北京某钢铁厂有补偿直埋供暖热水管网设计

北京某钢铁厂有补偿直埋供暖热水管网设计摘要：本文根据北京某钢铁厂建设地点的特殊性，详细介绍了沙土地供暖热水管网有补偿直埋敷设设计的方法和技术要点,尤其是针对供暖热水管网中的管道布置和有关补偿器、检查井、固定支架、导向支架的设计要点和设计步骤作了较全面的归纳总结，对同类工程有一定的借鉴作用。关键词：热水；直埋敷设；检查井；支架；补偿器TheDesignofthehotwaterheatingnetworkbuilt-inwithCompensatorsofXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXAbstract:AccordingtotheparticularityofXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX,Thispaperintroductsthemethodsandtechniquesofthedesignofthehotwaterheatingnetworkbuilt-inwithCompensatorsinsand.Alsomadesamorecomprehensivesummarized,especiallyforthehotwaterheatingnetworklayoutandthedesignimportantpointandstepofthecompensatorsettings,theinspectionchamber,theorientedbracketandthefixedbracket.Itcanbeusedforreferenceforthesimilarprojects.Keywords:hotwater;directbuilt-in;inspectionchamber;bracket;compensator1引言随着社会的发展和进步，人们意识到能源的重要性，针对能源的特殊性，节约能源是当前人类的一个重要任务。京唐工程设计时就从节能出发，厂区采暖整体采用热水作为采暖热媒。热水管道的敷设方式有很多种，主要有架空敷设、管沟敷设、无补偿直埋敷设和有补偿直埋敷设等。各种方式都有各自的优缺点，总体来说无补偿直埋敷设即美观又经济，是现阶段供热管道敷设主要采用的方式，但是针对某些特殊土质情况，有补偿直埋敷设则更加安全合理。京唐工程建设用地多为喷沙造地，土质为松软的沙土，经过合理论证后确定热水管道采用有补偿直埋敷设。2有补偿直埋敷设供热管道直埋敷设是将供热管道直接埋设在土壤里的敷设方式，这种方式在国内外已经得到广泛的应用，具有良好的社会效益和经济效益。供热管道直埋敷设分为无补偿直埋敷设和有补偿直埋敷设，有的工程两者结合。有补偿直埋敷设是在管道上设置补偿器，在补偿器两侧设置固定点，由补偿器来吸收供热管道的膨胀或收缩产生的位移。有补偿直埋敷设增加了补偿器、检查井和支架等，与无补偿直埋敷设相比经济效益略差，但是对于管网来说比较安全可靠，设计计算也比较方便。直埋敷设现一般采用预制直埋保温管道，预制直埋保温管道是输送介质的内钢管，外套管和在内钢管和外套管之间填充的憎水不燃型聚氨酯保温层紧密结合而制成的整体管材。保温层采用发泡工艺使其和外套管紧密在一起，外套层一般采用高密度聚乙烯或玻璃钢。当输送介质的温度大于120℃时，贴近内钢管一侧需设一层耐高温的保温材料，比如复合硅酸盐。3供热管道有补偿直埋敷设设计3.1供热管网布局原则对于工业供热管线布局主要根据采暖用户热负荷分布情况、道路现状、发展规划以及地质地形条件等确定，一般布置成枝状。管线多沿道路一侧与其他地下管线平行布置。热网的布置尽量满足使主干线走在热负荷中心，供热半径最短，对工艺厂房干扰最少，施工和运行管理方便等。为确定管线路由，应该与总图专业协商。总体来说需从以下几方面去考虑：管网布置应该在总图整体规划的指导下，深入的研究各功能分区的特点及对管网的要求；管网布置应能与项目发展和规模相协调，改考虑预留的应该预留；管网布置要认真分析当地地形、水文、地质等条件；管网主干线尽可能通过负荷中心；管网力求线路最短；管网敷设力求施工方便、工程量少；在满足安全运行、维修简便的前提下，应节约用地；管线一般沿道路敷设，不穿预留用地；管线尽可能不要穿铁路、公路及其他管沟等，必须穿越时设置必要的措施；3.2管网水力计算3.2.1管网水力计算目的：按设计流量和允许压降选择合适管径；按设计流量和缩选择管径计算压力损失，确定或分配各用户的入口压力。3.2.2管网水力计算的一般要求：确定管网各用户负荷，统计出各分支负荷以及管网总负荷；绘制简单的管网布置图，注明管段长度、补偿器、阀门等；在进行管网水力计算时，应提高整个系统的水力稳定性，为防止水力失调可以采取如下措施：①减小管网干管的压力损失，计算选择管径时适当加大管径；②重要分支和热用户入口设置平衡阀；主干管管径一般不小于DN50，通往单体建筑的管道最小管径热水管为DN32，蒸汽管为DN25；热水管网宜采用双管闭式系统，供回水管应取相同管径。3.3管道的选择随着供热管道直埋技术的不断发展，直埋管道技术也在不断进步。直埋供热管道可以在施工现场制作，也可以在工厂制作完成后运抵现场。但工厂预制直埋保温管道可提高施工速度，确保质量。现阶段最常用的就是预制直埋保温管道。此种管道分单一型和复合型，单一性适用于150℃以下的介质，复合型适用于高温介质。3.4管道横断面布置管线平面确定后一般采用机械开挖，开挖宽度和深度与管道直径和管道中心距有关，一般由管道横断面确定。管道横断面与管道敷设地段的土壤及地下水位高度有关。常规布置如下图几种形式：直埋管道横断面布置尺寸如下表：表1钢管公称直径（mm）钢管外径×壁厚厚（mm）保温管外径×壁壁厚（mm）管中心距E（mm）沟宽B（mm）垫砂厚C（mm）DN4048×3110×2.55340850200DN5060×3.5140×3360900200DN6576×4.0140×3380920200DN8089×4160×3.22400960200DN100108×4200×3.994001000200DN125133×4.55225×4.444501100200DN150159×4.55250×4.994501100200DN200219×6315×6.225001300200DN250273×6365×6.665801400250DN300325×7420×76601500250DN350377×7500×7.887201700250DN400426×7550×8.887801800300DN450478×7600×8.889002000300DN500529×8655×9.8810002100300DN600630×8760×1110602400300DN700720×9850×1212502700300DN800820×10960×1413502900300DN900920×121055×14414503100300DN10001020×1331155×14415503310300注：管间距可以按照管道构件如补偿器、阀门等尺寸进行调整。特殊情况在满足本专业要求的前提下由总图专业确定。在弯头两侧具有较大的侧向位移的区域内，还应适当加大管道外壳和沟壁之间的距离。3.5补偿器及固定支架的设置在确定大概的管网路由后，则需根据管线的长短、管道管径的大小、管道整体布局考虑设置补偿器及相应的固定支架和检查井。由于京唐工程建设用地多为喷沙造地，土质为松软的沙土，为确保管道的稳定性，考虑设置补偿器。补偿器主要用于吸收长直管段的热位移，部分管段可以利用L形或Z型自然补偿，设计时应该注意考虑运用。补偿器的设置位置根据管线布置情况和固定支架受力情况要合理调整，为方便检修，补偿器需设置检查井。京唐工程主要选用的是套筒补偿器，其主要布置方式如图。补偿器的选择主要从管网介质压力、温度以及补偿量满足管段变形量考虑。管段的形变量按如下公式计算：ΔL=α·L（t2-t1）×1000式中α——管材的线膨胀系数，m/m·℃；L——管道的计算长度，m；t1——管道安装时的温度，℃；t2——输送介质温度，℃。按各参数计算出ΔL，补偿器补偿量最好考虑≥1.2ΔL，如果常用补偿器的补偿量不能满足要求，则应该减少需补偿管段的长度，既调整补偿器两端的固定支架距离。对于直埋敷设采用套筒补偿器，固定支架的跨距还需满足下表要求：套筒补偿器热力管道固定支架最大允许跨距表表2公称直径DN253240506580100125150200250300350400450500600最大跨距m243036364856567272108120144144144144168192另外，管网中少不了需要设置必要的L型补偿器，L型补偿器长边和短边有以下要求，布置固定支架是要注意。L型补偿器热力管道固定支架最大允许跨距表表3公称直径DN253240506580100125150200250300350400450500600长边m≯611.51212131314151516.516.51717181820.521短边m≮22.5333.544556.57.58.591010.511.513在满足以上要求后则主要从固定支架的受力情况去选择布置方式，主要原则是让固定支架的受力尽量小。考虑固定支架受力时主要是避免过大的摩擦力和弯头处的盲板力作用在同一固定支架上，例如布置方式③和④就应该尽量避免。直埋管道固定支架的做法有如下几种形式（以双管为例）：做法Ⅰ，施工方便，土建施工和管道施工可以分别进行，但是由于有钢构件会与土壤接触，对防腐要求较高；做法Ⅱ，土建施工需要与管道施工密切结合，由于钢构件都在混凝土内部，所以不存在防腐问题；做法Ⅲ，结构简单，施工方便，土建施工和管道施工可以分别进行，同样由于有钢构件会与土壤接触，对防腐要求较高，如果设置在检查井内这种形式就合适的多，另外这种形式也适合管径较小的管道。固定支架的尺寸大小根据受力由土建专业计算得出。管网根据以上原则初步布置完成后需与总图专业协商，看是否满足总图要求，如果不满足，协商调整，如果满足要求，则进行下一步的管线计算。管线计算时首先标注节点，然后列出管线表计算，管线表可以采用如下形式：表中各节点坐标和地坪标高由总图专业给出；管道中心标高从整体布局考虑，起点取一个合适的标高，然后按坡度根据每段管道长度计算各标高，坡度i≥0.002。固定支架中各参数根据管网敷设情况计算得出，计算固定支架参数时，可以列出如下形式的固定支架表：对于直埋热水管道，表中垂直荷载一般数值很小，考虑0.5t×2的力即可；水平推力则需要根据管网布置和固定支架位置详细计算确定，水平推力主要受力有摩擦力、补偿器弹性力、盲板力等，力的计算方法相关手册都有介绍，计算时注意力的方向即可；计算固定支架留洞标高（表中管道中心标高）时，结合管线表计算会方便的多；表中A和D分别是供回水管间距和留洞大小，对于A的值可以看见表1中的E值，D的值一般取管道（钢管部分）外径加15～30mm。3.6检查井的设置热水管网中除了有补偿器，各分支处还需要设置平衡阀及相关阀门；另外，有的管线很长，管线又有坡度，为了保证管道在合理的埋深，则需要中途提升。由于以上原因，管网需要设置检查井。检查井的设置应该满足以下要求：检查井的净空不应小于1.8m，人行道宽度不小于0.6m；检查井应采用C15或C20混凝土浇灌的防水井，严防地下水渗漏到井内；干管保温结构表面与检查井地面距离不小于0.6m；检查井的人孔直径不小于0.7m，人孔数量不少于两个，并应对角布置，当热水管网的检查井只有放气阀门或检查井净面积小于4m2时，可只设一个人孔；检查井内至少设置一个集水井，并应设置在人孔下方；管道过检查井处带保温，并设置防水套管，套管大小按管道保温外径确定。以下列举几种检查井的形式：检查井内设补偿器、固定支架的还需要设置导向支架，对于直埋附设，导向支架可以如以上R1和R2检查井简单设置，制作形式如下图：图中参数可以参考下表：表4序号管径S(mm)B(mm)L(mm)H(mm)角钢型号1DN5044060根据管道确定L40×52DN6546060根据管道确定L40×53DN8047070根据管道确定L40×54DN100490140根据管道确定L40×55DN1254110150根据管道确定L50×66DN1504140170根据管道确定L50×67DN2006180210根据管道确定L50×68DN2506200260根据管道确定L50×69DN3006250320根据管道确定L50×610DN3506270360根据管道确定L50×611DN