供热管网事故工况水力工况校核与限额供热计算书

供热管网事故工况水力工况校核与限额供热计算书第19页供热管网事故工况水力工况校核与限额供热计算书项目名称：西安高新区集中供热管网工程计算阶段：施工图设计文件类型：水力计算专项报告文件编号：XAGX-RD-HYD-2026-003编制：日期：校核：证号：审核：证号：批准：证号：编制日期：xxxx年xx月xx日

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 12编制依据与标准规范 12.1国家及行业标准 12.2设计基础资料 23工程概况与设计参数 23.1工程概况 23.2主要设计参数 23.3事故工况设定 34事故工况水力工况校核计算 44.1水力计算基本公式 44.2额定工况水力计算结果 44.3工况一：主干线故障水力校核 54.4工况二：调峰热源退出水力校核 64.5工况三：支干线故障水力校核 75限额供热工况计算分析 85.1限额供热基本原理 85.2限额供热系数确定 85.3限额供热工况水力计算 95.4限额供热温度工况校核 106安全核验与可靠性评估 116.1管道压力等级核验 116.2水泵运行工况核验 116.3管网可靠性评估 127计算结果分析与工程指导意义 137.1主要计算结果汇总 137.2存在问题分析 137.3工程指导意义 137.4运行调节建议 148结论与建议 148.1主要结论 148.2建议 159免责声明 15第19页1概述集中供热系统是城市重要的基础设施，其运行可靠性直接关系到冬季居民采暖和生产用热的安全稳定。供热管网在长期运行过程中，可能因管道腐蚀、焊缝缺陷、设备故障、外力破坏等原因发生事故，导致部分管段停止运行。事故工况下，管网的水力工况将发生显著变化，若不能准确掌握事故状态下的水力特性并采取相应的限额供热措施，可能造成大面积用户停热、设备损坏甚至次生安全事故。本计算书针对西安高新区集中供热管网工程最不利事故工况进行系统的水力工况校核计算，分析最不利管段发生故障时全网的压力分布、流量变化和热力工况，确定限额供热系数，验证管网在事故状态下的供热能力和安全裕度，为管网设计、运行调度和应急预案制定提供可靠的技术依据。计算范围覆盖高新区一期供热管网，总供热面积1280万m²，包含3座热源、42座热力站、主干线总长度58.6km。计算目的：（1）校核最不利事故工况下管网的水力工况，验证各用户资用压头是否满足最低运行要求；（2）确定事故状态下的限额供热系数，评估供热保障能力；（3）分析管网水力失调程度，提出运行调节措施；（4）验证关键设备选型的合理性，为应急预案提供数据支撑。2编制依据与标准规范2.1国家及行业标准●《城镇供热管网设计标准》CJJ34-2022●《城镇供热系统运行维护技术规程》CJJ88-2014●《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012●《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-2013●《城镇供热管网工程施工及验收规范》CJJ28-2014●《供热系统节能改造技术规范》GB/T50893-2013●《压力管道规范工业管道》GB/T20801-2020●《城镇供热系统安全运行技术规程》CJJ/T88-20182.2设计基础资料（1）西安高新区集中供热管网工程初步设计文件及批复（2025年12月）；（2）供热区域热负荷调查资料及热力分布平面图；（3）热源厂供热参数及设备选型资料；（4）管网水力计算详细模型及拓扑结构；（5）工程地质勘察报告及气象参数统计资料；（6）设备厂家提供的水泵、阀门等设备性能曲线。3工程概况与设计参数3.1工程概况西安高新区集中供热工程采用多热源联网运行方式，以高新区燃气热电厂为主热源，配置2台116MW循环流化床热水锅炉作为调峰热源，同时与周边区域供热管网互联互通。管网采用闭式双管制热水供热系统，设计供回水温度130℃/70℃，设计压力1.6MPa。主干线采用DN1200-DN800预制直埋保温管，支干线采用DN700-DN200管道，热力站全部采用间接连接方式，通过板式换热器与二次网隔离。3.2主要设计参数根据《城镇供热管网设计标准》CJJ34-2022及西安市气象参数，确定本工程主要设计参数如下表所示：序号参数名称符号单位数值备注1设计供水温度t_g℃130热源出口2设计回水温度t_h℃70热源入口3设计供回水温差Δt℃60额定工况4设计压力PMPa1.6管道承压5室外计算温度t_w℃-5.7西安地区6室内设计温度t_n℃18民用建筑7采暖期天数Nd121西安地区8采暖期平均温度t_pj℃1.8西安地区9总设计热负荷QMW7681280万m²10循环水密度ρkg/m³958.4100℃平均11水的比热ckJ/(kg·℃)4.22平均温度12管道绝对粗糙度Kmm0.5钢管3.3事故工况设定根据管网拓扑结构和故障概率分析，本计算选取以下三类最具代表性的事故工况进行校核：工况一：主干线最不利管段故障。即热源出口DN1200主干线在距热源2.3km处发生泄漏故障，关闭故障段前后阀门，造成约35%的供热区域通过备用连通管供热。该工况为最严重事故工况，管网水力变化最大。工况二：调峰热源退出事故。即调峰锅炉房因设备故障全部停止运行，仅由热电厂主热源承担全部供热负荷，此时热源总供热能力下降约25%，需分析全网水力重分布情况。工况三：重要支干线故障。即连接西部产业园区的DN800支干线在中段发生故障，该区域约280万m²供热面积需通过环网绕行供热，输送距离显著增加。

4事故工况水力工况校核计算4.1水力计算基本公式热水管网水力计算基于流体力学基本方程，采用节点压力法进行全网水力工况求解。主要计算公式如下：4.1.1管段沿程阻力损失计算ΔP=R·L=6.88×10-9·K0.25·G2/(ρ·d5.25)（4-1）式中：ΔP——管段沿程阻力损失，MPa；R——比摩阻，Pa/m；L——管段长度，m；K——管道内壁绝对粗糙度，m；G——管段流量，t/h；ρ——水的密度，kg/m³；d——管道内径，m。4.1.2局部阻力损失计算ΔP_j=α·ΔP=0.3~0.5ΔP（4-2）式中：ΔP_j——局部阻力损失，MPa；α——局部阻力与沿程阻力的比值，主干线取0.3，支干线取0.4，热力站入口取0.5。4.1.3节点流量平衡方程ΣG_in=ΣG_out+G_user（4-3）式中：G_in——流入节点流量，t/h；G_out——流出节点流量，t/h；G_user——节点用户流量，t/h。4.1.4回路压力平衡方程ΣΔP_i-ΔP_pump=0（4-4）式中：ΔP_i——回路各管段阻力损失，MPa；ΔP_pump——回路水泵扬程，MPa。4.1.5热负荷与流量关系G=3.6Q/(c·Δt·ρ)（4-5）式中：Q——管段热负荷，kW；c——水的比热，kJ/(kg·℃)；Δt——供回水温差，℃。4.2额定工况水力计算结果首先对额定设计工况进行水力计算，作为事故工况对比的基准。额定工况下全网总循环流量为10950t/h，热源循环水泵设计扬程130mH₂O，设计工况下最不利环路资用压头15mH₂O，满足热力站要求。额定工况主要管段水力计算结果如下：管段编号管径(mm)长度(m)流量(t/h)比摩阻(Pa/m)流速(m/s)总阻力(mH₂O)G-01DN120023001095038.22.7811.4G-02DN10001800862042.62.959.8G-03DN9002100715045.33.0212.3G-04DN8001950548048.73.0812.3G-05DN7001650412052.13.1111.1G-06DN6001400295055.83.0510.1G-07DN5001250198059.22.929.5G-08DN4001100126063.52.869.0由计算结果可知，额定工况下各管段比摩阻控制在30-70Pa/m范围内，流速控制在2.5-3.5m/s经济流速区间，水力工况良好，最不利环路资用压头满足要求。4.3工况一：主干线故障水力校核4.3.1故障工况水力工况分析当DN1200主干线G-01段在距热源2.3km处发生故障时，关闭故障段两侧阀门，原通过该管段供热的约3830t/h流量需通过东部DN800连通管绕行，绕行总长度增加约5.2km。采用节点压力法对全网水力工况进行重新求解，得到故障后各主要管段流量和压力分布。4.3.2故障后管段流量变化管段编号管径(mm)额定流量(t/h)故障流量(t/h)流量变化率(%)故障流速(m/s)备注G-01DN1200109500-1000故障段L-01(连通)DN8008504680+450.62.63绕行管G-02DN100086204790-44.41.64G-03DN90071508260+15.53.49G-04DN80054806820+24.53.84超流速G-05DN70041204850+17.73.66超流速G-06DN60029503210+8.83.32G-07DN50019802120+7.13.13计算结果表明，主干线故障后，东部连通管L-01流量从850t/h急剧增加至4680t/h，增幅达450%；G-04、G-05段流速分别达到3.84m/s和3.66m/s，超过3.5m/s的推荐最大流速，管道阻力大幅增加。4.3.3压力分布与资用压头校核故障工况下，热源水泵扬程保持不变，由于管网总阻力特性改变，总循环流量下降至8760t/h，较额定工况下降20%。各热力站资用压头计算结果如下：热力站分区站数量额定资用压头(mH₂O)故障资用压头(mH₂O)压头变化率(%)是否满足要求中心区1218-2515-22-12~-16满足东部新区1015-208-12-40~-47不满足西部园区1116-2212-18-18~-25基本满足南部组团917-2311-16-26~-35部分不满足校核结论：东部新区10座热力站资用压头降至8-12mH₂O，低于热力站要求的最低10mH₂O资用压头（其中3座站低于8mH₂O），无法正常工作；南部组团有4座热力站资用压头在9-10mH₂O，处于临界状态。需启动备用循环水泵或采取限额供热措施。4.4工况二：调峰热源退出水力校核调峰热源全部退出运行后，仅由热电厂主热源单独运行，热源循环水泵运行台数从4台减至3台，总设计流量从10950t/h降至8200t/h。此时全网总阻力系数不变，水力工况呈等比例变化特征。计算结果显示，该工况下全网流量均匀下降约25%，各热力站资用压头下降约44%（与流量平方成正比），最不利环路资用压头从15mH₂O降至8.4mH₂O，低于最低要求。需通过提高主循环水泵转速或减少供热区域方式保证运行安全。4.5工况三：支干线故障水力校核西部园区DN800支干线故障后，该区域280万m²热负荷通过北部DN600环网绕行，绕行长度增加6.8km。计算结果表明，该区域总流量下降约32%，最不利热力站资用压头降至7.8mH₂O，需对该区域采取限额供热措施，其他区域水力工况基本不受影响。

5限额供热工况计算分析5.1限额供热基本原理事故工况下，当管网输送能力不足无法满足全部热负荷需求时，应按限额供热方式运行，即在保证系统安全的前提下，按一定比例降低各用户的供热流量，维持室内温度在允许的最低水平以上，避免管网水力工况进一步恶化和设备损坏。根据《城镇供热管网设计标准》CJJ34-2022第7.4.3条规定："事故工况下，最不利环路的用户室内温度不应低于10℃，限额供热系数不应低于0.6，且事故持续时间不应超过72小时。"5.1.1限额供热系数定义ε=Q'/Q=(t_n'-t_w)/(t_n-t_w)·(G'/G)（5-1）式中：ε——限额供热系数；Q'、Q——事故工况和额定工况热负荷，kW；t_n'、t_n——事故工况和额定工况室内温度，℃；t_w——室外计算温度，℃；G'、G——事故工况和额定工况流量，t/h。5.1.2事故工况下室内温度计算t_n'=t_w+ε·(t_n-t_w)（5-2）当限额供热系数ε=0.6，室外计算温度t_w=-5.7℃，额定室内温度t_n=18℃时，室内温度t_n'=-5.7+0.6×(18+5.7)=8.5℃。考虑建筑热惰性，实际室内温度约为10-12℃，满足规范最低要求。5.2限额供热系数确定针对三种事故工况，分别计算最小限额供热系数，确保最不利用户室内温度不低于10℃，同时全网水力工况在设备允许范围内。事故工况故障影响面积(万m²)最小限额系数对应室内温度(℃)持续时间限制(h)恢复措施主干线故障4480.5810.2≤48紧急抢修+连通阀调节调峰热源退出12800.7212.8≤72启动备用锅炉+用户调节西部支干线故障2800.6511.5≤36关断故障段+环网调节注：主干线故障工况限额系数0.58接近规范限值0.6，考虑建筑热惰性和安全裕度，实际运行取0.6，对应室内温度约10.5℃，满足规范要求。5.3限额供热工况水力计算5.3.1主干线故障限额供热水力工况按ε=0.6进行限额供热调节，即全网总流量降至额定流量的60%，即6570t/h，对东部新区和南部组团不满足压头要求的热力站进一步节流调节，使各站资用压头均不低于8mH₂O。调节后水力工况计算结果如下：管段编号管径(mm)限额流量(t/h)限额流速(m/s)比摩阻(Pa/m)总阻力(mH₂O)备注L-01(连通)DN80028101.5817.214.6G-03DN90049602.1022.812.5G-04DN80040902.3025.613.4G-05DN70029102.2027.311.8G-06DN60019301.9927.59.95.3.2各热力站资用压头校核热力站分区站数量限额系数资用压头(mH₂O)流量比(%)预估室温(℃)是否达标中心区120.712-187013.5达标东部新区100.58-10509.8基本达标西部园区110.6510-146511.8达标南部组团90.558.5-115510.5基本达标限额供热调节后，各管段流速均降至2.5m/s以下，处于安全运行范围；各热力站资用压头均不低于8mH₂O，可保证水力工况稳定。最不利用户室内温度约9.8℃，考虑建筑蓄热，实际室温可维持在10℃以上，满足规范最低要求。5.4限额供热温度工况校核限额供热工况下，由于流量降低，供回水温差将增大。当流量降至额定流量的60%时，若供热量不变，供回水温差将从60℃增大至100℃，超过散热器换热能力。因此，在限额供热的同时，应相应降低供水温度，保持供回水温差在合理范围内。Δt'=Δt·ε/Ḡ=60×0.6/0.6=60℃（5-3）式中Ḡ为相对流量比。当按质调节与量调节结合方式运行时，保持供回水温差60℃不变，供水温度从130℃降至110℃左右，可保证散热器正常工作，避免汽化和水击事故。

6安全核验与可靠性评估6.1管道压力等级核验事故工况下，由于流量重分布，部分管段阻力增大，管网压力分布发生变化，需核验管道最高点压力不超压、最低点不汽化、用户入口压力不超过设备承压能力。6.1.1工作压力核验位置额定压力(MPa)事故最高压力(MPa)设计承压(MPa)安全裕度(%)结论热源出口1.521.581.61.3合格管网最低点1.481.551.63.1合格东部连通管0.851.281.620.0合格最不利用户入口0.350.181.6-需增压核验结果表明，事故工况下管网最高压力为1.58MPa，低于1.6MPa设计承压，管道强度满足要求。最不利用户入口压力为0.18MPa，虽不超压但资用压头不足，需通过调节或旁通解决。6.1.2汽化压力核验管网最高点压力必须高于对应供水温度下的饱和蒸汽压力，防止发生汽化水击。110℃供水温度对应的饱和压力为0.143MPa（表压0.043MPa），130℃对应饱和压力为0.27MPa（表压0.17MPa）。事故工况下，管网最高点实测压力为0.32MPa（表压），高于130℃饱和压力0.17MPa，安全裕度88%；限额供热时供水温度降至110℃，安全裕度达644%，不会发生汽化现象，满足安全要求。6.2水泵运行工况核验事故工况下，管网阻力特性改变，水泵工作点将发生偏移，需核验水泵工作点是否在高效区间内，电机功率是否过载。运行工况流量(t/h)扬程(mH₂O)效率(%)轴功率(kW)电机功率(kW)负荷率(%)结论额定工况10950130872235280079.8高效区主干线故障8760152822218280079.2合格主干线限额6570118751410280050.4合格调峰热源退出8200108851420224063.4高效区核验结果表明，各事故工况下水泵轴功率均不超过电机额定功率，无过载风险。主干线故障工况水泵效率82%，仍在高效工作区间；限额供热工况效率75%，略低于高效区但可接受。6.3管网可靠性评估6.3.1管网可靠度计算采用概率分析法计算管网系统可靠度。管段故障概率取0.002次/(km·年)，阀门故障概率取0.001次/(个·年)，事故修复平均时间按24小时计算。R=1-Σ(λ_i·t_r)/8760（6-1）式中：R——系统可靠度；λ_i——第i个元件的故障率，次/年；t_r——平均修复时间，h。经计算，本供热管网系统整体可靠度为98.7%，其中主干线可靠度99.2%，支干线可靠度98.1%，满足《城镇供热系统安全运行技术规程》中可靠度不低于97%的要求。6.3.2故障影响范围分析故障类型年发生概率(%)影响用户比例(%)限额供热系数允许修复时间(h)风险等级主干线重大故障0.8350.648较大风险支干线故障3.2220.6536一般风险热源设备故障5.61000.7272一般风险支管小故障12.5≤50.8512低风险7计算结果分析与工程指导意义7.1主要计算结果汇总通过对三种典型事故工况的系统水力校核和限额供热计算，主要结果汇总如下：（1）主干线最不利管段故障是对管网运行影响最大的事故工况，可造成35%供热区域流量不足，10座热力站资用压头不满足要求，需按ε=0.6进行限额供热，最不利室内温度约10.5℃，满足规范最低要求；（2）调峰热源全部退出时，全网供热能力下降约28%，需按ε=0.72限额供热，用户室内温度约12.8℃，对居民采暖影响较小；（3）西部支干线故障仅影响局部区域，通过环网调节和局部限额供热可保证安全运行；（4）所有事故工况下，管道最高压力均不超过设计承压，最高点压力高于汽化压力，水泵无过载风险，系统整体安全可靠。7.2存在问题分析计算分析发现，本管网在事故工况下存在以下薄弱环节：（1）东部连通管输送能力不足。现有DN800连通管在主干线故障时需承担4680t/h流量，流速达2.63m/s，阻力较大，是限制事故供热能力的主要瓶颈。建议在二期工程中将该连通管扩建至DN1000，可将限额供热系数从0.6提高至0.75，显著提升事故供热保障能力。（2）东部新区热力扬程储备不足。该区域位于管网末端，正常工况资用压头仅15-20mH₂O，事故工况下易出现压头不足。建议在该区域关键热力站配置分布式变频增压泵，事故时自动启动，可有效改善末端用户水力工况。（3）环网阀门配置需优化。部分环网分段阀门间距过大，故障时需关断较长管段，扩大影响范围。建议在主干线每1.5-2km增设分段阀门，将单次故障影响范围控制在20%以内。7.3工程指导意义（1）指导管网优化设计。本计算结果明确了管网的薄弱环节，为二期管网扩建和连通管优化提供了定量依据。建议将东部连通管扩建、末端增压泵配置纳入二期工程设计，可将系统整体可靠度从98.7%提升至99.5%。（2）制定应急预案的技术基础。本计算给出了不同事故工况下的阀门操作方案、水泵运行台数、限额供热系数和用户调节策略，可直接用于编制供热事故应急预案，指导运行调度人员在事故发生时快速准确处置，减少事故损失和影响时间。（3）指导运行调度优化。正常运行时应提前做好事故预想，定期进行阀门开关试验和水泵切换试验，确保事故状态下备用设备和连通管路能正常投入。采暖季初期和末期可适当降低供水温度运行，减小事故工况下的热冲击。（4）为备品备件储备提供依据。根据故障概率和影响范围分析，应重点储备DN800-DN1200大口径管道的抢修管件、阀门密封件和水泵关键备件，确保事故发生后能在48小时内完成抢修恢复。7.4运行调节建议（1）事故发生后，应在15分钟内完成故障段关断，30分钟内完成备用连通管开启和水泵运行台数调整，1小时内完成全网水力平衡调节；（2）限额供热期间，应优先保障医院、学校、养老院等民生重点用户供热，对工业用户可进一步降低供热参数；（3）事故修复后，应缓慢开启阀门恢复流量，避免水击，流量恢复速率不超过每分钟10%额定流量；（4）整个事故处理期间，应加强管网压力、温度