【摘 要】本文針對阜新市集中供熱一期管網(wǎng)改造工程，歸納總結了設計中熱負荷、計算參數、管網(wǎng)敷設及補償方式、管道保溫和保護層等問(wèn)題的設計體會(huì )，最后得出了該工程的綜合經(jīng)濟分析結論。

　　作者：阜新市熱力總公司 裴全義 孔繁麗 楊鶴鳴

　　一、 概況阜新市集中供熱一期工程管網(wǎng)干線(xiàn)敷設于1981年，熱源為阜新發(fā)電廠(chǎng)，現負擔著(zhù)阜新市中心區域180萬(wàn)平方米的供熱負荷。管網(wǎng)現運行參數為供水溫度60℃，回水溫度45℃。原管網(wǎng)采用架空、地溝、直埋的多種敷設方式，沿線(xiàn)開(kāi)口支線(xiàn)達54處，沿線(xiàn)閥門(mén)為1.0MPa閘閥，補償器為方型補償（兩處）和老式套筒補償器。管道保溫材料為巖棉或珍珠巖瓦塊，外保護層為兩布三油。

　　一期管網(wǎng)設計使用年限16年，已超期服役8年，管網(wǎng)腐蝕及附件老化問(wèn)題日益嚴重，存在著(zhù)極大的安全隱患，而且該區域管網(wǎng)現已超負荷運行，更無(wú)法滿(mǎn)足阜新市中心區域供熱負荷不斷增長(cháng)的需求。故此，對阜新市集中供熱一期管網(wǎng)改造工程，本著(zhù)改造更新和擴充能力并舉的設計原則，對設計熱負荷的確定，設計計算參數的選定，管道敷設及補償方式的選擇，管道保溫、保溫層的計算等問(wèn)題進(jìn)行了詳盡的技術(shù)、經(jīng)濟分析，較好地兼顧了經(jīng)濟效益、社會(huì )效益和環(huán)境效益。

　　本文對阜新市集中供熱一期管網(wǎng)改造工程技術(shù)設計的幾點(diǎn)體會(huì )進(jìn)行歸納、總結，同時(shí)，以該工程為例，得出了綜合經(jīng)濟分析結論。

　　二、管網(wǎng)熱負荷的確定要具有合理性、全局性和前瞻性

     （1）合理性：

　　對管網(wǎng)熱負荷現狀的調查要詳盡，周密.重點(diǎn)是考慮現有負荷在采暖、生活熱水等方面有無(wú)增減的可能性，調查民用住宅和工業(yè)、企業(yè)單位的負荷比例，以便結合實(shí)際情況，確定熱指標和熱負荷；

　�。�2）全局性：

　　確定熱負荷時(shí)應立足于整個(gè)城市熱網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)運行，重點(diǎn)是聯(lián)網(wǎng)區域管網(wǎng)負荷的調整問(wèn)題。在考慮各熱源能力及相應熱網(wǎng)負荷的基礎上，不但要滿(mǎn)足本工程管區域內的熱負荷需求，同時(shí)要兼顧其他區域熱負荷的增長(cháng)和聯(lián)網(wǎng)運行的調峰功能。

　�。�3）前瞻性：

　　大型供熱外網(wǎng)工程的設計使用壽命要達到15—20年，而要對城市的發(fā)展進(jìn)行規劃、預測是非常困難的。所以，不但要根據現有的城市總體規劃和城市熱力規劃來(lái)確定民用采暖與生活熱負荷的逐年增長(cháng)量，更要結合城市日新月異的發(fā)展，作出方向性的待發(fā)展負荷遠景分布規劃，以便設計時(shí)確定負荷及進(jìn)行管徑計算。

　　對于大型供熱外網(wǎng)工程，建設規模大，初投資數額大，只有從以上三方面出發(fā)，確定的管網(wǎng)熱負荷才最為準確，才能最大限度地避免管網(wǎng)建成幾年后，熱網(wǎng)的輸出能力就逐漸滯后于城市建設的問(wèn)題，從而最大限度地避免熱網(wǎng)的重復建設，保證城市發(fā)展。

　　三、確定設計計算參數不但要科學(xué)合理，也要靈活可行供熱外網(wǎng)工程設計中，計算參數是熱網(wǎng)水力、熱力計算的前提，是熱網(wǎng)設計的關(guān)鍵問(wèn)題.在此次阜新市集中供熱一期管網(wǎng)改造工程設計時(shí)，不僅依據《阜新市集中供熱一期管網(wǎng)改造工程可行性研究報告》中的經(jīng)濟技術(shù)比較結論，參照熱源（阜新發(fā)電廠(chǎng)）現行供熱參數及管網(wǎng)現狀，確定了管網(wǎng)的水力計算參數：供水溫度60℃，回水溫度45℃。而且考慮未來(lái)10—20年后，增大熱網(wǎng)輸出能力的要求，將管網(wǎng)的熱力計算參數確定為：供水溫度70℃，回水溫度50℃。

　　前面提到，大型供熱外網(wǎng)工程的設計使用壽命要達到15—20年，而城市的發(fā)展日新月異，根本無(wú)法預測、規劃未來(lái)10—15年后城市的熱網(wǎng)負荷.尤其管網(wǎng)改造工程，必須與目前城市熱網(wǎng)現狀協(xié)調一致，否則既無(wú)法與現有熱源匹配，更無(wú)法進(jìn)行全市的聯(lián)網(wǎng)運行調節。本工程設計中采用了以上兩套計算參數，目前，供水溫度60℃，回水溫度45℃，設計熱指標為65w/m2條件下，管網(wǎng)的供熱面積可達到280萬(wàn)平方米；當電廠(chǎng)首站出口溫度參數提高到供水溫度70℃，回水溫度50℃時(shí)，熱網(wǎng)干線(xiàn)可增帶93萬(wàn)平方米熱負荷，供熱面積可達到373萬(wàn)平方米。即可以隨著(zhù)熱網(wǎng)區域內負荷的增長(cháng)，提高運行參數，分階段地調整熱網(wǎng)的輸送能力。

　　如此，既可保證現階段管網(wǎng)改造后與其它區域聯(lián)網(wǎng)運行的需求，又預留了調整管網(wǎng)輸送能力的空間，對于這種大規模的管網(wǎng)改造工程是非常靈活，非�？茖W(xué)的。

　　四、管網(wǎng)的敷設、補償方式要針對管網(wǎng)敷設路由的具體情況，進(jìn)行選擇確定熱網(wǎng)的敷設分為架空、地溝、直埋等幾種敷設方式，相應的管道補償也有自然補償，方脹、波紋管、套筒等補償器補償，以及目前逐漸推廣的無(wú)補償直埋等多種方式。進(jìn)行大型供熱外網(wǎng)工程設計，要分析各段管網(wǎng)敷設路由的不同現狀，對于改造工程，首先要盡量利用原有的土建（地溝、支架等）結構，再對各種敷設方式的保溫、補償器、土建等各方面進(jìn)行經(jīng)濟技術(shù)分析，針對不同管徑的管段，多樣、靈活地選擇技術(shù)可行、投資經(jīng)濟的敷設、補償方式。

　　例如，此次阜新市供熱一期管網(wǎng)改造工程的設計方案，自熱源首站出口的干線(xiàn)部分原來(lái)采用架空敷設，利用方型補償器及管道自然補償。此次改造工程設計，首先進(jìn)行了原有高、低支架的校核鑒定。依據鑒定結論，盡量利用現有支架，重新設計固定支墩。對東、西環(huán)支線(xiàn)，則根據規劃路由和管道設計管徑大小，逐段選擇了地溝、直埋等敷設方式。選擇敷設方式，不光要注重技術(shù)可行，投資經(jīng)濟，還要兼顧施工對環(huán)境的影響。如東環(huán)支線(xiàn)，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟技術(shù)比較計算，采用地溝有補償敷設最為有利�？煽紤]到該段管網(wǎng)沿阜新市中心商業(yè)區干道（濱河路）敷設，為盡量減少施工時(shí)對其它地下市政設施（上水、下水等）的破壞，盡量減少施工工期過(guò)長(cháng)對環(huán)境和交通的影響，最終選擇了直埋敷設，兼顧了社會(huì )效益和環(huán)境效益。

　　另外，此次阜新市供熱一期管網(wǎng)改造工程的設計，對各種管網(wǎng)敷設方式下，進(jìn)行了不同的補償方式的經(jīng)濟技術(shù)比較，以2Φ920的500m溝長(cháng)管道為例：

　　敷設及補償方式 投資估算（萬(wàn)元）

　　無(wú)補償直埋 210有補償直埋（套筒補償器補償并設井）290有補償直埋（波紋管補償器直埋） 240地溝敷設（波紋管補償器補償） 260地溝敷設（套筒補償器補償） 265對整個(gè)管網(wǎng)改造工程，應按不同管徑，逐段進(jìn)行投資經(jīng)濟比較。而最終確定各段具體的補償方式時(shí)，不但要盡量采用目前先進(jìn)的技術(shù)、設備，還要兼顧本次改造的實(shí)際情況。

　　例如，管網(wǎng)的西環(huán)支線(xiàn)，為地溝內管線(xiàn)，管道直線(xiàn)敷設。采用目前先進(jìn)的柔性套筒補償器進(jìn)行補償，運行安全可靠，投資低，施工簡(jiǎn)便。而管網(wǎng)的東環(huán)支線(xiàn)為直埋管線(xiàn)，沿濱河路敷設，管道折點(diǎn)較多，支線(xiàn)較多。以近十年來(lái)采用波紋管補償器的經(jīng)驗來(lái)看，管道轉角多時(shí)，利用全平衡、半平衡型波紋管補償器可降低配套的土建規模和造價(jià)；管道折點(diǎn)多，支線(xiàn)多時(shí)，在管道管徑大，補償量小時(shí)，同等計算參數條件下，采用波紋管補償器也較為經(jīng)濟；而且，安裝波紋管補償器對于施工的管道同心度要求較低，也便于保證施工質(zhì)量。同時(shí)，在管網(wǎng)及附件的計算溫度參數較低（供水70℃，回水50℃），又低參數運行（供水60℃，回水45℃）的條件下，高質(zhì)量的波紋管補償器在使用壽命和運行安全性上是有保障的�？梢圆捎貌�紋管補償器進(jìn)行補償。

　　總之，選擇管網(wǎng)的敷設、補償方式時(shí)要具體情況具體分析，靈活多樣充分利用各種方式的優(yōu)點(diǎn)，達到優(yōu)化設計的目的。

　　五、保溫及保護層對管道壽命起著(zhù)決定性作用大型供熱外網(wǎng)工程管道的設計使用壽命要達到15—20年，涉及管道壽命的關(guān)鍵問(wèn)題主要包括：①管材壁厚；②管道保溫和保護層③管道實(shí)際運行年限。

　�。�1）確定管材的設計取用壁厚，要以理論計算壁厚為基礎，同時(shí)著(zhù)重管道壁厚附加值的計算。

　　1、分析理論計算壁厚公式：

　　δ=PDw/（2［σ］tη+р）mm（按外徑確定）

　　上式中 δ——管道計算壁厚，mmр——設計壓力，MPa Dw——管道外徑，mm［σ］t——鋼管在設計溫度t下的許用應力，MPaη——許用應力修正系數可見(jiàn)，式中р—設計壓力對壁厚的取值起到?jīng)Q定性作用。在取相同附加值條件下，不同設計壓力的壁厚計算結果見(jiàn)下表：

　　2、管道壁厚附加值分兩部分，即管道壁厚負偏差C1和管道壁厚腐蝕裕度C2：C1的取值范圍0.5—0.8㎜.對于一般汽水管道，C2=0.雖然運行壓力不超過(guò)0.8MPa，但考慮大管徑直埋管道施工及埋深產(chǎn)生橢圓化變形以及管材質(zhì)量、設計壽命等綜合因素，設計壁厚按公稱(chēng)壓力1.6MPa選取。

　　通過(guò)以上計算過(guò)程可見(jiàn)，管道壁厚如果按較大壓力選取，完全可以滿(mǎn)足管道的強度計算和應力驗算，而且汽水管道可視為無(wú)內腐蝕，所以設計的管材取用壁厚完全可以滿(mǎn)足管道使用壽命的要求。

　�。�2）管道保溫和保護層的選取和計算，對管道的壽命起著(zhù)決定性作用。

　　一些設計資料指出，一般管道保溫壽命為15—18年，根據對阜新市集中供熱一期管網(wǎng)現狀的取樣分析，測驗結果表明：管道外腐蝕主要在發(fā)生在管道保溫接頭處，且巖棉保溫管腐蝕大于聚氨酯保溫管。目前，直埋管道普通選用聚氨酯保溫外罩高密度聚乙烯保護殼。根據理論計算和目前的工程實(shí)踐分為以下兩種規格：

　　考慮管材保溫質(zhì)量、設計壽命等因素，保溫按標準型選取。

　　根據對聚氨酯外罩聚乙烯保護殼的保溫方式的研究，采用發(fā)泡方式生產(chǎn)的預制保溫管，尤其是施工時(shí)對保溫接頭采用套袖式處理后，其保溫壽命可以達到25—30年。

　　前面提到汽水管道無(wú)內腐蝕，若在工程設計中重點(diǎn)解決了管道的保溫和保護層問(wèn)題，盡量減少管道外腐蝕，即可滿(mǎn)足管網(wǎng)使用壽命的要求，甚至大幅度延長(cháng)管網(wǎng)的實(shí)際運行壽命。

　�。�3）按照管道的實(shí)際運行年限，折算管網(wǎng)運行壽命。

　　阜新市集中供熱一期管網(wǎng)屬于季節性運行供熱管網(wǎng)，每年運行151天，在管網(wǎng)服役24年時(shí)，進(jìn)行的管道壁厚測驗結果表明，原Φ1020×12mm，現狀δ=6-8mm，原Φ720×8mm，現狀δ=4-6mm.此次改造設計，我們提出，對采用標準型的聚氨酯保溫外罩高密度聚乙烯保護殼的直埋管道，依照管道的實(shí)際運行年限，對管網(wǎng)運行壽命進(jìn)行折算。

　　目前，設計資料給出的管道壽命為15—18年。若考慮季節性供熱，低參數運行，選用高質(zhì)量的保溫、保護殼材料，以及完善保溫接頭的施工方法等因素后，管網(wǎng)的運行壽命可折算至25—30年。

　　對以上三個(gè)方面的分析可見(jiàn)，對管網(wǎng)最終的運行壽命起決定性作用的是保溫結構，即保溫、保護層材料及厚度。所以，在設計中不僅要計算各種保溫的經(jīng)濟性，更應注重管網(wǎng)運行的安全性。

　　六、綜合經(jīng)濟技術(shù)分析阜新市集中供熱一期管網(wǎng)改造工程的設計范圍主要包括：

　　1、81年敷設的一期管網(wǎng)改造（管徑為Φ1220—Φ630系列，管網(wǎng)總長(cháng)7512m×2=15024m. 2、81年敷設的一期管網(wǎng)附件（閥門(mén)、補償器等），保溫及土建設施改造3、干線(xiàn)管網(wǎng)熱負荷的調整及確定4、部分支線(xiàn)改造5、管網(wǎng)調節的自動(dòng)化控制據《阜新市集中供熱一期管網(wǎng)改造工程可行性研究報告》，本工程熱網(wǎng)部分投資估算為6167萬(wàn)元。在工程的技術(shù)設計方案中，通過(guò)以下幾方面的優(yōu)化設計：1、對干線(xiàn)管徑按不同平均比摩阻進(jìn)行計算，采用最經(jīng)濟的管徑配置。管材及安裝方面可節約資金150萬(wàn)元。

　　2、針對不同地段，多種敷設方式、補償方式結合運用，補償器、固定支墩等附件可節約資金180萬(wàn)元。

　　3、靈活多樣的選擇多種保溫材料，管道保溫可節約資金120萬(wàn)元。

　　以上優(yōu)化設計，總計節約工程投資450萬(wàn)元，工程投資額降低7.3%.七、結語(yǔ)我們總結了阜新市集中供熱一期管網(wǎng)改造工程技術(shù)設計中的幾點(diǎn)體會(huì )，上述見(jiàn)解，難免錯誤疏漏，希望各位專(zhuān)家不吝指正。