)充滿水;
≤系統(tǒng)任何一點允許壓力;
(4)熱力網(wǎng)最不利點資用壓頭,應(yīng)滿足該點用戶系統(tǒng)所需作用壓頭;
(5)熱力網(wǎng)應(yīng)該水力計算基礎(chǔ)上繪制各種運行方案的主干線水壓圖,復(fù)雜地區(qū),繪制支干線水壓圖;
(6)中繼泵站位置及參數(shù)應(yīng)根據(jù)水壓圖確定;
(7)蒸汽熱力網(wǎng),宜按設(shè)計凝結(jié)水量繪制凝結(jié)水管網(wǎng)水壓圖;
供熱管網(wǎng)的設(shè)計壓力,≥各種運行工況的最高工作壓力+地形高差形成的靜水壓力+事故工況分析和動態(tài)水力計算要求的安全余量;
循環(huán)水泵揚程≥熱源+供熱管線+最不理用戶環(huán)路壓力損失;
循環(huán)水泵應(yīng)具有工作點附近較為平緩的流量-揚程特性曲線;
應(yīng)減少并聯(lián)循環(huán)水泵的臺數(shù);3臺以下,設(shè)備用,4臺或4臺以上,不設(shè)備用;
采用集中質(zhì)-量調(diào)節(jié)的單熱源系統(tǒng),水泵采用變頻泵;
補水泵流量按事故補水,為系統(tǒng)循環(huán)流量的4%,補水泵揚程≥補水點管道壓力加3-5m,當(dāng)補水泵同時用于維持靜態(tài)壓力時,其揚程應(yīng)滿足靜態(tài)壓力要求;
采用應(yīng)力分類法:內(nèi)壓、持續(xù)外載引起的一次應(yīng)力(靜力不平衡,導(dǎo)致屈服,驗算采用彈性分析或極限分析,無自限性);
熱脹冷縮、熱位移受約束的二次應(yīng)力(超過屈服極限,產(chǎn)生少量塑性變形,變形協(xié)調(diào)得到滿足,變形就不再繼續(xù)發(fā)展,有自限性,安定性分析,安定條件:≤2倍屈服極限)
峰值應(yīng)力(管道、附件,如三通,彎頭,局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)或局部熱應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)力增量,不引起顯著變形,但會導(dǎo)致疲勞裂紋或脆性破壞,采用疲勞分析;
工作循環(huán)最低溫度:
底下敷設(shè)10℃,計算管道固定點時,考慮最大溫差,在安裝溫度低于工作循環(huán)最低溫度時,采用安裝溫度進行計算);
2)管道走向最好平行與廠區(qū)或建筑區(qū)域的干道或建筑物;
3)管道最好不穿越電石庫等由于汽、水泄露會引起事故的場所,也最好不穿越建筑擴建地和物料堆放地。并且盡量減少與公路、鐵路、溝谷、河流的交叉。交叉時候,可采用拱形管道。
4)布置應(yīng)盡量利用管道的自然彎角作為管道受熱膨脹的自然補償。采用方形補償器時候,盡可能布置在兩固定墩之間中心點上,由于地方限制等原因,保證短邊管道不小于全長管段的三分之一。
5)一般熱力地溝分支處都應(yīng)設(shè)置檢查進或人孔,直管段長100到150m距離,無分支,也應(yīng)布置檢查進或人孔,所有管道上必須設(shè)置閥門,都應(yīng)安裝在檢查井或人孔中;
6)主干線支管上,一般都應(yīng)設(shè)置截斷閥門;
7)蒸汽管道最低點、被閥門截斷的各蒸汽之最低點、垂直升高管段前的最低點、間隔100-150m直管段等各點,都應(yīng)該布置疏水閥;
8)熱水管段最低點放水、最高點放氣;
9)直埋和管溝敷設(shè)的管道坡度≥千分之二,進入建筑物的管道坡向干管;
1)在山區(qū)的熱力管道,采取沿山坡或道路低支架布置;
2)爬山熱力管道,最好采用階梯形布置;
3)跨越溝谷、河流時候,最好架空沿橋或棧橋布置成拱形管道,注意:管道底部標(biāo)高高于最高洪水位0.5m以上;
4)地上敷設(shè)的管道,可與其他管道敷設(shè)在同一個管架上,利用相互牽扯力(技術(shù)性),減少管架數(shù)(經(jīng)濟性);
5)在濕陷性黃土層、腐蝕性大的土層、永久性凍土層,應(yīng)架空敷設(shè);
6)地下水位較高或降雨量較大地區(qū),架空敷設(shè);
7)廠區(qū)管道宜架空;
8)管道不允許開挖的路面或管道多、管徑大、管道垂直高度≥1.5m等情況,采用通行地溝敷設(shè);
9)地面不允許開挖,且架空不合理或管道單排水平布置,地溝寬度受到限制,宜采用半通行地溝;
10)河底敷設(shè)管道選在較深的穩(wěn)定河段,1-5級航道河流,管溝覆土深度在航道底設(shè)計標(biāo)高2m以下,其他河流,管溝覆土深度在1m以下;
無補償:不使用補償器、固定支架、完全依靠管道的自然變形及土壤的約束。有冷安裝無補償直埋(施工簡單,但要防止軸向失穩(wěn))和預(yù)熱安裝無補償直埋兩種,第二種是在供熱管網(wǎng)工作之前進行預(yù)熱,產(chǎn)生一個預(yù)拉應(yīng)力,預(yù)熱溫度限定在運行溫度和最低溫度之間,溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力,不超過管材的許用應(yīng)力,有敞槽預(yù)熱及覆土預(yù)熱,覆土預(yù)熱需設(shè)置一次性補償器;
有補償:當(dāng)管道溫度高(熱應(yīng)力大)且難以找到熱源預(yù)熱時采用。有補償分有固定點和無固定點方式,有固定點是補償器至固定點間距不超過管道最大過渡段長度;無固定點重在校核直管段長度是否超過最大過渡段的兩倍;
是管道內(nèi)介質(zhì)溫度變化,引起的管道熱漲、冷縮效應(yīng),同時使管壁產(chǎn)生巨大應(yīng)力,超過管材強度極限,會發(fā)生破壞。計算公式:△L=αL(t1-t2)x1000; (mm);
自然彎管補償:L型、Z型、空間立體彎;優(yōu)點簡單、可靠;缺點變形產(chǎn)生橫向位移;L型角度區(qū)間:最好120°到90°,或<150°;
方形補償器:由四個90°彎頭組成,優(yōu)點制作方便,補償能力大、軸向推力較?。蝗秉c是單向外伸臂較長,占地大,常用四種形式:
由臂長一般為40倍公稱直徑長度;
套筒補償器:
優(yōu)點:安裝簡單,占地少,補償能力大,流體阻力大,
缺點:軸向推力大,造價高,易漏水漏氣;
波紋補償器:
缺點:強度低,補償能力小,軸向推力大;波節(jié)以3-6個最好;安裝前先冷緊,冷緊值為熱伸長量一半;
球形補償器:
利用球形管接頭的隨機彎轉(zhuǎn)來解決熱漲冷縮。對三向位移的蒸汽和熱水最易適用。
優(yōu)點:占地小,不存在推力;缺點存在側(cè)向位移,易漏水漏汽;
1)熱力網(wǎng)干線、支干線、支線的開始節(jié)點應(yīng)安裝關(guān)斷閥門;干線還應(yīng)按距離間隔安裝分段閥門,提高管網(wǎng)可靠性(蒸汽管網(wǎng)可不設(shè)分段閥門);且關(guān)段、分段閥門皆采用雙向密封閥門;
2)≥DN500管道的閥門,最好采用電動,≥DN500的熱力干線在低點、垂直升高管段前、分段閥門前最好設(shè)置阻力比較小的永久性除污器;
3)直埋敷設(shè)的套筒、波紋補償器、閥門、放水和除污器等附件,應(yīng)設(shè)檢查井,檢查進設(shè)置要求:
凈空高≥1.8m; 人行通道≥0.6m;管道保溫下表面與地面距離≥0.6m;人孔≥2個,直徑≥700mm,凈空面積小于4㎡,可設(shè)1個人孔;最少設(shè)置一個在人孔下方的集水坑;爬梯高于4m,要設(shè)置護欄或平臺;更換附件不能從人孔進出時,應(yīng)在頂板上設(shè)置安裝孔;
4)管道活動支架應(yīng)采用滑動支架,或剛性吊架,有垂直位移時,采用彈簧支架、吊架;
1)管道管材選用Q235B,20鋼,設(shè)計參數(shù)符合要求,P≤2.5MPa,T≤300℃,公稱直徑≥DN200,選螺旋縫電焊鋼管,<DN200,無縫鋼管;采用焊接鏈接,≤25的放氣閥門,采用絲接;
2)彎頭采用鍛造、熱彎、冷彎制作,壁厚≥直管壁厚;
3)三通采用鍛壓、拔制制作,壁厚≥直管壁厚;
4)大小頭采用壓制或鋼板卷制,壁厚≥直管壁厚;
5)預(yù)制保溫管及管件參考規(guī)范,符合規(guī)定,軸向剪切應(yīng)力≥0.08MPa;
6)有報警線的管網(wǎng),泄露檢測系統(tǒng)要和設(shè)計、施工、驗收同步;
由于供、回水管溫度場不同,相互傳熱影響,需計算熱損失,確保保溫表面溫度<50℃;主要包括計算保溫厚度、熱損失、保溫層外表面溫度、保溫管周圍土壤溫度;
1)符合與相關(guān)設(shè)施的凈距要求;
2)符合相關(guān)覆土深度要求;
3)小折角符合相應(yīng)要求;
4)轉(zhuǎn)角管段臂長≥彎頭變形段長度;
5)高效利用路由形成的自然轉(zhuǎn)角補償;
6)小折角大于規(guī)范要求時,利用好小折角、彎管、L型之間相互組合,注意組合時,駐點的確定準(zhǔn)確;
一次應(yīng)力變化≤一倍鋼材許用應(yīng)力;
一次應(yīng)力和二次應(yīng)力的當(dāng)量應(yīng)力變化≤3倍鋼材許用應(yīng)力;
局部應(yīng)力集中的一次、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力的當(dāng)量應(yīng)力變化≤3倍鋼材許用應(yīng)力;
應(yīng)力驗算的計算壓力取管道設(shè)計壓力;
計算安裝溫度應(yīng)取安裝時的最低溫度;
計算應(yīng)力變化范圍,計算溫差取循環(huán)最高、最低的溫差;
計算軸向力時,計算溫差取循環(huán)最高和安裝溫度的溫差;
壁厚承受內(nèi)壓力,要進行計算,主要計算最小壁厚、管道壁厚附加值,進了兩者相加得出公稱壁厚;
直管段主要對屈服溫差,當(dāng)量應(yīng)力變化范圍的計算,進行是否屈服與是否平面布置應(yīng)有錨固段進行判定;
當(dāng)直管段屈服溫差大于循環(huán)最高溫度與安裝溫度溫差時,管道進入屈服狀態(tài),產(chǎn)生塑性變形,相反,屈服溫差小于最不利循環(huán)溫差時,管道保持彈性體狀態(tài);在這里屈服極限x1.3系數(shù)(屈服增強系數(shù)對熱伸長量和管道軸向推力計算影響很大,而且是不安全的,設(shè)計時要考慮)
直管段當(dāng)量應(yīng)力計算,首先計算錨固段應(yīng)力,當(dāng)小于3倍許用應(yīng)力時,說明錨固段滿足應(yīng)力驗算條件,而錨固段是管網(wǎng)應(yīng)力最高處,那么可以肯定的是:過渡段必然滿足要求,則平面布置時,直管段的長度可以無限長;
上面判定若不能滿足,錨固段大于3倍許用應(yīng)力,則不應(yīng)該在平面布置中出現(xiàn)錨固段,只能全部為過渡段,且過渡段長度還必須限定,利用規(guī)范第二個公式計算,得出小于多少直管過渡長度;
在驗算的基礎(chǔ)上,進行直管段的過渡段最大、最小長度計算、過渡段內(nèi)任一截面最大、最小軸向力的計算(過渡段的最大軸向力出現(xiàn)在初次運行時、也就是L≥Lmin時,超出Lmin的管段被錨固,各點的軸向力相同,均等于錨固段起點的軸向力,而最大軸向力≤錨固點的軸向力,要考慮活動端阻力的情況)
錨固段的最大、最小軸向力計算,在循環(huán)溫差低于屈服溫差時,軸向力取決與溫升值,高于屈服溫差的錨固段,因出現(xiàn)了塑性變形,軸向力達到最大值,既極限軸向力;
直管段局部穩(wěn)定驗算適用于>DN500的管道,≤DN500的管道,不需要驗算;
驗算主要進行徑厚比、徑向變形量的判定,計算參照規(guī)范判定公式;
要求單位長度管道上的垂直分布荷載≥與管道最大軸向力相關(guān)的值;
原因:存在軸向力的管道在軸向法線方向有凸出趨勢,從而使管道有彎曲的傾向,所以需要驗算;
措施:減小管道軸向力,加大覆土深度;
1)包括駐點位置確定(按最小摩擦力下的最大過渡段計算,對于駐點處的過渡段選擇補償器時,余量?。玻埃ィ?/span>
2)對于彈性、部分進入塑性狀態(tài)的管段,進行熱伸長量計算,部分進入塑性的管段,熱伸長量,要減去部分塑性壓縮變形量;
3)對于過渡段任何一點,熱位移量的計算;
4)補償器的熱伸長量的余量一般?。?1系數(shù),當(dāng)過渡段一端為駐點時,≥1.2倍熱伸長量,≤1.1最大過渡段計算出的熱伸長;
主要是摩擦反力、內(nèi)壓力、活動端阻力的矢量合成計算;
摩擦反力抵消時,力小的一側(cè)x0.8抵消系數(shù);
當(dāng)兩側(cè)都為錨固段時候,取0.9的抵消系數(shù);
內(nèi)壓力抵消系數(shù)?。保?/span>
固定墩可設(shè)計微量位移量,減小推力;
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