毕业设计（论文）-北京市某区供热外网设计.doc

河南理工大学本科毕业设计（论文） 摘要 I 摘要摘要 伴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，本次设计的一级网使用了 这种成熟的辐设方式。近年来兴起的直埋敷设因其造价低，施工快，维护简单等特点 以及越来越可靠的性能，在实际工程中也有了很多应用，本次设计的的二级网采用了 这种新型的敷设方式。 关键词：间接连接供热；直埋敷设；水力平衡关键词：间接连接供热；直埋敷设；水力平衡 河南理工大学本科毕业设计（论文） Abstract II Abstract With the the exaltation of peoples life. The district heating system has been adopted more and more, the adoption of can reduce the waste of energy, raise the efficiency of heating, decrease the pollution of environment, benefit in management.Adopt district heating system can raise the heating quality,raise peoples living quality at the same time.But in the former design, because of the match of the outside net with the inside usually appears blind side, making the press of the system providing deviation of each building need,which makes the maladjustment of the press.effective demand, make the system maladjustment, waste a great deal of energy, but provide bad heating quality.This design request resolves this problem, making the balance of the system have a bigger exaltation, reducing the of the system maladjustment, reduce the consume of electric,water. The indirect conjunction heating because of its low needing of water, the pressure condition and discharge work condition of the system is independence to the user.It is easy for the management of the heating system. The indirect conjunction heating system have already become popular in recent years.This design use this system,too.Set thermodynamic station in each block. The ditch spread have already been used for a long time, this traditionally mode is used in the first class net. Direct buried spread rise in recent years because of its low price,quick construction,more and more dependable function.Direct buried pipeline has been used in a lots of projects.The second class net of this design adopt this kind of new spread method. Keyword:the indirect conjunction heating system; Direct buried pipeline;press balance 河南理工大学本科毕业设计（论文） 目录 III 目录目录 第一章第一章 绪论绪论 .1 1 1.11.1 设计题目设计题目.1 1 1.21.2 原始资料原始资料.1 1 1.2.11.2.1 设计地区气象资料设计地区气象资料.1 1 1.2.21.2.2 设计方案设计方案.1 1 第二章、热负荷的计算及热负荷延续图的绘制第二章、热负荷的计算及热负荷延续图的绘制 .2 2 2.12.1 热负荷计算的意义热负荷计算的意义.2 2 2.22.2 热负荷的计算热负荷的计算.2 2 2.2.12.2.1 采暖设计热负荷的计算采暖设计热负荷的计算.2 2 2.32.3 热负荷延续时间图的绘制热负荷延续时间图的绘制.4 4 2.3.12.3.1 绘制热负荷延续时间图的意义绘制热负荷延续时间图的意义.4 4 2.3.22.3.2 热负荷延续时间图的绘制热负荷延续时间图的绘制.4 4 第三章第三章 供热系统方案的选择及水力计算供热系统方案的选择及水力计算 .7 7 3.13.1 热源形式及热媒的确定热源形式及热媒的确定.7 7 3.23.2 热网系统形式的选择热网系统形式的选择.7 7 3.2.13.2.1 枝状管网：枝状管网：.7 7 3.2.23.2.2 环状管网环状管网.8 8 3.33.3 供热管网的敷设方式的选择供热管网的敷设方式的选择.8 8 3.3.13.3.1 架空敷设架空敷设.8 8 3.3.23.3.2 地下敷设地下敷设.8 8 3.43.4 连接方式的选择连接方式的选择.9 9 3.53.5 管道补偿方式管道补偿方式.9 9 3.5.13.5.1 可按照无补偿施工法做可按照无补偿施工法做.9 9 3.5.23.5.2 为有补偿的直埋敷设为有补偿的直埋敷设.9 9 3.63.6 检查井与小室的设置检查井与小室的设置.1010 3.73.7 供热管道的定线原则供热管道的定线原则.1010 3.83.8 水力计算水力计算.1010 3.8.13.8.1 确定热力网各管段的流量确定热力网各管段的流量.1010 3.8.23.8.2 确定供热管路的主干线及其沿程比摩阻：确定供热管路的主干线及其沿程比摩阻：.1111 3.8.33.8.3 主干线水力计算实例：主干线水力计算实例：.1313 3.8.43.8.4 支干线、支线水力计算：支干线、支线水力计算：.1515 第四章第四章 供热系统的运行调节供热系统的运行调节 .1818 4.14.1 运行调节的意义运行调节的意义.1818 4.24.2 调节方式的确定调节方式的确定.1818 4.34.3 供热系统的调节供热系统的调节.1818 4.44.4 供热调节的基本公式（二级网路调节）：供热调节的基本公式（二级网路调节）：.1818 河南理工大学本科毕业设计（论文） 目录 IV 4.54.5 一级网路质量一级网路质量流量调节流量调节.2020 第第 五五 章章 供热管道的敷设及保温计算供热管道的敷设及保温计算 .2222 5.15.1 管道的敷设方式管道的敷设方式.2222 5.25.2 管道的保温管道的保温.2424 5.2.15.2.1 保温的目的：保温的目的：.2424 5.2.25.2.2 保温材料的选择：保温材料的选择：.2424 5.2.35.2.3 保温层厚度：保温层厚度：.2424 第第 六六 章章 供热管道附件及应力计算供热管道附件及应力计算 .2626 6.16.1 管道和阀门管道和阀门.2626 6.26.2 管道的补偿管道的补偿.2626 6.2.16.2.1 补偿方式分类：补偿方式分类：.2626 6.2.26.2.2 波纹管补偿器的选择计算如下：波纹管补偿器的选择计算如下：.2727 6.36.3 管道支座管道支座.2828 6.46.4 管壁厚度的选定管壁厚度的选定.2929 6.4.16.4.1 承受内压力的理论计算壁厚承受内压力的理论计算壁厚.2929 6.4.26.4.2 管子的计算壁厚和取用壁厚管子的计算壁厚和取用壁厚.3030 6.4.36.4.3 计算内压折算应力计算内压折算应力.3030 zs 6.56.5 管道活动支座间距的确定管道活动支座间距的确定.3131 6.5.16.5.1 按强度条件确定活动支座的允许间距按强度条件确定活动支座的允许间距.3131 6.5.26.5.2 按刚度条件确定活动支座的允许间距按刚度条件确定活动支座的允许间距.3131 6.5.36.5.3 固定支座最大间距确定固定支座最大间距确定.3232 6.66.6 直埋管道的应力计算直埋管道的应力计算.3232 6.6.16.6.1 直埋敷设预制保温管道的应力验算方法直埋敷设预制保温管道的应力验算方法.3232 6.6.26.6.2 直埋预制保温管的应力验算的规定直埋预制保温管的应力验算的规定.3333 6 6. .7 7 直直埋埋管管道道管管壁壁厚厚度度的的计计算算 .3333 6.7.16.7.1 管道的理论计算壁厚计算管道的理论计算壁厚计算.3333 6.7.26.7.2 基本许用应力修正系数基本许用应力修正系数()()的取用的取用.3333 6.86.8 直埋管段的补偿与失稳计算直埋管段的补偿与失稳计算.3434 6.8.16.8.1 管道屈服温差的计算管道屈服温差的计算.3434 6.8.26.8.2 失稳计算失稳计算.3434 第七章、换热站设备选择计算第七章、换热站设备选择计算 .3636 7.17.1 热力站的设计原则热力站的设计原则.3636 7.1.17.1.1 换热站布置：换热站布置：.3636 7.1.27.1.2 换热站的工艺流程：换热站的工艺流程：.3636 7.27.2 换热器的选择和计算换热器的选择和计算.3737 7.2.17.2.1 换热器的选择：换热器的选择：.3737 7.2.27.2.2 换热器的选型计算：换热器的选型计算：.3737 7.37.3 水泵的选择：水泵的选择：.3939 7.3.17.3.1 水泵的选择原则：水泵的选择原则：.3939 7.3.27.3.2 循环水泵的计算：循环水泵的计算：.4040 7.3.37.3.3 补水泵的选择计算：补水泵的选择计算：.4040 河南理工大学本科毕业设计（论文） 目录 V 7.47.4 补水箱的设计：补水箱的设计：.4141 7.57.5 除污器的设计：除污器的设计：.4141 参考文献：参考文献： .4343 致谢致谢 .4646 河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.11.1 设计题目设计题目 北京市某区供热外网设计 1.21.2 原始资料原始资料 1.2.11.2.1 设计地区气象资料设计地区气象资料 采暖室外计算温度：tw = -9； 采暖季天数： 129 天； 采暖室外平均温度： -1.6； 最大冻土层深度： 143cm 室外平均风速 2.8m/s 冬季主导风向 西北风 表 1-1 室外温度的延续时间 室外温度 tw +5+30-2-4-6-8-9 延续小时 数 3096259919891469934474188106 以上数值均按照采暖通风与空调工程设计规范 GB 50019-2003 中的数值确定。 1.2.21.2.2 设计设计方案方案 设计热负荷为供热热负荷，供热管网布置形式为枝状管网，以市政热源作为热源， 采取换热站进行交换，一级管网供回水温度为：11070；二级管网的供回水温度为： 9570 ，均采用直埋敷设，聚氨酯保温。 河南理工大学本科毕业设计（论文） 2 第二章、热负荷的计算及热负荷延续图的绘制第二章、热负荷的计算及热负荷延续图的绘制 2.12.1 热负荷计算的意义热负荷计算的意义 热负荷计算是确定供热设计的条件，只有知道了热负荷的前提下，我们才能进行 热水管网的流量计算，进而进行热水管网管径的选型计算，从而确定最总的压力损失。 是我们保证建筑物满足设计要求的最重要的条件之一，是我们工作中的重点之一。 2.22.2 热负荷的计算热负荷的计算 2.2.12.2.1 采暖设计热负荷的计算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%以上（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 Q= qF10 KW nf 3 式中 建筑物的供暖设计热负荷,kw；nQ 建筑物供暖面积热指标,； f q 2 /W m 建筑物的建筑面积,.F 2 m 由城市热力网设计规范 CJJ34-2002 建筑物供暖面积热指标的推荐取值如表 2- f q 1 所示 表 2-1 建筑物供暖面积热指标推荐值 建筑物类型住宅 居住区综 合 学校办 公 医院 托幼 旅馆商店食堂 热指标（ ） 2 /W m 58-6460-6760-80 65- 80 60-7065-80 115- 140 注：注： 热指标中已包括约热指标中已包括约 5%5%的管网热损失在内的管网热损失在内. . 根据上表热指标的推荐值，选取住宅的热指标为 q=60w/、商用办公楼的热指 标为65w/、商店的热指标为70w/、酒店的面积热指标为70w/、幼儿园的热指标 为75w/。 综上，例如 1#楼热负荷：Q=6090010=54KW 3 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 楼号建筑面积建筑热指标 w/ 建筑热负荷 KW楼个数 1#90060545 2#120060725 河南理工大学本科毕业设计（论文） 3 3#252060151.26 4#336060201.68 5#13206079.22 A3406522.15 B9007567.52 C50070354 D7200705041 E7007552.51 F13206585.81 根据表 2-2 可知总供热面积为 69860 ,总的采暖热负荷为 4336.2KW 另外为了满足室内热负荷的要求，供暖管网内的流量由公式2.2-2求得。 以下公式取 自供热工程P114页6-2公式 G=AQ/(tg-th) t/h (2.2-2) Q-供暖用户系统的设计热负荷 KW. A-采用不同计算单位的系数，本计算 A 取 0.86. G-用户的计算流量，t/h. tg、th -网路的设计供回水温度， . 综上，例如 1#楼热负荷：Q=6090010=54KW 3 其管段流量 G=0.8654（95-70）=1.8576t/h 一次管网水流量：G1=0.864336.2（110-70）=93.228 t/h 二次管网水流量：G2=0.864336.2（95-70）=149.165 t/h 表 2-3 各楼层流量统计表如下 楼号建筑面积建筑热指标 w/ 建筑热负荷 KW流量 t/h 1#90060541.8576 2#120060722.4768 3#252060151.25.2013 4#336060201.66.935 5#13206079.22.7245 A3406522.10.7602 B9007567.52.322 C50070351.204 D72007050417.3376 E7007552.51.806 F13206585.82.9515 2.3 热负荷延续时间图的绘制热负荷延续时间图的绘制 2.3.12.3.1 绘制热负荷延续时间图的意义绘制热负荷延续时间图的意义 通过绘制热负荷延续时间图，能够清楚的显示出不同大小的供暖负荷在整个采暖季 节累计耗热量，以及它在整个采暖季节总耗热量中所占的比重，这对于城市集中供热 河南理工大学本科毕业设计（论文） 4 规划方案进行技术经济分析时，具有十分重要的意义。 2.3.22.3.2 热负荷延续时间图的绘制热负荷延续时间图的绘制 2.3.2.12.3.2.1 采暖热负荷延续图 （1）供暖负荷随室外温度的变化曲线。 北京市供暖室外温度=-9,利用下式可求出某一室外温度下的供暖热负荷。wt （2-6） nw nn nw tt QQ tt 式中 在室外温度下的供暖热负荷，W; n Q w t 供暖设计热负荷，4336.2kW;nQ 供暖室外计算温度，-9；wt 某一室外温度，； w t 室内计算温度，18。 n t 表 2-4 室外温度的延续时间和供暖热负荷 室外温度 tw +5+30-2-4-6-8-9 延续小时 数 3096259919891469934474188106 供暖热负 荷 kw 2087.824092890.832123533.23854.44175.64336.2 根据上式的计算结果可绘制出热负荷延续时间图 河南理工大学本科毕业设计（论文） 5 图图 2-12-1 2.3.2.22.3.2.2 供暖年负荷的计算供暖年负荷的计算 （2-3）0.864 nnp QQnA 式中 采暖年耗热量，GJ； n Q 采暖平均热负荷，KW； np Q 采暖期天数。n 其中 （2-4） np npj nw tt QQ tt A 式中 室内计算温度，； n t 供暖室外计算温度，；wt 河南理工大学本科毕业设计（论文） 6 采暖期日平均温度，； p t 供暖设计热负荷，可知=4336.2kW。 j Q j Q 根据上式可得 Qnp=3147.76kW 采暖期年耗热量 Qn=35083.67GJ/a 最终本设计中供暖年耗热量为 Qn=35083.67GJ/a 河南理工大学本科毕业设计（论文） 7 第三章第三章 供热系统方案的选择供热系统方案的选择及水力计算及水力计算 3.1 热源形式及热媒的确定 城市集中供热系统的热能制备和供应中心。在这里，将其他形式的能源（矿物燃 料、核能、工业余热等）转换为热能，或直接采用地热等天然热源，通过蒸汽或热水 等介质，沿着热网输送到用户。 目前，国内较广泛应用的供热热源方式有热电厂供热方式、区域大锅炉房供热、 换热站供热方式等等。依据国家及北京市有关规定和设计条件，热源形式选择为热力 站。 本设计中是以热电厂供热为热源，采用间接供热的民用建筑供暖系统。因此，选 用水作为热媒。设置换热站，一级管网热媒供、回水温度为 11070,二级管网供、 回水温度为：9570。 3.2 热网系统形式的选择 热网是集中供热的主要组成部分，担负热能输送任务。热网形式取决于热媒、热 源、与用户的种类、热负荷大小和性质。选择热网形式应遵循的原则是安全供热和经 济性可行等等，热网形式主要由以下两种方式： 3.2.13.2.1、 枝状管网：枝状管网： 图 3-1 管网采用枝状连接的，热网供水沿着主干线、分支线、用户支线送到各热用户， 网路中的回水从用户沿着相同的路线返回热源。 枝状管网布置简单，供热管道的直径随着管线逐渐减小，而且金属消耗量小，基 础建设投资比较少，运行简单，管理方便。但只状管网不具备后备热源，当供热线路 发生网络故障的时候，在故障点后面的网络都将停止供暖，由于建筑物具有一定的蓄 热能量，通常可以采用快速消除故障的方法解决问题。因此，枝状管网是供热管网较 河南理工大学本科毕业设计（论文） 8 普遍的一种供热方式。 为了是管网发生故障是，缩小影响范围，在于干管相连接的管路分支处以及分支 管路连接的较长的用户管处，应该加设阀门。 3.2.23.2.2 环状管网环状管网 图 3-2 环状管网的特点主要是具有较高的供热后备能力，当输送管线出现事故的时候， 可以切断故障段，通过管路另一路进行供热。但是，环状管网投资比较大，运行管理 更为复杂，热网要求较高的控制。 综上所述，根据本设计的特点，决定采用适用于小范围供热、成本低的枝状管网 形式，并且遵守供暖室外管线的敷设原则，保证管线距建筑物的外墙和道路的间距。 3.3 供热管网的敷设方式的选择 供热管网的敷设可分为地上敷设和地下敷设两方面。 选择合理的敷设方式，应该满足节约投资、保证管网的安全可靠、良好的交通状况 等多方面进行综合的考虑，力求与总体的布置相统一。 3.3.1、架空敷设 是工业生产装置管道敷设的主要方式。具有便于施工、操作、检查、维修及经济等优 点； 河南理工大学本科毕业设计（论文） 9 3.3.2、地下敷设 1）埋地敷设：其优点是利用地下的空间，使地面以上空间较为简洁，并不需支承 措施； 其缺点是管道腐蚀性较强，检查和维修困难，在车行道处有时需特别处理以承受大的 载荷， 低点排液不便及易凝油品凝固在管内时处理困难，带隔热层的管道很难保持其良 好的隔热功能等，故只有不可能架空敷设时，才予以采用； 2）管沟敷设；可充分利用地下空间，并提供了较方便的检查维修条件；还可敷 设有隔热层的高温、易凝介质或腐蚀性介质的管道；其缺点是费用高，占地面积大， 需设排水点，易积聚或单入油气增加不安全因素，易积聚污物清理困难等。因此在装 置内只在必要时，才采用管沟敷设。 综上所述，本小区采用无沟直埋敷设，所有的管线最小埋深都控制在冻土层一下， 再道路下埋设的管道，根据道路负荷来确定管道的埋深。 3.4 连接方式的选择 由于本工程一次热水管网的热负荷大，输送距离远，沿程阻力较大，为了避免热水 网路与热用户压力不适用的情况，本次设计供热方式，一次水与热用户采用间接连接 的方式，间接连结具有便于管理，易于调节的优越性。通过提高一次管网的供回水温 差可以减小管径，节约投资。简接连接是一次管网不受热用户的干扰，减少失水率， 使整个系统运行更加的安全可靠，稳定的运行。 一次热网输送热水 11070，经换热站交换后输送热水温度为 9570. 3.5 管道补偿方式 在直埋敷设热水管网设计中，根据补偿方式的不同可以分为两种： 3.5.1、可按照无补偿施工法做 这种方法可以节省补偿器，减少一些直埋固定支墩，且能降低主干线的沿程阻力， 减少大量的可能出现事故的泄露点。但对施工技术的要求比较高，并且需要对地下管 线的情况比较了解。 3.5.2 为有补偿的直埋敷设 原者上尽量利用线路的起伏、和线路的拐弯进行自然补偿，不能满足自然补偿的地 方，再加设补偿器。 河南理工大学本科毕业设计（论文） 10 考虑到本小区设计中的管径比较大，输送距离比较长等等问题，所以决定采用有补 偿的直埋敷设方式进行补偿。 总之，具体的补偿方式的确定，应该结合满足设计的要求、施工维护方便。节约的 投资、减少流动阻力等等因素，综合进行考虑。 3.6 检查井与小室的设置 地下敷设供热管网，在管道的分支处、补偿器、阀门、排水、排气装置等处，应该 进行检查井或者小室的设计，以方便后续的检查和检修。 检查小室的设计应该符合设计规范的要求，尽可能紧凑，但必须考虑到维修的方便。 一般净高不小于 1.8m，人行通道不小于 0.6m，干管保温结构表面与检查室距离不小于 0.6m，检查口顶部应该设置人口或者扶梯，人孔井口为 0.7m. 为了检修时安全和通风换气，小室的人孔数量不得小于两个，并应该对角布置。当 热水管网检查井值有放气门或其净空面积不小于 0.4m2 ，可只设一个人孔。 检查小室还用来汇集和排除渗入地沟或由管道泄出的水。因此，检查室地面应低于 地沟底，其值不小于 0.3m,同时，检查室内应该设一个集水坑，方便将积水排出。 3.7 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。 3.8 水力计算 设计供热管网的时候，为使系统各个管段流量符合设计要求，满足用户的需要等等， 保证系统的正常运行，节约能源、等方面考虑，必须对管网进行个管段的细致计算， 并对管径进行合理的选择。 河南理工大学本科毕业设计（论文） 11 3.8.1、确定热力网各管段的流量 管段的计算流量就是该管段所负担的各个热用户的计算流量总和，用这个流量进 行个管段的流量和管径，进而确定压力损失。 本设计只涉及供暖符合，不纯在热水等其他的热负荷，因而，其流量处理可按下 列公式，进行计算和设计： Gn=0.86Qn/(1-2) 其中： Qn表示供暖用户的设计热负荷（） ； 1