热力网及热力站 PPT课件

17 04 2020 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 3 2 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 km 1 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 9 4 直埋管道设计计算 1 土壤摩擦力 2 弹性力 3 最大间距 4 最大安装长度 表6 1 5 最大覆土深度H 10 5 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 12 2 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 13 2 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 14 3 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 16 2 热负荷的核算 必须换算 1 按热电站出口换算 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 w 热网效率 一般取0 96 17 2 按供热锅炉房锅炉出口换算 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 Qyh 热用户耗热量 kJ h 18 3 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 19 4 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 K 管网热损失及锅炉房自用汽系数 1 1 1 2 K1 K2 K3 K4 生产 采暖 通风 生活热负荷同时使用系数 20 3 全年热负荷 4 若用户提不出热负荷 根据 热网规范 估算 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 G t h v m3 kg w m s Q m3 h Di mm h Pa m 允许压力降 22 2 压力损失计算 H1 H2 m 管道起点和终点标高 p Pa 总阻力之和 vp m3 kg 平均比体积 23 3 允许比压降计算 2 自流回水管 1 蒸汽 热水 压力管 3 余压回水管 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 25 2 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 26 2 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 L 管道热伸长量 mm 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80MPa 29 2 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 30 3 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 31 4 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 32 5 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 DN 2 公称压力 在基准温度下允许的最大工作压力 PN 3 试验压力 进行水压强度和材料严密性检验的压力 ps 4 工作压力 据最高温度规定最大压力 p表示 200 p20 37 二 管子 1 低压流体输送焊接钢管 压力和温度较低管道 分类 2 流体输送用无缝钢管 规格多 强度高 最常用 3 螺旋缝电焊钢管 工作压力不超2 0MPa 最高温度不超200 4 直缝电焊钢管 工作压力不超1 6MPa 最高温度不超200 5 直缝卷制电焊钢管 6 纯铜及黄铜管 拉制或挤制 拉制用于中低压管 7 铝及铝合金管 38 三 常用阀件 根据用途 介质特征 最大工作压力 介质最高温度 介质流量或管道公称直径低压流体输送焊接钢管 1 阀件分类 1 按用途 1 阀件选用 截断阀类 截断或接通介质流 含闸阀 截止阀 隔膜阀 旋塞阀 球阀 蝶阀等 调节阀类 调节介质流量和压力等 调节阀 节流阀等 止回阀类 阻止介质回流 止回阀 分流阀类 分配 分离或混合介质 分配阀 疏水阀 安全阀类 超压安全保护 各安全阀 39 2 按压力 真空阀 工作压力低于大气压 低压阀 PN 1 6MPa 中压阀 PN 2 5 6 4MPa 高压阀 PN 10 80MPa 超高压阀 PN 100MPa 3 按工作温度 高温阀 t 450 中温阀 120 t 450 常温阀 30 t 120 低温阀 t 30 4 按其它 材料 驱动方式 使用部门特点 2 阀件温压表 工作温度和最大工作压力变化表 40 一 概述 第六节管道保温及防腐 1 分类 节能重要措施 1 无机保温材料 热力管道多用 不腐烂 不燃烧 耐高温 石棉 硅藻土 珍珠岩 玻璃纤维等 2 有机保温材料 容重轻 热导率小 原料来源广 不耐高温 吸湿时易腐蚀 软木 泡沫材料 二 保温材料 3 使用温度 高温 中温和低温 700 以上高温 100 以下低温 二者间中温 41 2 对保温材料要求 1 保温层材料 热导率小 堆密度小 耐热温度高且不易燃烧 具有一定机械强度 吸水率小 施工方便和价格低廉 2 保护层材料 良好防水性能 堆密度800 1500kg m3范围内 耐压强度不小于0 8MPa 热导率值在50 时 不大于0 35W m 可燃性有机物含量不大于15 在温度变化和振动情况下不易开裂 42 三 管道保温结构 由保温层和保护层组成 据保温材料和施工方法 分为胶泥结构 填充结构 包扎结构 缠绕结构 预制品结构和浇灌结构 43 四 保护层 1 防止材料在外力和内力作用下发生破坏 以及防止雨水侵蚀 同时使保温结构外表面整齐美观 2 分类 涂抹式 金属板式 毡 布类 44 五 金属腐蚀 涂料及防腐 1 金属的腐蚀 因化学或电化学反应引起金属表面耗损现象总称 可分为干蚀和湿蚀 全面腐蚀和局部腐蚀 局部腐蚀又有点蚀 孔蚀 沟蚀 间隙腐蚀 晶间腐蚀 应力腐蚀等 2 管道防腐方法 1 地上管道 防锈漆 2 埋地管道 根据土壤腐蚀性决定 常用管道外表面涂刷沥青防腐绝缘层 45 第七节热力站 1 采暖系统 热力管网与热用户之间连接枢纽 单幢楼用或集中热力站 位置最好在热负荷中心 1 直接连接的条件 一 热力站的规模 保证拥护内部采暖系统不汽化 不超过用户允许压力 热力网资用压头大于用户采暖系统阻力 二 热力站的连接方式 2 间接连接的条件 系统与供热热力网连接 供水压力小于系统高度 承压能力低 资用压力小于阻力 失水率过大或有特殊安全要求 以上之一 46 一般间接连接 2 通风 空调系统 热力网开式时 直接连接 闭式时 间接连接 3 生活热水系统 采暖与通风 空调一般并联间接连接 与生活热水并联 多在生活热水负荷较小时 生活热水负荷较大时 与采暖系统串联或混合连接 4 串联和并联 47 三 换热器的选择 1 计算热负荷 1 采暖换热器用室外计算温度时设计热负荷 并考虑5 10 热损失 2 生产工艺热负荷除考虑5 10 热损失外 还应考虑厂内设备同时使用系数 3 生活热水换热器 有储水箱 取日平均 无水箱或储水不足 取最大小时负荷 48 2 传热系数计算 K 传热系数 W m2 1 2 介质至传热壁和壁面至被加热介质表面传热系数 W m2 sg sg 水垢厚度 一般0 0005mm 和水垢热导率 2 3W m 传热壁热导率 W m 钢管45 50 黄铜81 116 纯铜349 465 49 温差计算 算术平均温差 对数平均温差 50 4 传热面积计算 有效长度 fd 沿流程每米长度加热面积 51 5 换热器阻力计算 1 流速确定 de 当量直径 Z 管子根数 2 阻力计算 管壳式 管内 壳程 3 阻力控制推荐值 水侧 50 100kPa 汽侧 20kPa 52 四 水泵选择 1 间接连接的采暖系统循环水泵选择 1 最大总流量为所有用户流量之和加10 裕量 2 扬程大于系统内部阻力和加上30 50kPa裕量 3 台数不小于两台 一台备用 4 外网质量调节或自主调节时 应选调速泵 2 间接连接的采暖系统补水泵选择 1 正常补水量为水容量1 考虑事故 取4 5倍 2 扬程补水点压力加上30 50kPa裕量 3 台数不小于两台 一台备用 53 五 直接连接采暖系统的混水装置 1 设计流量计算 2 扬程不小于总阻力 3 采用混合泵时 台数不小于两台 一台备用 G h Gh 混水装置和采暖负荷热力网设计流量 t h t1 t2 1 热力网设计供水 用户设计回水 用户采暖设计供水温度 u 混水装置设计混合比 4 小型系统中 条件允许 可用汽水混合加热器 54 六 凝结水回收 4 水泵台数不少于两台 一台备用 1 工业热力站 凝结水应尽量回收 宜闭式系统 2 凝结水箱总储水量 可按20 40min最大水量考虑 3 凝结水箱一般设两个 55 七 热力站设计其它要求及注意事项 4 位置较高设备 经常操作需设操作平台 1 水泵采取降噪防振动措施 2 门向外开 设两个出口 3 站内应有必要起重设施 5 热水供应系统换热器 热水出口有阀门时 应在换热器上设安全阀 6 带有凝结水过冷段的换热器 设水位调节装置 7 补水应软化或加药处理 8