注册动力工程师讲义5-热力网及热力站

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32、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DN≤150mm，可沿建筑物外墙敷设；爬山管道阶梯形布置；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0.5-1.0m，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℃/km1、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94、直埋管道设计计算1）土壤摩擦力hFDLFPmmm8.92）弹性力)(410225nwDiDDtEFP3）最大间距miimDFPLPPmax4）最大安装长度，表6-1mDLFP5）最大覆土深度H113524297.3JEFqCPgDGKqHJEFPqw21653161137.8105、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122）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）定压装置必须操作简单（5）定压装置投资最省132、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143、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162）热负荷的核算必须换算（1）按热电站出口换算)()'(wckwwyhyhckhhhhDDDck-热电站出口蒸汽量(kg/h)h’w-用户回水质量焓(kJ/kg)hw-热电站处回水质量焓(kJ/kg)-回水率ηw-热网效率，一般取0.9617（2）按供热锅炉房锅炉出口换算21111hhhhDDD-换算后新蒸汽量(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)(wckwyhckhhQDQyh-热用户耗热量(kJ/h)183、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194、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)(44332211maxQKQKQKQKKQK-管网热损失及锅炉房自用汽系数,1.1-1.2K1,K2,K3,K4-生产、采暖、通风、生活热负荷同时使用系数203）全年热负荷4）若用户提不出热负荷，根据《热网规范》估算)(44332211cpcpcpcpQhQhQhQhKQ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wQDwGvDii81.187.594或G-t/h,v-m3/kg,w-m/s,Q-m3/h,Di-mm5228hqDmiΔh-Pa/m,允许压力降222、压力损失计算pppvHHLdgvwp10)()]10(5[15.11232H1,H2-m,管道起点和终点标高Δp-Pa,总阻力之和vp-m3/kg,平均比体积233、允许比压降计算2）自流回水管1）蒸汽、热水、压力管)(15.110)(621dllppRiR5.03）余压回水管)(15.110)(6321dllpppR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252、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262、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1000)(12ttLLΔL-管道热伸长量（mm)α-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150°L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80MPa292、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，250℃50%，250-400℃75%303、套管补偿器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314、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325、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，DN2、公称压力在基准温度下允许的最大工作压力，PN3、试验压力进行水压强度和材料严密性检验的压力，ps4、工作压力据最高温度规定最大压力，