室外供热管网设计与布置敷设课件提纲

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室外供热管网设计第一节室外供热管网系统第二节室外供热管网的布置第三节室外供热管网的敷设与构造第四节室外供热管网的应力计算*2第一节室外供热管网系统按热媒分为：热水供热系统、蒸汽供热系统按热源分为：热电厂供热系统、区域锅炉房供热系统按供热管道分为：单管制、双管制和多管制供热系统*3一、热水供热室外管网系统（一）热水供热系统的型式1．按热媒流动形式闭式系统—热网循环水仅作为热媒，不取出使用。开式系统—热网循环水全部取出使用。半开式系统—热网循环水部分取出使用。*42．按供热管道单管制、双管制和多管制供热系统。⑴单管制开式系统如图5-1(a)，只有一条供水管。使用条件：供暖和空调等所需管网平均小时水量=热水供应平均小时水量。

Gp.k=Gp.r*5⑵双管制闭式系统如图5-1(b)，一条供水管和一条回水管。供水量=回水量，是应用最广泛的一种系统。*6⑶双管制半闭式系统如图5-1(c)。一条供水管和一条回水管。大部分回水返回热源，一小部分回水与高温水混合后至热水供应用户。*7⑷三管制闭式系统如图5-1(d)。两条供水管，一条回水管路。⑸四管制闭式系统如图5-1(e)。将季节性用热户与常年性如用户分开，各有一条供水管和一条回水管。*8（二）闭式热水供热系统我国目前最广泛采用的热水供热系统。热水网路与热用户的连接方式：直接连接：热网的水力工况和供热工况与热用户密切联系。二者热媒相同，温度也相同。间接连接：热网水力工况与热用户无关。二者热媒和温度均不相同。*91．间接连接如图5-2（a）。特点：①热网系统与供暖系统由换热器隔离。②造价高，消耗电能，运行管理费用增加。*102．装设容积式换热器的连接方式如图5-2（b）。特点：①换热器具有换热和储存热水两种功能。②传热系数低，换热面积大。③清洗水垢方便。适用于工业企业和公用建筑的小型热水供应系统。*113．无混合装置的直接连接如图5-2（c）。⑴特点连接方式简单，造价低。⑵设计要求①网路设计供水温度≯《暖通规范》规定的散热器供暖系统最高热媒温度。②用户入口处的热网供、回水管的资用压力＞供暖系统用户要求的压力损失，即

*124．装水喷射器的直接连接如图5-2（d）。⑴特点：水喷射器无活动部件，构造简单，运行可靠，网路系统的水力稳定性好。⑵设计要求①网路设计供水温度>供暖系统用户要求的供水温度时采用。②供回水管之间有足够的资用压力，能满足水喷射器正常工作。通常只用在单幢建筑物的供暖系统上，需分散管理。*135．装混合水泵的直接连接如图5-2（e）。⑴特点

①可适当集中管理，但造价和运行费用高。

②调节混合水泵和热网供、回水管进出口处的阀门开度，可调节进入用户的供水温度和流量。*14⑵设计要求

①当供回水管之间的资用压力，不能满足水喷射器正常工作时采用。

②在热网供水管入口处应装设止回阀（以防止混合水泵扬程高于热网供、回水压差时，将热网回水送入热网供水管内）。

③在混合水泵入口装设止回装置（防止水泵扬程低时，供水进入回水管）。*156．通风空调热用户与热水网路的连接如图5-2（f）。特点：

①空气加热设备承压能力高，对热媒参数无严格限制。

②连接方式简单。*16(三)闭式双级串联和混联连接的热水供热系统1．双级串联的连接方式图5-3(a)。通过水温调节器3控制阀门的开度，可达到调节热水供应系统水温的目的。通过流量调节器4控制用户系统流量，达到稳定供暖系统水力工况的目的。*172．混联连接的方式图5-3(b)。调节进入各热交换器的热网供水阀的开度，控制进入各热交换器的网路水流量。上述两种连接方式的特点：用热网回水预热上水，可减少网路循环水量。用户系统与热水网路的水力工况隔离，便于管理。适用于城市大型热水供热系统。*18(五)开式热水供热系统1．无储水箱的连接方式图5-4(a)。特点：连接方式简单。设计要求：回水进水管上设止回阀。供水管上设水温调节阀。适用于小型住宅和公用建筑中。用户的热水供应用水直接取自热水网路系统。*19如图5-4(b)。特点：热水水温稳定。设计要求：回水进水管上加止回阀。供水管上设水温调节阀。适用于浴室、洗衣房和用水量很大的工业厂房中。2.装设上部储水箱的连接方式*203．与上水混合的连接方式图5-4(c)。特点：可减少热网补水量；连接方式简单。设计要求：要求供水管压力＞上水管压力，需在上水管上设止回阀。适用于热水供应用水量很大的场合。*21(六)设计方案的选择与比较在供热工程设计中，设计方案的确定是一项重要的、且影响全局的工作，供热系统设计方案涉及到：能源合理利用和运行管理；能源、外网和热用户三个方面。供热系统设计方案的确定：应根据现行国家能源政策、有关规程规范，全面考虑热源、热网和热用户三个方面，经过技术经济比较综合分析后加以确定。*221．设计方案比较以图5-5所示的两个小区供热方案为例，讨论A、B小区供热方案，即热网加热器和热网循环水泵的组合配套问题。在A、B小区域各有二级热网向热用户供热，有三个供热方案。

图5-5供热区域A、B示意图*23⑴方案一：采用两套热网如图5-6所示，对A、B两个区域采用两套热网加热系统分别供热。优点：供热系统互不干扰，可采用不同的定压方式，不同的定压点压力，不同的供、回水温度。图5-6供热方案一1—热网加热器；2—热网循环水泵缺点：初投资和运行费较高，占地面积大。适用条件：A、B区地形高度差较大，要求不同定压值，或热用户需要不同的供、回水温度的情况。*24⑵方案二：采用一套热网如图5-7所示，循环泵扬程按最远的B区选择，对距热源较近的A区进行节流。优点：系统最为简单。图5-7供热方案二1—热网加热器；2—热网循环水泵

缺点：A区节流损失大，运行不经济。特别是当A区的流量明显大于B区时。适用条件：A区的流量小于B区，两区所需水泵扬程相差不大，经经济分析证明合理。*25⑶方案三：采用一套热网设中继站如图5-8所示。优点：合理、节能。适用条件：特别适合于A区的流量明显大于B区流量，和A、B两区之间距离L2较大的情况。图5-8供热方案三

1—热网加热器；2—热网循环泵；3—中继泵L2L1*26上述三个方案是工程中常见的并有可能采用的实际方案，具体评价哪个方案优哪个方案劣，需要根据实际情况来比较。可比较的因素有：技术因素：A区和B区的流量；两区到热源的距离，地形高差等。经济因素：初投资、运行费用。最佳方案：首先是“在技术上是可行的，在经济上是合理的”，从中选出最佳方案。*272．网路系统的划分在工程设计中，首先是要在技术上可行，然后才能进行经济比较。因此，系统划分是确定方案经常遇到的问题。以图5-5作为例，假定在热电厂内设置一套热网加热器、一套热网循环泵，供热管道有两种不同的布置方案。图5-5供热区域A、B示意图*28⑴方案一：四管制在热源处设分水器、集水器，分别向A区和B区供热，热源出口处共有四根管道，如图5-9所示。优点：可在热源处集中控制A、B区的供热时间和调节流量。缺点：管道多。图5-9方案一及水压图1—热网加热器；2—热网循环水泵3—分水器；4—集水器*29⑵方案二：两管制在热源处不设置分水器、集水器，热源出口仅有供回水两根管，如图5-10所示。优点：管道材料少。缺点：调节控制不灵活。图5-10方案二及水压图1—热闷加热器；2—热网循环水泵*30⑶两个方案的水压图也不同在方案一，距离热源较近的A区可在热源内部的分水器、集水器的阀门上节流；在方案二，则在热网分支处(或在A区热力站入口处)节流。图5-10方案二及水压图图5-9方案一及水压图*31二、蒸汽供热室外管网系统蒸汽供热系统，被广泛地应用于工业建筑，承担：生产工艺、热水供应、通风空调和供暖热负荷。根据热用户的要求，蒸汽供热系统可以分为：单管制、双管制和多管制等。*32(一)系统形式按管道数可分为：单管制双管制多管制

*331．单管制蒸汽供热系统

如图5-11(a)所示。只有一根供汽管，凝结水不回收，用于热水供应及工艺用途或排入疏水系统。使用条件：一般用于用汽量不大的系统。(a)不回收凝结水的单管式系统*342．双管制蒸汽供热系统如图5-11(b)所示。一根供汽管，一根回(凝)水管。使用条件：应用最广的系统。(b)回收凝结水的双管式系统*353．多管制蒸汽供热系统如图5-11(c)所示。有两根或两根以上的供汽管，一根或一根以上的回(凝)水管。使用条件：常用于生产工艺要求有几种不同压力的蒸汽的场合。(c)回收凝结水的三管式系统*36(二)与热用户的连接方式图5-12蒸汽供热系统示意图(a)生产工艺热用户与蒸汽网连接图；(b)蒸汽供暖用户系统与蒸汽网直接连接图；(c)采用汽-水换热器的连接图；(d)采用蒸汽喷射器的连接图；(e)通风系统与蒸汽网路的连接图；(f)无储水箱的热水供应图*371．与生产工艺热用户的连接方式如图5-12(a)所示为直接连接。外网蒸汽，经用户减压阀减压后，供给工艺用热设备，凝结水经疏水器、用户凝结水箱，由凝水泵送回外网凝水管。*382．与蒸汽供暖用户的连接方式如图5-12(b)

所示为直接连接。外网蒸汽经减压阀降压，进入散热设备，凝结水通过疏水器进入用户凝结水箱，由凝结水泵送回外网凝水管。

*393．与热水供暖用户的连接方式图5-12(c)

所示为间接连接。外网蒸汽减压后进入汽-水换热器，散热后的凝结水经疏水器靠余压流回外网凝水管。热水供暖用户成独立的封闭系统，循环水泵将采暖回水送入汽-水换热器，吸热后进入散热器散热。*404．与蒸汽喷射装置的连接方式图5-12(d)

所示为直接连接。外网蒸汽进入蒸汽喷射装置，抽吸供暖系统回水，混合加热后进入散热器散热。系统中多余水量从水箱溢流回外网凝结水管。*415．与通风空调系统的连接方式图5-12(e)

所示为直接连接。外网蒸汽经减压阀降压后，进入散热设备，散热后的凝结水经疏水器流回外网凝水管。*426．与热水供应系统的连接方式图5-12(f)

所示为间接连接。外网蒸汽经减压阀降压，进入汽-水换热器，散热后的凝结水经疏水器流回外网凝水管。热水供应系统：为开式系统，上水经汽-水换热器加热后，送到各配水点。

*43第二节室外供热管网的布置

一、布置原则在技术上可行，经济上合理，对周围环境影响少而协调。(1)管网主干线尽可能通过热负荷中心。(2)管网力求线路短直。(3)管网敷设应力求施工方便，工程量少。(4)在满足安全运行、维修简便的前提下，应节约用地。*44(5)在管网改建、扩建过程中，应尽可能做到新设计的管线不影响原有管道正常运行。(6)管线一般应沿道路敷设，不应穿过仓库、堆场以及发展扩建的预留地段。(7)管线尽可能不通过铁路、公路及其他管线、管沟等，并应适当地注意整齐美观。(8)街区或小区干线一般应敷设在道路路面以外，在城市规划部门同意下可将热网管道敷设在道路下面。*45供热管道与建筑物、构筑物或其他管线的最小水平净距，见表5-3。埋地热力管道或管沟外壁与建筑物、构筑物的最小水平净距表5-3*46二、布置形式供热管网平面布置主要有：枝状和环状两种形式，见图5-19。图5-19热网平面布置(a)环状布置；(b)枝状布置*471．环状布置如图5-19（a），主干线连成环状管网。在城市中多热源联合供热时，各热源连在环状主管网上。这种方式投资高，但运行可靠、安全。*482．枝状布置如图5-19（b）。管网形式简单，投资省、运行管理方便。其管径随着其与热源距离的增加和热用户的减少而逐步减少。*49图5-20是一个大型的热网系统示意图。图5-20大型热水供热系统的热网示意图1—热电厂；2—区域锅炉房；3—热源出阀门；4—输送干线分段阀门；5—主干线；6—支干线；7—用户支线；8—热力站；9、30、11、12—输配干线上的分段阀门；13—连通管注：双管线路以单线表示*50三、供热管道平面图供热管道的布置应根据确定的供热系统方案、管道布置原则和敷设形式等，结合实际情况进行，并用平面图、纵断面图、横断面图和节点详图等表示出来。*51供热管道平面图主要内容：①管道的名称和管径；②管道平面位置和连接形式；③固定支架位置及数量；④管道辅助设备(如补偿器、阀门、疏水器、排水和放气装置等)的位置；⑤管道节点以及横断面图的编号等。*52图5-21某厂厂区地下敷设供热管道平面图*53锅炉房→高压蒸汽→蒸汽管道→1、2、3车间，供生产和供暖等用，各个车间凝结水→自流→3号车间凝结水水箱→凝结水泵→锅炉房回水箱。图5-21某厂厂区供热管道平面图*54管道的长度、支架和辅助设备等的平面位置，用方格网坐标表示。格线间距为100m;纵向格线编号是1A、2A、3A、4A、

5A

横格线编号是21B、22B、…、26B图5-21某厂厂区供热管道平面图*55例如图中管道由左向右，然后向上拐弯，拐弯处自流凝水管的位置是：

()，

即该点在格线2A以上82m，在格线24B向右47m。图5-21某厂厂区供热管道平面图*56四、供热管道纵断面图图5-22所示为不通行地沟的地下敷设供热管道的路线与纵断面图。图5-22热网管段的纵端面图1—雨水道、下水道；2—电缆；3—空气阀；4—放水阀；J—检查室；G—固定支架；F—方形补偿器*57在图上应标注：地面设计标高、原始标高、现状与设计的交通线路和构筑物的标高、以及各段热网的坡度等。*58五、地沟横断面图在图中应确定：地沟横断面构造和尺寸、管道排列位置。标注：管径、保温层厚度、管距等。图5-23为通行地沟敷设实例。H--热水供水管；HR--热水回水管；S--蒸汽管；CN--凝结水管；HW--热水供应管；HX--热水供应循环管。图5-23通行地沟敷设实例1—管道支架根部；2—管道支座；3—加强板

*59第三节室外供热管网的敷设与构造供热管线的敷设：指将供热管道及附件，按设计条件组成整体，并使之固定就位的工作。供热管线的构造：包括管道及附件、保温、补偿器、管道支座及地上敷设的管道支架、操作平台和地下敷设的地沟、检查室等构筑物。*60一、供热管网的敷设方式供热管网的敷设方式：地上(架空)敷设和地下敷设。1．地上敷设按支架高低：低支架敷设、中支架敷设、高支架敷设。优点：不受地下水位、土质和其他管线的影响，构造简单，维修方便。缺点：占地面积较多，管道热损失大，在某些场合下不够美观。*61(1)低支架敷设（图5-24）在不防碍交通，不影响厂区扩建的场合，可采用低支架敷设。

图5-24低支架图为避免地面雪、水的侵蚀，管道保温层外壳底部距地面的净距离0.5-1.0m。*62在人行频繁和非机动车辆通行地段，可采用中支架敷设。管道保温层外壳底部距地面净高2.0～4.0m。中支架敷设是地上敷设采用较多的方式。5-25中、高支架

(2)中支架敷设（图5-25）*63(3)高支架敷设（图5-25）在跨越公路、铁路或主要交通干线时，局部采用高支架敷设。管道保温结构底距地面净高为4m以上，一般为4.0~6.0m。地上敷设的支架一般采用钢筋混凝土预制或现场浇制支架。5-25中、高支架

*642．地下敷设为满足市容和其它方面的要求，供热管线不能采用地上敷设时，需采用地下敷设。地下敷设是城镇集中供热管道广泛采用的敷设方式。地下敷设分为：通行地沟、半通行地沟、不通行地沟和直埋（无沟敷设）。*65(1)通行地沟敷设

通行地沟是工作人员可以在地沟内直立通行的地沟。管线布置方式：单侧布管或双侧布管(图5-26)。人行通道高度≮1.8m，宽度≮0.6m（宜取0.7m），并应允许地沟内最大直径的管道通过通道。热水管道通行地沟每隔200m应设置出入口(事故人孔)，蒸汽管道通行地沟每隔100m应设一个事故人孔。图5-26通行地沟*66(2)半通行地沟如图5-27。半通行地沟的人行通道高度1.2~1.4m，宽度≮0.5m。当无条件采用通行地沟时，可采用半通行地沟，以利于管道维修和判断故障地点，缩小大修时的开挖范围。半通行地沟长度>200m时，应设检查口。图5-27半通行地沟*67(3)不通行地沟敷设适用场合：在直管段无需检修附件的场合采用。不通行地沟是城镇供热管道经常采用的地沟敷设型式。

图5-28不通行地沟如图5-28。不通行地沟的横截面较小，只需保证管道施工安装的必要尺寸。特点：造价较低，占地较小；管道检修时必须掘开地面。*68管沟敷设有关尺寸，见表5-4。*69(4)无沟(直理)敷设如图5-29。无沟(直理)敷设是供热管道直接埋没于土壤中的敷设型式。特点：可节约大量的建筑材料，安装费用低，是一种最经济的敷设方式。图5-29埋地管道沟槽尺寸图中保温管底部为砂垫层，砂的最大粒度≯2mm。上面用砂质熟土分层夯实。保温管套顶至地面的深度h一般干管800-1200mm，接向用户的支管覆土深度≮400mm*70直埋敷设分为：无补偿直埋敷设有补偿直埋敷设在热水供热管网中，无沟敷设在国内外已得到广泛地应用。*71①无补偿直埋敷设

供热管网不设专用补偿器。敷设方法:

在管道安装时，在尚未回填土的敞开沟槽内把所敷设的管子加热，当管子被加热至预定温度时，进行回填土。预热温度通常采用比最高运行温度低50℃。*72②有补偿直埋敷设供热管网设置补偿器，并在适当位置设置固定支架。安装时，应保证管线在设计时计算出的热位量在运行时能够实现，并严格按设计给出的预拉值进行预拉。有补偿直埋敷设可以在管道安装完毕、水压试验合格和接头处理结束后回填管沟。*73(5)检查井

地下敷设供热管网，在管道分支处和装有套筒补偿器、阀门、排水装置等处，都应设置检查井，以便检查和检修。*74图5-30

检查井布置图例*75二、供热管道及其附件1．供热管道⑴材料选择管子和附件的选择，依据介质的工作参数（压力和温度）。室内供热管道常采用水煤气管或无缝钢管；室外供热管道采用无缝钢管和电焊钢管。⑵钢管连接焊接、法兰连接和丝扣连接（螺纹连接）*76

水煤气管有两种材质，一个是GB/T3091-2001低压流体输送用焊接钢管，本标准适用于水、污水、燃气、空气、采暖蒸汽等低压流体输送用和其他结构用的直缝焊接钢管。

一个是GB/T3091—93

低压流体输送用镀锌焊接钢管，本标准适用于输送水、煤气、空气、油和取暖蒸汽等一般较低压力流体或其他用途的热浸镀锌焊接（焊或电焊）钢管*772．管道附件供热管道附件：供热管道上的管件(三通、弯头等)、阀门、补偿器、支座和器具(放气、放水、疏水、除污等装置)的通称。供热管网常用的附件：公称压力一般为PN1.0、PN1.6、PN2.0MPa。阀门：用来开、闭管路和调节输送介质流量的设备。常用阀门型式：截止阀、闸阀、蝶阀、止回阀和调节阀等。*78⑴截止阀①功能及作用用于关断，一般不作调节流量。②分类按介质流向：直通式、直角式和直流式(斜杆式)。按阀杆螺纹的位置：明杆和暗杆。⑶结构图5-31是最常用的直通式截止阀结构示意图。

图5-31直通式截止阀*79截止阀内介质为单向流动安装时应注意介质流动方向与阀体的箭头介质应从阀瓣下部进入阀体。图5-31直通式截止阀*80⑵闸阀①功能及作用用于关断，即全开或全关时使用，不易作为调节流量使用。②分类按阀杆结构型式：明杆和暗杆。按闸板的形状及数目：楔式—多为单闸板；平行式—多为双闸板。③结构如图5-32明杆平行式双板闸阀、图5-33

暗杆楔式单闸板闸阀。*81图5-33暗杆楔式单闸板闸阀图5-32明杆平行式双板闸阀*82⑶蝶阀①功能及作用可用来启闭和控制流量。②结构图5-34蝶阀结构示意图。通过摇把转动手轮，带动涡轮蜗杆旋转蝶板的开度，可关闭和控制流量。图5-34蝶阀结构示意图*83三、补偿器1．补偿器的作用用来吸收管道的热伸长，以减少管道在运行过程所产生的弯曲应力，保证管道稳定运行。2．补偿器的种类自然补偿、方形补偿器、波纹管补偿器、套筒补偿器和球形补偿器等。前三种是利用补偿器材料的变形来吸收热伸长；后两种是利用管道的位移来吸收热伸长。*84（一）自然补偿利用供热管道自身的弯曲管段(如L、Z)的变形，来补偿管段的热伸长的补偿方式，称为自然补偿。1．L型管段受热位移如图中虚线所示。图5-40L形管段热位移*852．Z型管段受热位移如图中虚线所示。在管道布置时，应验算其自补偿能力是否能满足要求，应尽量利用自补偿；当不能满足要求时，再选用补偿器。图5-40Z形管段热位移*86（二）方形补偿器结构：由四个90°弯头构成“U”形的补偿器，如图5-43所示。补偿方式：工作时，靠其弯管的变形来补偿管段的热伸长。方形补偿器：通常用无缝钢管煨弯或机制弯头组合而成。*87图5-43方形补偿器*88（三）波纹管补偿器如图5-44所示。图5-44波纹管补偿器*89结构：用单层或多层薄壁金属管制成的具有轴向波纹的管状补偿设备。补偿方式：工作时，它利用波纹变形进行管道热补偿。分类：按波纹形状：“U”形和“Ω”形。按补偿方式：轴向补偿器、横向补偿器和铰接补偿器。*90⑴轴向补偿器按补偿方式：可吸收轴向位移。按承压方式分为：内压式和外压式*91安装方式：装于直管段上。如图所示，在轴向补偿器两侧设导向支架。*92⑵横向式补偿器按补偿方式：可沿补偿器径向变形。安装方式：常装于管道的横向管段上吸收管道热伸长。*93⑶铰接式补偿器补偿方式：铰接轴为中心折曲变形。安装方式：成对安装在转角管段上。二铰点“L”和“Z”型布置*94（四）套筒补偿器如图5-46所示。⑴结构由套管、外壳管和密封填料组成。⑵补偿方式工作时，利用套管在外壳中的位移进行管道的热补偿。⑶型式单向和双向图13-22弹性套筒补偿器*95⑷安装位置单向：安装在靠固定支架处。双向：安装在两固定支架之间。*96（五）球形补偿器结构：由球体及外壳组成，如图13-22

。图13-22球形补偿器补偿方式：球体与外壳可相互折曲或旋转一定角度，以此进行热补偿。安装方式：如图所示。*97球形补偿器工作原理图*98五、管道支座（架）1．定义管道支座（架）--是支承管道并承受管道作用力的管道附件。2．作用：支承管道和限制管道位移。3．分类根据支座对管道位移的限制情况，分为：固定支座和活动支座*99（一）活动支座活动支座—是允许管道和支承结构有相对位移的管道支座。按构造和功能分为：滑动支架、滚动支架、导向支架、弹簧支架、刚性吊架、弹簧吊架*1001．滑动支架承受管道的垂直荷载，允许管道水平方向滑动位移。按管托横截面形状分为：曲面槽滑动支座（如图13-23）丁字托滑动支座（如图13-24）弧形板滑动支座（如图13-25）*101*1022．滚动支架在滑动支座的管托下，加辊轴、滚柱或滚珠盘等部件组成。为得是减少摩擦。*1033．导向支架导向支架可以防止管道产生纵向弯曲，限制管道径向位移，并支承管道荷重。如图所示。*1044．弹簧支架在滑动支座或滚动支座的管托下加弹簧组件构成。如图所示。为保证弹簧良好的工作性能，一般在弹簧支架上设滚珠盘或聚四氟乙烯板。可承受管道荷重和三个方向的位移。*1055．刚性吊架承受管道荷重和水平位移。图13-28示出了几种常见的刚性吊架。*1066．弹簧吊架由刚性吊架与弹簧组成，如图13-29所示。承受管道荷重和三个方向的位移。*107（二）固定支座(架)不允许管道和支承结构有相对位移的管道支座(架)。固定支架承受管道垂直荷重和三个方向的作用力和力矩。它将管道划分成若干补偿管段，分别进行热补偿，从而保证补偿器的正常工作。*108供热管网支吊架可按《火力发电厂汽水管道支吊架设计手册》、《动力设施国家标准图集室外热力管道支座》选用。*109第四节室外供热管网的应力计算概述室外管网的热伸长及其补偿室外管网支座及受力分析*110一、概述1．供热管道应力计算的任务⑴计算管道的一次应力和二次应力，以判断计算管道是否安全、可靠、经济合理。⑵计算管道对设备所产生的推力和力矩，以判断设备是否在安全承受的范围内。2．应力计算时需考虑的荷载⑴管道内的流体压力(简称内压力)；⑵外载负荷：主要是管道的自重(管子、流体和保温结构的重量)和风、雪载荷(对室外管道)。*1113．应力分类一次应力--管道承受内压力和持续外载产生的应力。二次应力--管道由于热胀、冷缩和其它位移受约束产生的应力。一次应力是非自限性的，当超过某一限度时，将使管道整体变形直至破坏。二次应力是有自限性的，二次应力产生的破坏，是在反复交变应力作用下引起的疲劳破坏。*1124．管道应力计算的主要项目⑴选定或校核钢管壁厚；⑵确定活动支座的最大允许间距；⑶分析固定支座受力情况，计算其受力大小；⑷计算管道的热伸长量，确定补偿器的结构尺寸及其弹性力等。*113二、室外管网的热伸长及其补偿1．管道热伸长供热管道安装投运后，由于管道被热媒加热引起管道受热伸长。管道受热的自由伸长量，可按下式计算：

m式中—管道的线膨胀系数(附录14-1)，一般可取＝12×10-6m/(m.℃)；

t1—管壁最高温度，可取热媒的最高温度，℃；

t2—管道安装时的温度，在温度不能确定时，可取为最冷月平均温度，℃；

L—计算管段的长度，m。*114在供热管网设计中，为了吸收管道的热伸长，减少管道在运行过程所产生的弯曲应力，保证管道稳定运行，采用各种补偿方式，如自然补偿、方形补偿器、波纹管补偿器、套筒补偿器和球形补偿器等。*1152．管道自然补偿对L形和Z形管道，当弯管转角不能大于150°时，管道臂长不宜超过20-25m。图5-40L形管段热位移图5-41Z形管段热位移*116L形管道的短臂长度可按下式估算：式中—L形管道短臂长度，m；

—长臂L1的热伸长量，mm；

d0—管道外径，mm。*117

Z形管道的外臂长度h可按下式估算：式中h—Z形管道的外臂长度，m；

E—材料弹性模量，MPa；

[σ]—弯曲允许应力，可取[σ]＝80MPa；

Δt--管道三个方向热伸长量的向量和，mm。*118在确定管道是否选用补偿器之前，应先验算其自然补偿能力是否满足要求。对于同一规格的管子，两端固定，中间无限位支吊点，无分支的管道，其自然补偿能力可按下式判别：式中DN—管子的公称通径，mm；

Δ—管道三个方向热伸长量的向量和，mm；

L—管道展开长度，m；

U—两固定点间直线距离，m。*119*1203．管壁厚度的确定⑴管壁的理论计算厚度式中SL—管子理论计算壁厚，mm；

Pjs—计算压力，MPa；

Dw—管子外径，mm；

—钢材在计算温度下的基本许用压力，MPa;η—纵向焊缝减弱系数。*121⑵管子的计算壁厚

Sj=SL+C式中Sj--管子的计算壁厚，mm；

C—管子壁厚附加值，mm。⑶管子的取用壁厚根据Sj按钢管产品规格，取用管子公称厚度，要求

S≥Sj*1224．管道应力验算

⑴管道在工作状态下，由内压力产生的折算应力σzs不得大于钢材在计算温度下的基本许用应力，即式中Dw—管子外径，mm。

C1—验算时的管子壁厚附加值。

S—壁厚*123⑵管道在工作状态下，由内压和持续外载产生的一次应力，不得大于钢材在计算温度下的基本许用应力，即式中—持续外载轴向应力，MPa。

—持续外载当量应力，MPa

*124⑶管道由热胀、冷缩和其它位移受约束而产生的二次应力（热胀当量应力），不得大于钢材在计算温度下的基本许用应力，即常用的计算方法有：等值刚度法、有限单元法、应变能微分法、弹性中心法。*125三、室外管网支座及受力分析(一)活动支座间距的确定在确保安全运行前提下，应尽可能扩大活动支座的间距，以节约供热管线的投资费用。1．活动支座间距应满足的条件⑴强度条件管道在工作状态下，由内压和持续外载产生的应力，不得大于钢材在计算温度下的基本许用应力。*126⑵刚度条件管道在一定的跨距下总会有一定的挠度，但由钢管自重产生的弯曲挠度不应大于支架间距的0.0005倍。*1272．支吊架间距计算⑴按强度条件均布荷载水平管段上活动支座的允许间距可按下式计算：

m式中[σw]—管材的许用外载综合应力，MPa；按附录5-6确定。

W—管子断面抗弯矩，cm3；

Φ--管子横向焊缝系数，见表5-24；

q—外载负荷作用下的管子单位长度的计算重量，N/m。*128⑵按刚度条件均布荷载水平管段上活动支座的允许间距可按下式计算：式中—管道的坡度，i=H/L；

I—管道断面惯性矩，m(见附录5-6)；

E—管道材料的弹性模数，N/m2(见附录5-6)；

q—外载负荷作用下管子的单位长度的计算重量，N/m。*1293．水平90°弯管两端支架间管段的展开长度，不应大于水平管段上支架最大允许间距的0.73倍。Lzk≯0.73Lmax

活动支座的最大间距(允许间距)的确定，应同时满足强度条件和刚度条件。附录5-7给出管道活动支座最大允许间距。*130(二)固定支座(架)的跨度及其受力计算1．固定支座(架)的跨距固定支座(架)是供热管道中主要受力构件，也是造价较大的构件。为了节约投资，应尽可能加大固定支座(架)的间距，减少其数目。其间距必须满足的三个条件：⑴管段的热伸长量≯补偿器所允许的补偿量；⑵管段因膨胀和其它作用而产生的推力≯固定支架所能承受的允许推力；⑶不应使管道产生纵向弯曲。固定支座(架)的最大间距，不宜超过附录5-8所列的数值。*1312．固定支座受力计算⑴固定支座受力：重力和水平轴向推力。⑵水平轴向推力(包括三种力)①管道移动时，由活动支座的摩擦力而产生的水平推力Pg.mPg.m=μqL式中q—计算管段单位长度的自体荷裁，N/m；

μ--摩擦系数；钢对钢μ＝0.3；

L—管段计算长度，m；

Pg.m—管道摩擦推力，N。②由弯管补偿器或波纹管补偿器的弹性力或由于套筒补偿器摩擦力而产生的水平推力。*132⑶由管道不平衡内压力而产生的水平推力。(ⅰ)当固定支座(架)设置在两个不同管径之间，不平衡轴向力为

Pch=P（F1-F2）式中Pch—不平衡轴向力，N；

P--介质的工作压力，Pa；

F—计算截面积，m2。*133(ⅱ)当固定支架设置在有堵板的端头、或有弯管以及阀门的管段和设有套筒或波纹管补偿器管段之间时，内压力产生的轴向力为:Pn=PF式中Pn--不平衡轴向力，N；