城市供热管网优化设计分析研究.pdf
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1、2023.24 科学技术创新城市供热管网优化设计分析研究刘晓琼(四平热力有限公司,吉林 四平)目前,大多数城市的集中供热都是以热、电联合生产为主要方式,少部分地区则是以锅炉房作为辅助方式,以保证城市的供热需要。大部分的供热管网都是单一的枝状延伸,这样可以节省成本,但在管网线路上会存在一些问题。为此,有必要对城市集中供热系统进行合理的规划和优化,以保证城市集中供热系统建设的顺利进行。1管网设计优化研究现状及存在的问题早在 20 世纪 60 年代,诺多等人就已经将系统分析应用于城市供水管道的优化设计中。1969 年,Shakeu 利用非线性模型求解了分支管道的优化设计。1987 年,戈德伯格首先应
2、用遗传算法,建立并解决了管道设计的优化问题。2020 年,wirtz 等人提出了一种全新的基于 LP 的人工优化算法,实现了对双冷网络分布式供能系统的人工优化。但在工程的实际应用中还存在着一定局限性:淤经验性方法局限性。于经典图论法局限性。盂动态规划法局限性。为了改善上述管网设计中存在的问题,笔者在十几年的管网设计工作中,总结了一些管网优化设计的关键节点和解决方法。2室外供热管网设计关键点就目前的采暖方式而言,采用集中供热方式,通过由热力站向居民提供生活用水,以达到对居民生活供热的要求。居住区户外供热网络担负着从热力站向居住区输送热水的重任。为保证热水供应的品质,保证供热的顺利进行,需要对供热
3、网络进行合理的规划,以保证供热网络的安全、高效。2.1热负荷量和管径一次网的供、回水在 130/70 益的温度范围内,通过热量的交换而变成了温度较低的水。居住区二次供热系统是将 55/45 益的供、回水冷热水输送至居住区,以满足居住区的采暖需要(见图 1)。2.2管线布置原则和方法居民区的供热系统比较复杂,在进行供热管道的设计时,既要根据居民区整体布局,又要根据其它管道的方向、埋深等因素来进行。城市加热管网的布局应该在城市规划的指引下,以热负荷分布、热源位置、其他管线及构筑物、园林绿地、水文、地质条件等为基础,通过技术部门的经济对比来决定。尽可能避开与排水系统相交,实在不能避开时,在相交部位使
4、用整体隔热的直管道分段。摘要:城市集中供热是一项关乎人民生活和城市发展的重大课题。供热系统的设计优劣直接影响着供热系统的建设质量和供热效果。本研究先介绍了目前供热管网优化设计的现状及存在的问题。接着明确了室外供热管网设计的关键节点,包括热负荷量和管径的选择和计算、管道敷设方式的选择、室外管网水力平衡设计的原则。此后介绍了管网设计应该优化的内容主要有管道节点设计优化、管径选择优化、供热网网络的和管网平衡的设计优化的内容,最后将这些优化原则运用在某市的热网新建项目中,取得了良好的经济和社会效益。关键词:城镇供热管网;优化设计;水力平衡设计;管网平衡中图分类号院TU995.3文献标识码院A文章编号院
5、2096-4390渊2023冤24-0173-04作者简介:刘晓琼(1986-),女,本科,工程师,主要从事供热管网的设计工作。图 1居民集中供暖示意173-科学技术创新 2023.242.3敷设方法的选择供热管道铺设是管道工程建设中的一项重要环节,它直接影响着管道工程建设及运行的安全性。供热管道铺设(见表 1)方式有以下几种。表 1供热管道敷设方式及优缺点2.4室外管网水力平衡设计热网水力平衡问题是热网设计中的一个重要问题,它直接影响到热网的质量。为了保证管网的水力平衡,设计者要做好以下几个方面的工作。淤水力平衡设计要点。室外管网主平衡的好坏直接影响到供热质量及用户的供热,所以设计者必须通过
6、分析供热量及能耗来实现管网平衡,从而保证供热质量。于支路均衡。设计者应根据用户要求,计算出主管线与支线的失衡比率,并对平衡阀进行合理的控制,消除支线内残余压力,使管网内水力平衡(见图 2)。盂排水放空的设计要点。设计者在设计过程中,应对泄水阀、检查井等进行合理布置,并安装相应阀门,为以后的水力平衡控制打下基础。图 2水力平衡流量分配原理3城市集中供热管网设计优化3.1管线的节点设计优化在供热管网中,弯头、变径、三通和折角处是疲劳损伤应力最集中的部位,温度变化会使应力集中于管道结构的非连续性处,导致管道疲劳损伤,降低管网寿命。设计时在节点处采取保护措施,防止节点破坏,减少管网的泄漏点,提高管网的
7、质量。设计阀门时,为了提高系统运行的安全性,可采用焊接蝶阀与焊接球阀相结合的方式。3.2管道管径的选择在铺设管线时,除了设置中继泵外,还应注意管线直径的选取。重视管网直径设计,设计中应当将离散型特点进行充分凸显,灵活运用组合方式,综合管网直径、供热质量、供热效率三者的关系1。对管道进行直径的最优化选择还能够确保经济的节约,降低投资使用,提高管道网的经济性和适应性,确保收益的最大化。3.3管网平衡的设计优化在供热系统中,热媒是由封闭的管道输送到各个用户的。要保证设计的合理,就必须在供热系统中按计工况进行操作,使得每个用户都能得到对应的设计流量,这样才能保证供热系统的正常工作。在完成网络均衡时,必
8、须根据规范的水力均衡计算,以保证每个回路的流量满足设计的需求;在室外每一回路及建筑物入口的供热给水管线上都装有一个平衡阀门或其它水力均衡部件(见图 3)。3.4供热网网络的优化在城市供水系统中,管道布置的优选必须以可靠的技术和合理的经济为基础。在技术上,要做到这一点,就是要做到与公路的中线相平行,要尽可能地减少穿越交通干线,要与车辆相距较远,在地面上铺设管线时,要以不妨碍交通和不影响城市的美感为目标。为保证输送管的寿命,在输送过程中,要尽可能避免发生滑坡、土壤松软等不良环境。在经济性上,要对管道中的补偿装置、阀门等部件进行适当的配置;主管道要尽可能沿温度较高的地区运行。4实例应用4.1项目概况
9、该项目基于 2018 年总书记在深入推进东北振兴座谈会上的重要讲话和考察黑龙江的重要指示精神。xxx 有限责任公司二公河工业园区供热管网工程 正式启动,项目建设地点为该市市区。根据热负荷发展需求,新建供热管网引至新增负荷区,并新建换热站;项目共计新建一级供热管网 3 362.08 m,二级供热管网 2 726.3 m,新建换热站 3 座,新建井室 15 座(见表2)。敷设方式 适用区域 优点 直埋敷设 市区及所有无障碍的地区 施工时间更短,施工质量好,安全性高 地沟敷设 不能通过的地下沟渠、半过路的管道 对绝缘层距与管线的间距进要要求严格 地上敷设方法 横跨道路和铁路、跨越河谷、行人或行车及其
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