城镇供热管网设计规范 CJJ 34-2010
中华人民共和国行业标准
城镇供热管网设计规范
Design code for city heating network
CJJ 34-2010
批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部
施行日期:2 0 1 1 年 1 月 1 日
中华人民共和国住房和城乡建设部公告
第703号
关于发布行业标准《城镇供热管网设计规范》的公告
现批准《城镇供热管网设计规范》为行业标准,编号为CJJ 34-2010,自2011年1月1日起实施。其中,第4.3.1、7.4.1、7.4.2、7.4.3、7.4.4、7.5.4、8.2.8、8.2.9、8.2.20、8.2.21、8.2.22、8.2.23、10.4.1、12.3.3、12.3.4、14.3.11条为强制性条文,必须严格执行。原《城市热力网设计规范》CJJ 34-2002同时废止。
本规范由我部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
2010年7月23日
前 言
根据原建设部《关于印发<二00四年度工程建设城建、建工行业标准制订、修订计划>的通知》(建标[2004]第66号) 的要求,规范编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,修订了本规范。
本规范的主要技术内容是:1.总则;2.术语和符号;3.耗热量;4.供热介质;5.供热管网形式;6.供热调节;7.水力计算;8.管网布置与敷设;9.管道应力计算和作用力计算;10.中继泵站与热力站;11.保温与防腐涂层;12.供配电与照明;13.热工检测与控制;14.街区热水供热管网。
本次修订的主要内容为增加街区热水供热管网内容,列为本规范第14章。
本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。
本规范由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释,由北京市煤气热力工程设计院有限公司负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议,请寄送北京市煤气热力工程设计院有限公司(地址:北京市西单北大街小酱坊胡同甲40号,邮政编码:100032)。
本规范主编单位:北京市煤气热力工程设计院有限公司
本规范参编单位:天津市热电设计院
中国船舶重工集团公司第七二五研究所
北京豪特耐管道设备有限公司
北京翠坤沃商贸有限公司
沈阳太宇机电设备有限公司
本规范主要起草人员:段洁仪 冯继蓓 贾 震 孙 蕾 刘 芃 郭幼农 高少东 韩铁宝
本规范主要审查人员:狄洪发 蔡启林 姚约翰 吴玉环 曹 越 王 淮 董益波 李庆平 杨 健 董乐意 李国祥
1 总 则
1 总 则
1.0.1 为节约能源,保护环境,促进生产,改善人民生活,发展我国城镇集中供热事业,提高集中供热工程设计水平,做到技术先进、经济合理、安全适用,制定本规范。
1.0.2 本规范适用于供热热水介质设计压力小于或等于2.5MPa,设计温度小于或等于200℃;供热蒸汽介质设计压力小于或等于1.6MPa,设计温度小于或等于350℃的下列城镇供热管网的设计:
1 以热电厂或锅炉房为热源,自热源至建筑物热力入口的供热管网;
2 供热管网新建、扩建或改建的管线、中继泵站和热力站等工艺系统。
1.0.3 城镇供热管网设计应符合城镇规划要求,并宜注意美观。
1.0.4 在地震、湿陷性黄土、膨胀土等地区进行城镇供热管网设计时,除应符合本规范外,尚应符合现行国家标准《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》GB 50032、《湿陷性黄土地区建筑规范》GB 50025、《膨胀土地区建筑技术规范》GBJ 112的规定。
1.0.5 城镇供热管网的设计除应符合本规范外,尚应符合国家现行相关标准的规定。
2 术语和符号
3 耗 热 量
4 供热介质
5 供热管网形式
5 供热管网形式
5.0.1 热水供热管网宜采用闭式双管制。
5.0.2 以热电厂为热源的热水热力网,同时有生产工艺、采暖、通风、空调、生活热水多种热负荷,在生产工艺热负荷与采暖热负荷所需供热介质参数相差较大,或季节性热负荷占总热负荷比例较大,且技术经济合理时,可采用闭式多管制。
5.0.3 当热水热力网满足下列条件,且技术经济合理时,可采用开式热力网:
1 具有水处理费用较低的丰富的补给水资源;
2 具有与生活热水热负荷相适应的廉价低位能热源。
5.0.4 开式热水热力网在生活热水热负荷足够大且技术经济合理时,可不设回水管。
5.0.5 蒸汽供热管网的蒸汽管道,宜采用单管制。当符合下列情况时,可采用双管或多管制:
1 各用户间所需蒸汽参数相差较大或季节性热负荷占总热负荷比例较大且技术经济合理;
2 热负荷分期增长。
5.0.6 蒸汽供热系统应采用间接换热系统。当被加热介质泄漏不会产生危害时,其凝结水应全部回收并设置凝结水管道。当蒸汽供热系统的凝结水回收率较低时,是否设置凝结水管道,应根据用户凝结水量、凝结水管网投资等因素进行技术经济比较后确定。对不能回收的凝结水,应充分利用其热能和水资源。
5.0.7 当凝结水回收时,用户热力站应设闭式凝结水箱并应将凝结水送回热源。当热力网凝结水管采用无内防腐的钢管时,应采取措施保证凝结水管充满水。
5.0.8 供热建筑面积大于1000×104m2的供热系统应采用多热源供热,且各热源热力干线应连通。在技术经济合理时,热力网干线宜连接成环状管网。
5.0.9 供热系统的主环线或多热源供热系统中热源间的连通干线设计时,各种事故工况下的最低供热量保证率应符合表5.0.9的规定。并应考虑不同事故工况下的切换手段。
5.0.10 自热源向同一方向引出的干线之间宜设连通管线。连通管线应结合分段阀门设置。连通管线可作为输配干线使用。
连通管线设计时,应使故障段切除后其余热用户的最低供热量保证率符合本规范表5.0.9的规定。
5.0.11 对供热可靠性有特殊要求的用户,有条件时应由两个热源供热,或者设置自备热源。
6 供热调节
6 供热调节
6.0.1 热水供热系统应采用热源处集中调节、热力站及建筑引入口处的局部调节和用热设备单独调节三者相结合的联合调节方式,并宜采用自动化调节。
6.0.2 对于只有单一采暖热负荷且只有单一热源(包括串联尖峰锅炉的热源),或尖峰热源与基本热源分别运行、解列运行的热水供热系统,在热源处应根据室外温度的变化进行集中质调节或集中“质—量”调节。
6.0.3 对于只有单一采暖热负荷,且尖峰热源与基本热源联网运行的热水供热系统,在基本热源未满负荷阶段应采用集中质调节或“质—量”调节;在基本热源满负荷以后与尖峰热源联网运行阶段,所有热源应采用量调节或“质—量”调节。
6.0.4 当热水供热系统有采暖、通风、空调、生活热水等多种热负荷时,应按采暖热负荷采用本规范第6.0.2条和第6.0.3条的规定在热源处进行集中调节,并保证运行水温能满足不同热负荷的需要,同时应根据各种热负荷的用热要求在用户处进行辅助的局部调节。
6.0.5 对于有生活热水热负荷的热水供热系统,当按采暖热负荷进行集中调节时,除另有规定生活热水温度可低于60℃外,应符合下列规定:
1 闭式供热系统的供水温度不得低于70℃;
2 开式供热系统的供水温度不得低于60℃。
6.0.6 对于有生产工艺热负荷的供热系统,应采用局部调节。
6.0.7 多热源联网运行的热水供热系统,各热源应采用统一的集中调节方式,并应执行统一的温度调节曲线。调节方式的确定应以基本热源为准。
6.0.8 对于非采暖期有生活热水负荷、空调制冷负荷的热水供热系统,在非采暖期应恒定供水温度运行,并应在热力站进行局部调节。
7 水力计算
8 管网布置与敷设
9 管道应力计算和作用力计算
9 管道应力计算和作用力计算
9.0.1 管道应力计算应采用应力分类法。管道由内压、持续外载引起的一次应力验算应采用弹性分析和极限分析;管道由热胀冷缩及其他位移受约束产生的二次应力和管件上的峰值应力应采用满足必要疲劳次数的许用应力范围进行验算。
9.0.2 进行管道应力计算时,供热介质计算参数应按下列规定取用:
1 蒸汽管道应取用锅炉、汽轮机抽(排)汽口的最大工作压力和温度作为管道计算压力和工作循环最高温度;
2 热水供热管网供、回水管道的计算压力均应取用循环水泵最高出口压力加上循环水泵与管道最低点地形高差产生的静水压力,工作循环最高温度应取用供热管网设计供水温度;
3 凝结水管道计算压力应取用户凝结水泵最高出水压力加上地形高差产生的静水压力,工作循环最高温度应取用户凝结水箱的最高水温;
4 管道工作循环最低温度,对于全年运行的管道,地下敷设时应取30℃,地上敷设时应取15℃;对于只在采暖期运行的管道,地下敷设时应取10℃,地上敷设时应取5℃。
9.0.3 地上敷设和管沟敷设供热管道的许用应力取值、管壁厚度计算、补偿值计算及应力验算应按现行行业标准《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》DL/T 5366的规定执行。
9.0.4 直埋敷设热水管道的许用应力取值、管壁厚度计算、热伸长量计算及应力验算应按现行行业标准《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T 81的规定执行。
9.0.5 计算供热管道对固定点的作用力时,应考虑升温或降温,选择最不利的工况和最大温差进行计算。当管道安装温度低于工作循环最低温度时应采用安装温度计算。
9.0.6 管道对固定点的作用力计算时应包括下列三部分:
1 管道热胀冷缩受约束产生的作用力;
2 内压产生的不平衡力;
3 活动端位移产生的作用力。
9.0.7 固定点两侧管段作用力合成时应按下列原则进行:
1 地上敷设和管沟敷设管道
1)固定点两侧管段由热胀冷缩受约束引起的作用力和活动端位移产生的作用力的合力相互抵消时,较小方向作用力应乘以0.7的抵消系数;
2)固定点两侧管段内压不平衡力的抵消系数应取1;
3)当固定点承受几个支管的作用力时,应考虑几个支管不同时升温或降温产生作用力的最不利组合。
2 直埋敷设热水管道
直埋敷设热水管道应按现行行业标准《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T 81的规定执行。
10 中继泵站与热力站
11 保温与防腐涂层
12 供配电与照明
13 热工检测与控制
14 街区热水供热管网
本规范用词说明
本规范用词说明
1 为便于在执行本规范条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1)表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用“必须”,反面词采用“严禁”;
2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用“应”,反面词采用“不应”或“不得”;
3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用“宜”,反面词采用“不宜”;
4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。
2 条文中指定应按其他有关标准执行的写法为“应按……执行”或“应符合……的规定(或要求)”。
引用标准名录
引用标准名录
1 《建筑给水排水设计规范》GB 50015
2 《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019
3 《湿陷性黄土地区建筑规范》GB 50025
4 《室外给水排水和煤气热力工程抗震设计规范》GB 50032
5 《建筑照明设计标准》GB 50034
6 《锅炉房设计规范》GB 50041
7 《供配电系统设计规范》GB 50052
8 《低压配电设计规范》GB 50054
9 《膨胀土地区建筑技术规范》GBJ 112
10 《内河通航标准》GB 50139
11 《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB 50264
12 《工业锅炉水质》GB/T 1576
13 《声环境质量标准》GB 3096
14 《设备及管道绝热技术通则》GB/T 4272
15 《生活饮用水卫生标准》GB 5749
16 《设备及管道绝热设计导则》GB/T 8175
17 《电能质量 公用电网谐波》GB/T 14549
18 《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T 81
19 《高密度聚乙烯外护管聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》CJ/T 114
20 《热量表》CJ 128
21 《玻璃纤维增强塑料外护层聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管》CJ/T 129
22 《高密度聚乙烯外护管聚氨酯硬质泡沫塑料预制直埋保温管件》CJ/T 155
23 《污水排入城市下水道水质标准》CJ 3082
24 《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》DL/T 5366
条文说明
中华人民共和国行业标准
城镇供热管网设计规范
CJJ 34-2010
条文说明
修订说明
《城镇供热管网设计规范》CJJ 34-2010经住房和城乡建设部2010年7月23日以第703号公告批准、发布。
本规范是在《城市热力网设计规范》CJJ 34-2002的基础上修订而成,上一版的主编单位是北京市煤气热力工程设计院,参编单位是天津市热电设计院、中国建筑科学研究院空调所、中国船舶重工集团公司第七研究院第七二五研究所、北京豪特耐集中供热设备有限公司、兰州石油化工机器总厂板式换热器厂、沈阳市热力工程设计研究院,主要起草人员是:尹光宇、段洁仪、冯继蓓、何方渝、赵海涌、郭幼农、徐邦煦、韩铁宝。本次修订的主要内容是增加了街区热水供热管网内容,提出街区热水管网与热力网不同的技术要求,针对街区热水管网运行调节的特点提出了现实可行的技术要求,并提出水力平衡、变流量等节能运行要求。
为便于广大设计、施工、科研、学校等单位的有关人员在使用本规范时能正确理解和执行条文规定,《城镇供热管网设计规范》编制组按章、节、条顺序编制了本标准的条文说明,对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明,还着重对强制条文的强制性理由作了解释。但是,本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力,仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。在使用中如果出现本条文说明有不妥之处,请将意见函寄北京市煤气热力工程设计院有限公司。
1 总 则
1 总 则
1.0.2 原规范本条第1款将城市热力网定义为由供热企业经营,对多个用户供热,自热源至热力站的热力网。本次修订增加了第14章,对用户街区热水供热管网设计给予相应的规定,主要用于自用户热力站或直接供热的小型热源至用热建筑物的低温热水管网,适用于一般采暖、空调及生活热水系统,温度不高于95℃,压力不高于1.6MPa。因此,修订后的规范适用范围包括自热源至建筑热力入口的城镇供热管网系统,即包括自热源至热力站的热力网、热力站和自热力站至建筑物的街区供热管网。原规范第1款还规定了适用于以热电厂和锅炉房为热源的城镇供热管网,因为这样的城镇供热管网已有多年的设计、运行经验。热泵机房、直燃机房等常规热源的供热管网可执行本规范。对于以地热或工业余热为热源的供热管网,其设计的特殊要求,尚需总结设计、运行经验才能得出,故本规范的适用范围中暂未包括此类供热管网。
本条第2款规定了本规范适用的设计范围。
本条规定了本规范适用的供热介质参数。目前我国已进行过约200℃高温水热力网的试验工作,技术上是可行的。故本规范热水热力网供热介质参数适用范围定为温度不高于200℃。200℃热水对应的饱和蒸汽压力约为1.56MPa,故将其工作压力定为不高于2.5MPa。同时近些年出现了一些大高差、长距离的热网,也需要将热网的设计压力提高到2.5MPa的水平。城镇蒸汽热力网的供热介质参数,目前我国一般为压力不高于1.3MPa,温度不高于300℃,可以满足一般工业用户的要求。本规范为了设计参数留有适当余地,并从不考虑钢材蠕变,简化设计出发,将蒸汽热力网供热介质的参数定为:压力不高于1.6Mpa,温度不高于350℃。
1.0.3 本条规定了城镇供热管网设计的基本原则。其中“注意美观”的规定,体现了城镇供热管网的特殊性,也是一条重要的设计原则。
1. 0.4 本规范的内容只包括一般地区城镇供热管网的设计规定。对于地震、湿陷性黄土、膨胀土等特殊地区进行城镇供热管网工程设计时,还应注意遵守针对这些地区专门的设计规范的规定。
2 术语和符号
3 耗 热 量
4 供热介质
5 供热管网形式
5 供热管网形式
5.0.1 本条为热水供热管网的一般形式的规定,闭式管网只供应用户所需热量,水作为供热介质不被取出。采用闭式管网,管网补水量很小,可以减少水处理费用和水处理设备投资;供热系统的严密性也便于检测。但用户引入口需要设置生活热水的加热设备,使用户引入口装置复杂,投资较大,维修费用较高。由于国内城镇供热管网目前生活热水负荷的比例尚不高,用户投资大的缺点不十分突出,又加上城市水源、水质方面因素的限制,所以目前采用闭式双管制管网是合适的。
5.0.2 本条为闭式热水热力网采用多管制的原则。当需要高位能供热介质供给生产工艺热负荷时,若采用一根管道供热,则必须提高采暖、通风、空调等热负荷的供热介质参数,这对热电联产的经济性不利。同时在非采暖期管网热损失也加大。采用分管供热,针对不同负荷,采用不同的介质参数,可提高热电厂的经济性,非采暖季将一根管停用也减少了热损失,若提高热电厂经济性和非采暖季减少的热损失的费用,可以补偿增加的管道投资时,采用多管制是合理的。
5.0.3 城镇开式热水热力网,目前在我国使用不多。本条只确定了选择原则。开式热水热力网主要特点是直接取用热力网的供热介质作为生活热水使用,不需在热力站设生活热水换热器等设备,用户热力站投资减小。当城镇具有足够大廉价的低位能热源时(例如大量的低温工业余热),应采用开式热水热力网,大力发展生活热水负荷,这样做可以节约大量燃料,降低能源消耗,提高生活水平(如不供生活热水,居民和某些生产部门要用大量燃料来加热热水)。由于直接取用热力网供热介质,所以热力网补水量很大,而且水质要求高,这就要求具有充足而且质量良好的水源,以降低水处理成本。这是采用开式热水热力网的基础条件。
是否采用开式热水热力网,应从燃料节约、管网投资等方面进行技术经济比较确定。在做技术经济比较时,应考虑这时给水管网投资可以减少这一因素。开式热力网不仅节约燃料还可以降低环境污染,具有很大的社会效益。
5.0.4 本条为采用开式单管制热力网的原则。前提是热水负荷必须足够大,且有廉价的低温热源。采用开式单管热力网实质上就是敷设了供热水的给水管网,冬季首先用热水采暖,然后作为生活热水使用。由于其替代了部分自来水管网,所以是很经济的。如果热水负荷不够大,为了保证采暖要大量放掉热水,就不一定经济了。
5.0.5 本条为蒸汽供热管网形式的确定原则。
当各用户之间所需蒸汽参数相差不大,或季节性负荷占总负荷比例不大时,一般都采用一根蒸汽管道供汽,这样最经济,也比较可靠,采用的比较普遍。
当用户间所需蒸汽参数相差较大,或季节性负荷较大时,与本规范第5.0.2条同样的道理。可以采用双管或多管。
当用户分期建设,热负荷增长缓慢时,若供热管道按最终负荷一次建成,不仅造成投资积压,而且有时运行工况也难以满足设计要求,这是很不合理的。在这种情况下,应采用双管或多管分期建设。
5.0.6 本条为不设凝结水管的条件。由于生产工艺过程的特殊情况,有时很难保证凝结水回收质量和数量,此时建造凝结水管投资很大,凝结水处理费用也很高,在这种情况下,坚持凝结水回收是不经济的。但为节约能源和水资源应在用户处,对凝结水本身及其热量加以充分利用。
5.0.7 本条为凝结水回收系统的设计要求,主要考虑热力网凝结水管道采用钢管时,防止管道的腐蚀。用户凝结水箱采用闭式水箱主要考虑防止凝结水溶氧,同时凝结水管采用满流压力回水,这时就不会形成严重的腐蚀条件。强调管中要充满水,其含义是即使用户不开泵时,管中亦应充满水。现在有些新型管材或钢管内衬耐腐蚀材料,当选用这些耐腐蚀管材时,可采用非充满水的形式。
5.0.8 供热建筑面积大于1000×104m2的大型供热系统,一旦发生事故,影响面大,因此对可靠性要求较高。多热源供热,热源之间可互为备用,不仅提高了供热可靠性,热源间还可进行经济调度,提高了运行经济性。各热源干线间连通,或热力网干线连成环状管网,可提高管网可靠性,同时也使热源间的备用更加有效。环状管网投资较大,但降低了各热源备用设备的投资,故是否采用应根据技术经济比较确定。
5.0.9 供热干线或环状管网设计时留有余量并具备切换手段才能使事故状态下热量可以自由调配。
由于供热是北方地区的生存条件之一,供热系统的可靠性是衡量保证安全供热能力的重要指标,应尽可能提高供热可靠性,事故时至少应保证最低的供热保证率,以使事故状态下供热管线、设备及室内采暖系统不冻坏。在经济条件允许的情况下,可提高表5.0.9规定的供热保证率。
5.0.10 本条建议同一热源向同一方向引出的干线间宜设连通线,可在投资增加不多的情况下增加热力网的后备能力,提高供热的可靠性。
连通管线同时作为输配干线使用,比建设专用连通线节约投资。结合分段阀门的设置来设置连通管线的目的是在事故状态下,利用分段阀门切除故障段,保证其他用户限量供热。
5.0.11 本条主要考虑特殊条件下的重要用户设计原则,并不适用于一般用户。例如北京人民大会堂、国宾馆等重要政治、外事活动场所,在任何情况下,不允许中断供热。
6 供热调节
6 供热调节
6.0.1 国内外的经验证明,热水供热系统实现高质量供热,必须采用在热源处进行集中调节、在热力站或热力入口处进行局部调节和在用热设备处进行单独调节相结合的联合调节方式。在热源处进行的集中调节是满足供热质量要求、保证热源设备经济合理运行的必要手段。集中调节是粗略的调节,只能解决各种热负荷的共同需求。即使只有单一采暖负荷,各建筑物、各采暖系统对供热的需求也不是完全一致的。集中调节只能满足热负荷的共性要求。在热力站特别是在单栋建筑入口的局部调节可根据单一负荷的需求进行较为精确的供热调节。在用热设备处的单独调节是满足用户要求的供热品质的最终调节。上述几种调节方式是相互依存、相互补充的,联合采用才能实现高质量供热。以上所述的各种调节只有借助自动化装置才能达到理想的效果。特别是实行分户计量后,用户有了自主调节的手段,使在用户设备处进行的单独调节变得十分活跃。用户自主调节的实质是热负荷值根据用户的自主需要而改变,供热系统要适应这种热负荷随机变动的情况,而保持供热系统供热质量的稳定就更加需要提高调节的自动化水平。
6.0.2 本条为单一采暖负荷、单一热源在热源处进行的集中调节的规定。单一采暖负荷采用集中质调节对于热电厂抽汽机组供热较为合理。这种调节方式的优点是采暖期大部分时间运行水温较低,可以充分利用汽轮机的低压抽汽,提高热电联产的经济性。同时集中质调节在局部调节自动化水平不高的条件下可使采暖供热效果基本满意。质调节基于用供热介质温度的调节适应气温变化保持用户室内温度不变的原理,而不改变循环流量,故其缺点是采暖期水泵耗电量较大。“质—量”综合调节供水温度和管网流量随天气变冷逐渐加大,可较单纯质调节降低循环水泵耗电量。“质—量”调节相对于单纯质调节供水温度的调节幅度较小,整个采暖期供水平均温度较高,所以相对于单纯质调节热电联产的节煤效果稍差。若选择恰当的温度、流量调节范围,“质—量”调节可以得到很好的节能效果。因为锅炉运行的经济性与供水温度的高低关系不大,所以“质—量”调节对锅炉房供热是较好的供热调节方式。
用户自主调节和供热系统进行的供热调节是性质完全不同的调节。存在用户自主调节不会改变供热调节方式的性质。用户自主调节导致热需求的改变,当然引起热负荷的改变,但这不是室外气温改变导致的负荷改变。用户热需求增大即相当用户增多,用户热需求减小即相当用户减少,这会使供热系统的循环流量改变,并不意味着实施了量调节,集中质调节(或质—量调节)方式并未改变。但用户自主调节造成的负荷波动却会对供热调节质量产生影响。若供热系统的集中调节采用质调节,在热负荷稳定的情况下,管网循环流量不变,只要及时根据室外气温按给定的温度调节曲线准确调整供水温度即可得到较高的调节质量。当用户自主调节活跃时,虽然还是质调节,但热网流量会产生波动,如果供热调节未实现自动化,那么在室外气温不变的情况下,热网供水温度将受影响而波动,降低了调节质量;同时,流量的波动也带来全网分布压头不稳定,在局部调节自动化程度低时,将进一步降低用户的供热质量。分户计量实施后,对供热调节(包括在热源处进行的集中调节和在热力站、用户入口处进行的局部调节)的自动化水平提出了较高的要求,以适应用户自主调节带来的流量波动,保证较高的供热调节的质量。
6.0.3 本条为单一采暖负荷在热源处进行集中调节的规定。基本热源与尖峰热源联网运行的热水供热系统,在基本热源未满负荷前尖峰热源不投入运行,基本热源单独供热,负担全网负荷。这个阶段,为单热源供热,可按本规范第6. 0. 2条规定进行集中供热调节,当基本热源为热电厂时,一般采用集中质调节方式运行,但基本热源满负荷时其运行供水温度应达到或接近该热源的设计最高值,否则可能造成满负荷时循环流量超过设计能力,这就要求该运行阶段的质调节在基本热源满负荷时运行水温接近最高值。随着热负荷的增长尖峰热源投入与基本热源联网运行。联网运行时,从便于调节出发应采用改变热源循环水泵扬程的方法进行热源间的热网流量(即热负荷)调配。基本热源单独运行采用集中质调节,当其满负荷时供水温度已达到或接近最高值,故联网运行阶段不可能继续实施质调节,只能进行量调节。这时,供热系统供水温度基本不变而流量随热负荷的增加而加大,增大的负荷(增加的流量)由尖峰热源承担,基本热源维持满负荷运行。量调节阶段,热力站的热力网(一次水)流量随室外气温变化而改变,但一次水供水温度基本不变,而用户内部采暖系统(二次水)一般仍按质调节(或质—量调节)运行,这就要求局部调节的自动化水平较高,这在已实现联网运行的现代化供热系统应是不成问题的。
基本热源单独运行阶段和尖峰热源投入联网运行阶段也可采用统一的“质—量”调节曲线,但“质—量”调节的温度变化范围应较小,而流量变化范围应较大,以保证基本热源单独运行负担全网用户供热而满负荷时,热力网循环流量不致超过其循环水泵设备的能力。
6.0.4 一般采暖负荷在热水供热系统中是主要负荷,因此应按采暖负荷的用热规律进行供热的集中调节。为了多种负荷的需要,水温调节还要满足其他负荷的要求。
6.0.5 为满足生活热水60℃的供水温度标准,考虑10℃的换热器端差,闭式热力网供水温度最低不得低于70℃(开式热力网供水温度不得低于60℃)。当生活热水供水温度标准可以低于60℃时,热力网最低供水温度可相应降低。
6.0.6 生产工艺热负荷是多种多样的,甚至每一台设备的用热规律都不同,因此不便于集中调节,应采用局部调节。
6.0.7 多热源联网运行的热力网,各热源供热范围的汇合点随热负荷的变化而变动,若各热源的调节方式不同,水温差异过大,则在各汇合点附近的用户处水温波动很大,无法保证用户正常用热。即使安装了自动调节装置,由于扰动过大自动调节装置也无法正常工作。所以各热源应该采用统一的调节方式,执行同一温度调节曲线。因为担负基本负荷的热源在供热期内始终投入运行,供热量大,从它的运行经济性考虑,应以它为准来确定调节方式。确定调节方式的原则应按本章第6.0.2~第6.0.5条的条文执行。
6.0.8 热水供热系统非采暖季对生活热水负荷、空调制冷负荷供热时,因生活热水负荷随机波动很大,空调制冷机组运行需要较高水温,所以热源不进行集中调节而采用供水温度定温运行,为适应负荷的变化,应在热力站进行局部调节。
7 水力计算
8 管网布置与敷设
9 管道应力计算和作用力计算
9 管道应力计算和作用力计算
管道应力计算的任务是验算管道由于内压、持续外载作用和热胀冷缩及其他位移受约束产生的应力,以判明所计算的管道是否安全、经济、合理;计算管道在上述荷载作用下对固定点产生的作用力,以提供管道承力结构的设计数据。
9.0.1 本条规定了管道应力计算的原则,明确提出采用应力分类法。《城市热力网设计规范》CJJ 34-90也是采用这一方法,但未明确提出。应力分类法是目前国内外供热管道应力验算的先进方法。
管道中由不同荷载作用产生的应力对管道安全的影响是不同的。采用应力分类法以前,笼统的将不同性态的应力组合在一起,以管道不发生屈服为限定条件进行应力验算,这显然是保守的。随着近代应力分析理论和实验技术的发展,出现了应力分类法。应力分类法对不同性态的应力分别给以不同的限定值,用这种方法进行管道应力验算,能够充分发挥管道的承载能力。
应力分类法的主要特点在于将管道中的应力分为一次应力、二次应力和峰值应力三类,分别采用相应的应力验算条件。
管道由内压和持续外载引起的应力属于一次应力。它是结构满足静力平衡条件而产生的,当应力达到或超过屈服极限时,由于材料进入屈服,静力平衡条件得不到满足,管道将产生过大的变形甚至破坏。一次应力的特点是变形是非自限性的,对管道有很大的危险性,应力验算应采用弹性分析或极限分析。
管道由热胀冷缩等变形受约束而产生的应力属于二次应力。这是结构各部分之间的变形协调而引起的应力。当材料超过屈服极限时,产生少量的塑性变形,变形协调得到满足,变形就不再继续发展。二次应力的特点是变形具有自限性。对于采用塑性良好材料的供热管道,小量塑性变形对其正常使用没有很大影响,因此二次应力对管道的危险性较小。二次应力的验算采用安定性分析。所谓安定性是指结构不发生塑性变形的连续循环,结构在有限塑性变形之后留有残余应力的状态下,仍能安定在弹性状态。安定性分析允许的最大的应力变化范围是屈服极限的2倍。直埋供热管道锚固段的热应力就是典型的二次应力。
峰值应力是指管道或附件(如三通等)由于局部结构不连续或局部热应力等产生的应力增量。它的特点是不引起显著的变形,是一种导致疲劳裂纹或脆性破坏的可能原因,应力验算应采用疲劳分析。但目前尚不具备进行详细疲劳分析的条件,实际计算时对出现峰值应力的三通、弯头等应力集中处采用简化公式计入应力加强系数,用满足疲劳次数的许用应力范围进行验算。
应力分类法早已在美国机械工程师协会(ASME)1971年的《锅炉及受压容器规范》中应用。我国《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》1978年版亦参考国外相关规范改为采用应力分类法。1990年版《城市热力网设计规范》已经规定管道应力计算采用应力分类法,2002年版用条文将此法正式明文规定下来。
9.0.2 将原规范中“计算温度”改为“工作循环最高温度”。这样“工作循环最高温度”与“工作循环最低温度”的用词一致,形成一个计算温度循环范围。
计算压力和工作循环最高温度取用热源设备可能出现的压力和温度。这样的考虑是必要的,因为设备可能因某种原因出现最高压力和温度,同时也为管道提升起点压力或温度留有必要的余地。工作循环最低温度取用正常工作循环的最低温度,即停热时经常出现的温度,而不采用可能出现的最低温度,例如较低的安装温度。因为供热管道一次应力加二次应力加峰值应力验算时,应力的限定并不取决于一时的应力水平,而是取决于交变的应力范围和交变的循环次数。安装时的低温只影响最初达到工作循环最高温度时材料塑性变形量,对管道寿命几乎没有影响。
管道工作循环最低温度取决于停热时出现的温度。全年运行的管道停热检修一般在采暖期以后,此时气温、地温已较高,可达10℃以上。对于地下敷设由于保温效果好,北京地区实际测定停热一个月后,管壁温度仍达30℃;地上敷设由于管道也是保温的,停热一个月后气温上升管壁温度亦不会低于15℃。对于只在采暖期运行的管道,停热时日平均气温不会低于5℃,同样道理,地下敷设管壁温度不会低于10℃;地上敷设不会低于5℃。
9.0.3 本条为地上敷设和地下管沟敷设管道应力计算依据方法的具体规定。采用《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》DL/T 5366(以下简称《规程》)的理由是:
1 该《规程》是我国第一个采用应力分类法进行管道应力计算的技术标准;
2 该《规程》是国内管道行业的权威性标准,广泛为其他部门所采用;
3 地上敷设和管沟敷设的供热管网管道应力计算目前尚无具体的技术标准,而《规程》中的管道工作条件、敷设条件与之基本一致。
根据以上理由,故暂时采用《火力发电厂汽水管道应力计算技术规程》DL/T 5366。
9.0.4 直埋敷设热水管道的应力分析与计算不同于地上敷设和管沟敷设,有其特殊的规律。《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T 81,根据直埋热水管道的特点,采用应力分类法对管道应力分析与计算作了详细的规定。故直埋敷设热水管道的应力计算应按上述标准执行。
9,0.5 供热管道对固定点的作用力是承力结构的设计依据,故应按可能出现的最大数值计算,否则将影响安全运行。
9.0.6 本条为供热管道对固定点作用力的计算规定,管道对固定点的3种作用力解释如下;
1 管道热胀冷缩受约束产生的作用力包括:地上敷设、管沟敷设活动支座摩擦力在管道中产生的轴向力;直埋敷设过渡段土壤摩擦力在管道中产生的轴向力、锚固段的轴向力等。
2 内压产生的不平衡力指固定点两侧管道横截面不对称在内压作用下产生的不平衡力,内压不平衡力按设计压力值计算。
3 活动端位移产生的作用力包括:弯管补偿器、波纹管补偿器、自然补偿管段的弹性力、套筒补偿器的摩擦力和直埋敷设转角管段升温变形的轴向力等。
9.0.7 本条规定了固定点两侧管段作用力合成的原则。
第1款第1)项是规定地上敷设和管沟敷设管道固定点两侧方向相反的作用力不能简单地抵消,因为管道活动支座的摩擦表面状况并不完全一样,存在计算误差,同时管道启动时两侧管道不会同时升温,因此热胀受约束引起的作用力和活动端作用力的合力不能完全抵消。计算时应在作用力较小一侧乘以小于1的抵消系数再进行抵消计算。根据大多数设计单位的经验,目前抵消系数取0.7较妥。
第1款第2)项规定内压不平衡力的抵消系数为1,即完全抵消。因为计算管道横截面和内压值较准确,同时压力在管道中的传递速度非常快,固定点两侧内压作用力同时发生,可以考虑完全抵消。
第1款第3)项计算几个支管对固定点的作用力时,支管作用力应按其最不利组合计算。
10 中继泵站与热力站
11 保温与防腐涂层
12 供配电与照明
13 热工检测与控制
14 街区热水供热管网