供热工程大作业 某小区换热站及室外热网方案设计

课程大作业设计计算 说明书课 程 供热工程 班 级 建筑环境与设备工程 学 号 10203020115 指导教师 李德英 2010年11月目录1 工程概况111.1 工程概况.111.2 设计内容.112 设计依据.112.1 设计依据.112.2 设计参数.113 负荷概算.113.1 用户负荷.113.2 负荷汇总.114 热交换站设计114.1 热交换器.114.2 蒸汽系统.114.3 凝结水系统.114.4 热供热水系统.114.5补水定压系统.115 室外管网设计115.1 管线布置与敷设方式.115.2 热补偿.115.3 管材与保温.115.4 热力入口.115.5补水定压系统.11课程作业总结.11参考资料1 工程概况1.1 工程概况1.1.1 工程名称：某小区供热系统1.1.2 地理位置：合肥地区1.1.3 本工程为合肥某小区的供热系统设计，为小区的住宅楼和公寓楼采暖提供热源，各热用户如下表1 表1名称1#住宅2#住宅 3#住宅4#公寓5#公寓6#公寓层数111111545建筑面积121001210012100400048005000 1.2 设计内容某小区换热站及室外热网方案设计2 设计依据2.1 设计依据1，李德英。供热工程。中国建筑工业出版社，20042，流体输配管网.中国建筑工业出版社3, 王飞. 张建伟. 直埋供热管道工程设计.中国建筑工业出版社, 20074，陆耀庆主编。实用供热空调设计手册。中国建筑工业出版社，1993。5，城市热力网设计规范CJJ34-20026,采暖通风与空调设计规范GB0019-2003,7,城市热力网设计规范CJJ34-2002,8,公共建筑节能设计标准50189-2005，9,城市直埋供热管道工程技术规范CJJ/T81-98, 10, 李国斌.冷热源系统安装. 中国建筑工业出版社, 2006 11, 张金和. 图解供热系统安装. 中国电力出版社. 20072.2 设计参数冬季采暖设计供水温度80,，回水温度60,3 热负荷概算3.1 热用户热负荷概算及汇总一、 确定总负荷： 利用公式Qn= qfF103 可以计算出各栋楼的热负荷,汇总列入下表2: 表2热用户热负荷(W)合计热负荷（KW）1#住宅1210045=5445002348.5（KW）2#住宅1210045=5445003#住宅1210045=5445004#公寓400050=2000005#公寓480050=2400006#公寓500055=2750003.2由上表计算的各用户的热负荷可以汇总得小区的总热负荷为：2348.5（KW）4 热交换热站设计4.1 换热器4.1.1 换热器选型及台数确定因为本小区的总热负荷为2348.5KW,按照单台换热器的换热量要达到总热荷的60%75%的比例，选一台换热器不合适，且要考虑备用，故选用两台换热器较为合理。2348.50.6=1409.1KW,2348.50.75=1761.4KW.所以取每台换热量为1700KW。所以选择换热量1700KW左右的换热器两台.4.2 蒸汽系统热源：小区由市政热网提供饱和蒸汽，蒸汽压力为0.6MPa。蒸汽经过除尘以后进入分气缸分出,再经过减压进入汽水换热器.蒸汽系统：市政蒸汽-计量-分汽缸-减压-汽-水换热，汽-水换热器进口设温控阀，控制热水出水温度。凝结水系统：汽-水换热器(分汽缸）凝结水-疏水器-凝水(软水)箱-采暖系统补水(排至室外下水道）。4.3 热水系统4.4.1 热水系统设计 热水供暖系统：换热器热水出口-热用户-循环水泵-换热器热水进口，循环水泵选用3台(2用1备)，均采用变频控制。4.4.2 热水系统主要设备选型计算4.4 补水定压4.5.1 补水定压方式确定 补水定压水系统：采用膨胀罐加补给水泵的方式对热水系统定压补水，补水泵选用2台(1用1备)。5 室外管网设计5.1 管线布置与敷设方式5.1.1 管线布置原则布置原理：外网的网路形式对于供热的可靠性、系统的机动性、运行是否方便以及经济效率有着很大影响。(1)对周围环境影少而协调，管道应少穿交通线，考虑园林绿化等因素，管道便于检查、维修。(2)经济上合理。主干线力求短直，主干线尽量走热负荷集中区。注意管线上的阀门、补偿器和某些管道附件；(3)枝状管网布置简单，供热管道的直径随距热源越远而逐渐减小;而金属耗量小，基建投资小，运行管理简便，因为本工程是小区的管网敷设，所以选择枝状管网。由城镇供热工程技术规程可查阅知，热水管网距建筑物基础要大于3米，距城市道路边缘不小于1.5米，所以布置管线邻近道路的管线距道路边缘距离为2米，供回水管道间距为750mm，具体布置如小区管网布置图所示。5.1.2 敷设方式 供热管道的敷设方式分为架空敷设和地下敷设。本小区管网敷设均采用地下敷设方式。本工程采用高密度聚乙烯外护管聚安酯泡沫塑料预制直埋保温管，所以本工程管线均采用直埋敷设。敷设的截面图如CAD图所示。5.1.3 管径确定确定管道的管径计算过程如下：(1) 管段的计算流量就是该管段所负担的各个用户的计算流量之和，以此计算流量、确定管段的管径和压力损失。Gn/=3.6Q n/(c(Tg-Th)Gn/-采暖热负荷热力网设计流量，t/h;Q n/-采暖热负荷，KW;c-水的比热容，KJ/Kg*,取C=4.1868 KJ/KgTg-各用户相应的热力网供水温度，Th-各用户相应的热力网回水温度， (2) 热负荷计算:以1#住宅为例来说明采暖热负荷热力网设计流量的计算：Gn/=3.654450010/4.1868（80-60）= 23.4 t/h1#住宅的采暖热负荷热力网设计流量为23.4 t/h,同理，其他用户的热负荷为:2#住宅:23.4 t/h. 3#住宅:23.4 t/h. 4#公寓:8.6 t/h.5#公寓:10.3 t/h. 6#公寓:11.8 t/h(3) 主干线计算: 因为热水网路各用户所需要的作用压差是相等的,所以从热源到最远用户G为主干线,即主干线为:A-B-C-D-E-F-G.根据热力网路水力计算的方法及步骤、供暖平面图中管道的布置及管道附件的位置，以经济比摩阻30-70Pa/m为计算基础，范围内,根据各管段的流量和平均比摩阻,查水力计算表确定管径和实际比摩阻, 以AB为例:AB段设计流量Gn/=100.96t/h,由经济比摩阻查水力计算表得:d=200mm,R=43.23Pa/m,v=0.87m/s.同理,其他干管的计算也如此,分别列表如下:表3. 表3管段编号计算流量(t/h)管段长度(m)局部阻力当量长度(m)折算长度(m)直径(mm)流速(m/s)比摩阻(Pa/m)管段压力损失(Pa)不平衡率(%)AB 100.9593.3662.362000.8743.232695.82BC92.3108.418.42000.8036.06663.50CD68.9456.1651.161501.13110.605658.30DE58.655.610.61500.9679.55843.23EF35.2504.8454.841250.8375.244126.16FG11.86010.6470.64800.6579.085586.21C123.4225.127.1801.283118428.1E223.4226.628.61000.86108.43100.24F323.4228.2530.251000.86108.43279.1B48.6557.862.8700.67105.186605.360.86D510.3557.862.8700.80151.029484.0610.15111.7342.636.6700.90194.87129.682.4211.7342.636.6700.90194.87129.68-8.4311.7343.3137.31800.6477.782902.12-16.4管段AB的局部阻力当量长度可查阅供热工程附录2-2.结果为:一个煨弯:2.52.1个波纹管补偿器:0.84.合计:3.36. 折算长度lzs=59+3.36=62.36m,管段AB的压力损失P=Rlzs=2695.82Pa计算结果计入表3.用同样的方法计算其他干管的管径和压力损失.各管段的局部阻力当量长度计算表4: 单位(m)管段编号/局部阻力形式闸阀补偿器弯头分流三通直通管分流三通分支管三通分流管AB波纹:0.84一个:2.52BC一个:8.4CD波纹:0.56一个:5.6DE一个:5.6EF波纹:0.44一个:4.4FG一个:1.28方形;3.5一个:0.76一个:5.1C1一个:1.28一个:3.82E2一个:1.65一个:4.95F3一个:1.65一个:6.6B4一个:1方形:3.2一个:0.6一个:3D5一个:1方形:3.2一个:0.6一个:31一个:0.6一个:22一个:0.6一个:23一个:0.76一个:2.55(4) 支线计算以支管D5为例说明水力计算过程管段D5的资用压力为: P=PDE+PEF+PFG=843.23+4126.16+5586.21=10555.6Pa.管段D5的估算比摩组为:R=P/lbj(1+aj),其中aj=0.6,则R=119.95Pa/m根据D5的流量10.3t/h和R查水力计算表得d=70mm, R=151.02Pa/mv=0.80m/s,由表4,可知其当量长度ld=1+3+0.6=4.6m,则折算长度lzs=55+7.8=62.8m, P=Rlzs=151.0262.8=9484.06Pa,不平衡率X=(10555.6-9484.06)10555.6=10.15%15%,所以平衡率满足要求。同理:其他支管计算方法与此相同, 现将各管段的计算结果列入表3.但是有的支路不平衡率大于15%.例如B4支路的不平衡率为60.86%,需要装调压装置, 在B4管段上加调压孔板,采用调压板消除剩余压头B4的剩余压头为P =2(16876.86605.3)=20543Pa f=23.21104/7070(205431000)0.5+0.8128600=58529.73d=(GDnDnf) 0.5=(8600707058529.73) 0.5=26.83.即调压板的孔径为26.83所以,对不平衡率很大的支路可以加装调压孔板来消除剩余压头.5.2 热补偿5.2.1 补偿方式(1)确定热补偿器方式及固定支座位置：固定支架间的最大允许间距可根据初步设定管径确定，安装波纹管补偿器的的干线固定支架的最大间距应小于50米.当每个支架之间必须设一个补偿器。尽量利用自然补偿，不便使用方形补偿器时应选用套筒补偿器或波形补偿器，当钢管直径较大，安装位置有限时可设置套筒补偿器或波形补偿器。套筒补偿器使用时需要注意定期检修，以防漏水。波形补偿器选择时应注意使用条件，避免氯离子腐蚀。本设计主要采用波纹管补偿器和方形补偿器。具体位置见图纸所示。局部阻力当量长度结果如表2。(2)固定支架间距的确定原则: 固定支架用来承受管道因热胀冷缩时所产生的推力,为此支架和基础需坚固,以承受推理的作用,固定支架间距的大小直接影响到管网的经济性,因此要求固定支架布置合理,使固定支架允许间距加大以减小管架的数量.(3)固定支座有以下要求:1,在管道不允许有轴向位移饿节点处设置固定支座,例:在支管分出的干管处在热源出口,热力站和热用户入口处,均应设置固定支座,以消除外部管路作用于附件和阀门上的作用力,使室内管道相对稳定在管路弯管的两侧应设置,以保证管道弯曲部位的弯曲应力不超过管子的许用应力范围。2,在支管装设的支架要求距干管三通处的距离小于9m,3,一次性补偿器与固定支架之间的间距不应大于表中数据的一半:见表3.(此表摘录于实用供热空调设计手册)管径()20015012510080间距(m)121.284.784.568.869.0综上,本小区供热管网固定支座位置如图纸所示。5.2.2 固定支座受力计算（只算一个）固定支座受力以B4支路为例,在固定支座之间设有方形补偿器.计算如下:1、 方形补偿器的尺寸H=4.0 L3=0.5L2 R=0.6m 固定支座的间距L=40m(1) 确定方形补偿器的几何尺寸自由臂长 L1=40DN=400.07=2.8m根据图形所示 L2=H-2R=4.0-20.6=2.8mL3=0.5L2=0.52.8=1.4m(2)根据管子规格，查表得弯管的特性系数和管子的材料特性值。弯管柔性系数K=1.774,应力加强系数m=1.0,管子的断面抗弯矩w=13.8cm3管子的断面惯性矩I=52.5cm4 管子的弹性系数E=20.001MPa 管子的线膨胀系数=12.2m/ （3） 计算方形补偿器的折算长度Lzh和弹性中心坐标位置：Lzh=2L1+2L2+L3+6.25RK=22.8+22.8+1.4+6.280.631.774=19.6m=0=1.54m(4) 计算折算管段对轴的惯性矩=(2L2+4L3)*(+6.28*k(+1.635L2k+1.5-L2h=50.09(5) 确定固定支架之间管道的计算热伸长量X=（-）L=12.2(80-0) 40=0.039m(6) 计算方行补偿器弹性力=*=81.7N支座的受力计算简图如下所示:F=Pt1+uq1L1=81.7+0.361.020=447.7N5.3 管材与保温本工程采用高密度聚乙烯外护管聚安酯泡沫塑料预制直埋保温管，5.4 热力入口具体详图见2#图纸，它设置在单幢建筑物用户的地沟入口，站内设置温度计、压力表等检测装置，在供水管道上装过滤器，防止污垢、杂物等局部系统内，在低点处设置泄水阀，检修时排泄供暖系统中的水量。6,管网试调节运行方案(1)供热管线工程宜与热力站工程联合进行试运行.(2)供热管线的试运行应有完善,灵敏,可靠的通信系统及其他安全保障措施.(3)在试运行期间,管道法兰,阀门,补偿器及仪表等处的螺栓应进行热紧.热紧时的运行压力应在0.3MP以下.温度宜达到设计温度,螺栓应对称拧紧,在热紧部位应采取保护操作人员安全的技术措施.(4)试运行期间发现的问题,属于不影响试运行安全的,可以待试运行结束后处理,属于必须当即解决的,应停止运行处理.试运行的期间,应从正常试运行状态的时间起计72小时.(5)供热工程应在认可的参数下试运行,试运行的时间应连续运行72小时.试运行应缓慢地升温,升温速度不应大于10度/小时.在低温试运行正常以后,可缓慢升温到试运行参数下运行.(6)试运行期间,管道,设备的工作状态应正常,并应做好检查和考核的各项工作及试运行资料等记录.(7)试运行开始后,每隔1小时对补偿器及其他管路附件进