燃氣設計
燃氣熱力設計院是如何對市政熱力管道工程進(jìn)行設計的?
城鎮供熱管網(wǎng)設計規范》CJJ34-2010
《城鎮供熱直埋熱水管道技術(shù)規程》CJJ/T81-2013
《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管》CJ/T 114
《高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管件》CJ/T 155
《火力發(fā)電廠(chǎng)汽水管道應力計算技術(shù)規程》DL/T5366
在設計階段,首要任務(wù)是精讀上述主要設計規范、規程,作為設計時(shí)的一般規則,這是必須的,也是重中之重。
我讀這些文件時(shí),一個(gè)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(wú)意冒犯他的做法,都會(huì )造成相應的后果,不管是后果被發(fā)現或沒(méi)發(fā)現。
熱源→一級熱網(wǎng)(熱力網(wǎng))→調壓、調溫站房→二級熱網(wǎng)(街區熱力網(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(chēng)為:調壓、調溫站房,易于理解。
熱水管道:壓力≤2.5MPA,溫度≤150℃,公稱(chēng)直徑≤1200mm;
蒸汽管道:壓力≤1.6MPa,溫度≤350℃;
不包括地熱和工業(yè)余熱回收為熱源的熱網(wǎng)
(1),分別運行:用閥門(mén)分隔成多個(gè)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(shí),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(xiàn)開(kāi)孔管道強度消弱,要有保護措施;
彎管段本身有補償能力,設計時(shí)要將補償量控制在補償能力內;
直管要考慮熱補償,無(wú)補償敷設主要用于埋地,是不采用人為的熱補償措施,人為的熱補償方式包括設置補償器、預熱、一次性補償器覆土后預熱等
采用經(jīng)核實(shí)的資料或圖紙,當沒(méi)有時(shí),采用熱指標面積估算;
工藝生產(chǎn)熱負荷取最大熱負荷之和x同時(shí)使用系數;
熱電廠(chǎng)應發(fā)展非采暖期熱負荷,如季節性生產(chǎn)熱負荷或制冷熱負荷
民用建筑全年耗熱量,根據公式計算,生產(chǎn)工藝年耗熱量根據年負荷曲線(xiàn)圖計算;
民建應采用熱水(水熱容大、熱能利用率高,無(wú)蒸汽漏氣和凝結水回收損失,輸送距離遠、供熱半徑大),同時(shí)有生產(chǎn)負荷時(shí),當生產(chǎn)負荷為主要負荷時(shí),采用蒸汽介質(zhì);
應經(jīng)比較計算,得出最佳供回水溫度,可參考一般熱源廠(chǎng)設計溫度取110—150℃,回水溫度≤70℃;
蒸汽凝結水排放要符合《污水排入城市下水道水質(zhì)標準》
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),凝結水管是否設置,要根據生產(chǎn)特點(diǎn),回收凝結水時(shí),由于凝結水融氧,要進(jìn)行防腐措施。
熱源集中調節、熱力站和熱力入口局部調節、用熱設備單獨調節三者結合,對于有生產(chǎn)負荷的供熱系統,應采用局部調節。溫度變化時(shí),熱源處進(jìn)行集中質(zhì)調節或質(zhì)—量調節。
閉式管網(wǎng)設計流量:G=3.6Q/c(t1-t2)
c:比熱 4.18;t1:供水溫度;t2:相應的回水溫度;
采用集中質(zhì)-調節調節時(shí),應采用各種熱負荷在不同溫度的熱力網(wǎng)流量曲線(xiàn)疊加得出的最大流量值作為設計流量;
蒸汽熱力網(wǎng)的設計流量,應按各用戶(hù)最大蒸汽流量x同時(shí)使用系數,凝結水管道的設計流量應按蒸汽管道的設計流量x用戶(hù)凝結水回收率;
內容:管網(wǎng)管徑、循環(huán)水泵、中繼泵的流量、揚程;
分析管網(wǎng)系統的正常運行的壓力工況,確保用戶(hù)有足夠的資用壓頭且系統不超壓、不汽化、不倒空;
進(jìn)行事故工況分析;
必要時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)水利分析;
水力計算應滿(mǎn)足連續性方程和壓力降方程,環(huán)網(wǎng)水力計算應保證所有環(huán)線(xiàn)壓力降的代數和為0;
蒸汽管網(wǎng)水力計算時(shí),應按設計流量進(jìn)行設計計算,再按最小流量進(jìn)行校核計算,根據管線(xiàn)起點(diǎn)壓力和用戶(hù)需要壓力確定的允許壓力降選擇管道直徑;
下列系統除了進(jìn)行靜態(tài)水力計算外,還應進(jìn)行動(dòng)態(tài)水力計算:
長(cháng)距離輸送干線(xiàn);
供熱范圍內地形高差大;
系統壓力高;
系統工作溫度高;
系統可靠性要求高;
計算熱網(wǎng)主干線(xiàn)管徑,宜采用經(jīng)濟比摩阻,可取30-70PA/m;
支干線(xiàn)、支線(xiàn)應按允許壓力降確定管徑,但流速≤3.5m/s,支干線(xiàn)比摩阻≤300PA/m,連接一個(gè)熱力站的支線(xiàn)比摩阻可大于300PA/m(支線(xiàn)要充分利用主干線(xiàn)作用壓頭,因此按允許壓力降方法,管徑越大,水利穩定性要求越高,可適當降低比摩阻,管徑變大,小管徑比摩阻大,消除剩余壓頭,流速大,噪聲、振動(dòng)方面卻不存在問(wèn)題)
蒸汽熱力網(wǎng)凝結水設計比摩阻可取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)系統的任何一點(diǎn)壓力≥介質(zhì)汽化壓力,并+30kPA-50KPA富裕壓力;
(2)系統回水壓力要求:
≤直接連接用戶(hù)系統允許壓力;
任何一點(diǎn)≥50KPA;
(3)循環(huán)泵停運,要保持靜態(tài)壓力
系統的任何一點(diǎn)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(hù)系統充滿(mǎn)水;
≤系統任何一點(diǎn)允許壓力;
(4)熱力網(wǎng)最不利點(diǎn)資用壓頭,應滿(mǎn)足該點(diǎn)用戶(hù)系統所需作用壓頭;
(5)熱力網(wǎng)應該水力計算基礎上繪制各種運行方案的主干線(xiàn)水壓圖,復雜地區,繪制支干線(xiàn)水壓圖;
(6)中繼泵站位置及參數應根據水壓圖確定;
(7)蒸汽熱力網(wǎng),宜按設計凝結水量繪制凝結水管網(wǎng)水壓圖;
供熱管網(wǎng)的設計壓力,≥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(dòng)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(xiàn)+最不理用戶(hù)環(huán)路壓力損失;
循環(huán)水泵應具有工作點(diǎn)附近較為平緩的流量-揚程特性曲線(xiàn);
應減少并聯(lián)循環(huán)水泵的臺數;3臺以下,設備用,4臺或4臺以上,不設備用;
采用集中質(zhì)-量調節的單熱源系統,水泵采用變頻泵;
補水泵流量按事故補水,為系統循環(huán)流量的4%,補水泵揚程≥補水點(diǎn)管道壓力加3-5m,當補水泵同時(shí)用于維持靜態(tài)壓力時(shí),其揚程應滿(mǎn)足靜態(tài)壓力要求;
采用應力分類(lèi)法:內壓、持續外載引起的一次應力(靜力不平衡,導致屈服,驗算采用彈性分析或極限分析,無(wú)自限性);
熱脹冷縮、熱位移受約束的二次應力(超過(guò)屈服極限,產(chǎn)生少量塑性變形,變形協(xié)調得到滿(mǎn)足,變形就不再繼續發(fā)展,有自限性,安定性分析,安定條件:≤2倍屈服極限)
峰值應力(管道、附件,如三通,彎頭,局部結構不連續或局部熱應力產(chǎn)生的應力增量,不引起顯著(zhù)變形,但會(huì )導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10℃,計算管道固定點(diǎn)時(shí),考慮最大溫差,在安裝溫度低于工作循環(huán)最低溫度時(shí),采用安裝溫度進(jìn)行計算);
2)管道走向最好平行與廠(chǎng)區或建筑區域的干道或建筑物;
3)管道最好不穿越電石庫等由于汽、水泄露會(huì )引起事故的場(chǎng)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(shí)候,可采用拱形管道。
4)布置應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(shí)候,盡可能布置在兩固定墩之間中心點(diǎn)上,由于地方限制等原因,保證短邊管道不小于全長(cháng)管段的三分之一。
5)一般熱力地溝分支處都應設置檢查進(jìn)或人孔,直管段長(cháng)100到150m距離,無(wú)分支,也應布置檢查進(jìn)或人孔,所有管道上必須設置閥門(mén),都應安裝在檢查井或人孔中;
6)主干線(xiàn)支管上,一般都應設置截斷閥門(mén);
7)蒸汽管道最低點(diǎn)、被閥門(mén)截斷的各蒸汽之最低點(diǎn)、垂直升高管段前的最低點(diǎn)、間隔100-150m直管段等各點(diǎn),都應該布置疏水閥;
8)熱水管段最低點(diǎn)放水、最高點(diǎn)放氣;
9)直埋和管溝敷設的管道坡度≥千分之二,進(jìn)入建筑物的管道坡向干管;
1)在山區的熱力管道,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(shí)候,最好架空沿橋或棧橋布置成拱形管道,注意:管道底部標高高于最高洪水位0.5m以上;
4)地上敷設的管道,可與其他管道敷設在同一個(gè)管架上,利用相互牽扯力(技術(shù)性),減少管架數(經(jīng)濟性);
5)在濕陷性黃土層、腐蝕性大的土層、永久性?xún)鐾翆?,應架空敷設;
6)地下水位較高或降雨量較大地區,架空敷設;
7)廠(chǎng)區管道宜架空;
8)管道不允許開(kāi)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;
9)地面不允許開(kāi)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)河底敷設管道選在較深的穩定河段,1-5級航道河流,管溝覆土深度在航道底設計標高2m以下,其他河流,管溝覆土深度在1m以下;
無(wú)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(wú)補償直埋(施工簡(jiǎn)單,但要防止軸向失穩)和預熱安裝無(wú)補償直埋兩種,第二種是在供熱管網(wǎng)工作之前進(jìn)行預熱,產(chǎn)生一個(gè)預拉應力,預熱溫度限定在運行溫度和最低溫度之間,溫差產(chǎn)生的熱應力,不超過(guò)管材的許用應力,有敞槽預熱及覆土預熱,覆土預熱需設置一次性補償器;
有補償:當管道溫度高(熱應力大)且難以找到熱源預熱時(shí)采用。有補償分有固定點(diǎn)和無(wú)固定點(diǎn)方式,有固定點(diǎn)是補償器至固定點(diǎn)間距不超過(guò)管道最大過(guò)渡段長(cháng)度;無(wú)固定點(diǎn)重在校核直管段長(cháng)度是否超過(guò)最大過(guò)渡段的兩倍;
是管道內介質(zhì)溫度變化,引起的管道熱漲、冷縮效應,同時(shí)使管壁產(chǎn)生巨大應力,超過(guò)管材強度極限,會(huì )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(diǎn)簡(jiǎn)單、可靠;缺點(diǎn)變形產(chǎn)生橫向位移;L型角度區間:最好120°到90°,或<150°;
方形補償器:由四個(gè)90°彎頭組成,優(yōu)點(diǎn)制作方便,補償能力大、軸向推力較??;缺點(diǎn)是單向外伸臂較長(cháng),占地大,常用四種形式:
由臂長(cháng)一般為40倍公稱(chēng)直徑長(cháng)度;
套筒補償器:
優(yōu)點(diǎn):安裝簡(jiǎn)單,占地少,補償能力大,流體阻力大,
缺點(diǎn):軸向推力大,造價(jià)高,易漏水漏氣;
波紋補償器:
缺點(diǎn):強度低,補償能力小,軸向推力大;波節以3-6個(gè)最好;安裝前先冷緊,冷緊值為熱伸長(cháng)量一半;
球形補償器:
利用球形管接頭的隨機彎轉來(lái)解決熱漲冷縮。對三向位移的蒸汽和熱水最易適用。
優(yōu)點(diǎn):占地小,不存在推力;缺點(diǎn)存在側向位移,易漏水漏汽;
1)熱力網(wǎng)干線(xiàn)、支干線(xiàn)、支線(xiàn)的開(kāi)始節點(diǎn)應安裝關(guān)斷閥門(mén);干線(xiàn)還應按距離間隔安裝分段閥門(mén),提高管網(wǎng)可靠性(蒸汽管網(wǎng)可不設分段閥門(mén));且關(guān)段、分段閥門(mén)皆采用雙向密封閥門(mén);
2)≥DN500管道的閥門(mén),最好采用電動(dòng),≥DN500的熱力干線(xiàn)在低點(diǎn)、垂直升高管段前、分段閥門(mén)前最好設置阻力比較小的永久性除污器;
3)直埋敷設的套筒、波紋補償器、閥門(mén)、放水和除污器等附件,應設檢查井,檢查進(jìn)設置要求:
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(gè),直徑≥700mm,凈空面積小于4㎡,可設1個(gè)人孔;最少設置一個(gè)在人孔下方的集水坑;爬梯高于4m,要設置護欄或平臺;更換附件不能從人孔進(jìn)出時(shí),應在頂板上設置安裝孔;
4)管道活動(dòng)支架應采用滑動(dòng)支架,或剛性吊架,有垂直位移時(shí),采用彈簧支架、吊架;
1)管道管材選用Q235B,20鋼,設計參數符合要求,P≤2.5MPa,T≤300℃,公稱(chēng)直徑≥DN200,選螺旋縫電焊鋼管,<DN200,無(wú)縫鋼管;采用焊接鏈接,≤25的放氣閥門(mén),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)預制保溫管及管件參考規范,符合規定,軸向剪切應力≥0.08MPa;
6)有報警線(xiàn)的管網(wǎng),泄露檢測系統要和設計、施工、驗收同步;
由于供、回水管溫度場(chǎng)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?chē)寥罍囟龋?/span>
1)符合與相關(guān)設施的凈距要求;
2)符合相關(guān)覆土深度要求;
3)小折角符合相應要求;
4)轉角管段臂長(cháng)≥彎頭變形段長(cháng)度;
5)高效利用路由形成的自然轉角補償;
6)小折角大于規范要求時(shí),利用好小折角、彎管、L型之間相互組合,注意組合時(shí),駐點(diǎn)的確定準確;
一次應力變化≤一倍鋼材許用應力;
一次應力和二次應力的當量應力變化≤3倍鋼材許用應力;
局部應力集中的一次、二次應力和峰值應力的當量應力變化≤3倍鋼材許用應力;
應力驗算的計算壓力取管道設計壓力;
計算安裝溫度應取安裝時(shí)的最低溫度;
計算應力變化范圍,計算溫差取循環(huán)最高、最低的溫差;
計算軸向力時(shí),計算溫差取循環(huán)最高和安裝溫度的溫差;
壁厚承受內壓力,要進(jìn)行計算,主要計算最小壁厚、管道壁厚附加值,進(jìn)了兩者相加得出公稱(chēng)壁厚;
直管段主要對屈服溫差,當量應力變化范圍的計算,進(jìn)行是否屈服與是否平面布置應有錨固段進(jìn)行判定;
當直管段屈服溫差大于循環(huán)最高溫度與安裝溫度溫差時(shí),管道進(jìn)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(shí),管道保持彈性體狀態(tài);在這里屈服極限x1.3系數(屈服增強系數對熱伸長(cháng)量和管道軸向推力計算影響很大,而且是不安全的,設計時(shí)要考慮)
直管段當量應力計算,首先計算錨固段應力,當小于3倍許用應力時(shí),說(shuō)明錨固段滿(mǎn)足應力驗算條件,而錨固段是管網(wǎng)應力最高處,那么可以肯定的是:過(guò)渡段必然滿(mǎn)足要求,則平面布置時(shí),直管段的長(cháng)度可以無(wú)限長(cháng);
上面判定若不能滿(mǎn)足,錨固段大于3倍許用應力,則不應該在平面布置中出現錨固段,只能全部為過(guò)渡段,且過(guò)渡段長(cháng)度還必須限定,利用規范第二個(gè)公式計算,得出小于多少直管過(guò)渡長(cháng)度;
在驗算的基礎上,進(jìn)行直管段的過(guò)渡段最大、最小長(cháng)度計算、過(guò)渡段內任一截面最大、最小軸向力的計算(過(guò)渡段的最大軸向力出現在初次運行時(shí)、也就是L≥Lmin時(shí),超出Lmin的管段被錨固,各點(diǎn)的軸向力相同,均等于錨固段起點(diǎn)的軸向力,而最大軸向力≤錨固點(diǎn)的軸向力,要考慮活動(dòng)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(shí),軸向力取決與溫升值,高于屈服溫差的錨固段,因出現了塑性變形,軸向力達到最大值,既極限軸向力;
直管段局部穩定驗算適用于>DN500的管道,≤DN500的管道,不需要驗算;
驗算主要進(jìn)行徑厚比、徑向變形量的判定,計算參照規范判定公式;
要求單位長(cháng)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(xiàn)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(diǎn)位置確定(按最小摩擦力下的最大過(guò)渡段計算,對于駐點(diǎn)處的過(guò)渡段選擇補償器時(shí),余量?。玻埃ィ?/span>
2)對于彈性、部分進(jìn)入塑性狀態(tài)的管段,進(jìn)行熱伸長(cháng)量計算,部分進(jìn)入塑性的管段,熱伸長(cháng)量,要減去部分塑性壓縮變形量;
3)對于過(guò)渡段任何一點(diǎn),熱位移量的計算;
4)補償器的熱伸長(cháng)量的余量一般?。?1系數,當過(guò)渡段一端為駐點(diǎn)時(shí),≥1.2倍熱伸長(cháng)量,≤1.1最大過(guò)渡段計算出的熱伸長(cháng);
主要是摩擦反力、內壓力、活動(dòng)端阻力的矢量合成計算;
摩擦反力抵消時(shí),力小的一側x0.8抵消系數;
當兩側都為錨固段時(shí)候,?。?9的抵消系數;
內壓力抵消系數?。?;
固定墩可設計微量位移量,減小推力;
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