关于市政集中供热管网优化设计的探讨

关于市政集中供热管网优化设计的探讨

张小燕

张小燕（西安市热力总公司710043）

摘要：优化市政供热管网的设计对于节能减排、降低资源消耗具有越来越重要的意义。进行集中供热管网的优化设计研究不但对节约工程投资、降低供热能耗、提高效益等有着重要的意义，也是实现供热可靠和安全运行的重要保证。本文首先对我国城市供热管网的特点与常用设计技术进行了探讨，并从供热管网优化的具体要素出发，提出了搞好城市供热管网优化设计的具体方法。

关键词：管网设计;优化;方法;

集中供热是指以热水或蒸汽作为热媒，利用一个或多个热源通过供热管网、热交换站等，向一个城市或城市中较大区域的用户提供热能的方式。目前，集中供热已成为现代化城镇的重要基础设施之一，是城镇公共事业的重要组成部分。

集中供热系统是目前常用的一种节能环保型供热方式，它由3部分组成，即热源、热用户/热力站和供热管网。供热管网作为地下工程部分，具有规模大、投资大、改变困难等特点。因此实现供热管网的优化设计可以最大可能地节约工程投资、降低运行成本、保护环境和提高企业效益。目前供热管网优化设计的研究主要集中在两方面：一是供热管网的全局优化，二是供热管网的参数优化。供热管网的结构优化与参数优化紧密相关，在结构优化的过程中需同时进行参数优化，但在实际的优化设计中很难做到。这就是说在管网的全局优化设计中，最优的结构优化和参数优化是分步进行的。目前对于供热管网管径的优化设计已有一定的研究，但在实际工程应用推广方面存在不足。

一、城市供热管网的优化设计要素分析就当前供热发展情况来看决定或者影响城市集中供热管道热效应的因素很多，城市供热管网的优化设计也主要受到如下因素的影响。

（一）输水温度与管道外径当输水温度较小时，管道散失的热量在不同管径中随着输水温度的降低，其差距越来越小；当输水温度较大时，管道散失的热量在不同管径中随输水温度的增大，其差距越来越大。从这个可以看出：在输水温度较低时，管道外径对管道散热损失的影响较大，反之，在输水温度较大时，管道输水温度对管道散热损失的影响较大。因此，对于一定输水温度的保温管道，管道散失的热量随管道外径的增大而增加。管道外径增大，管内水与管壁接触的表面积就增大，相当于增加了热量散失的表面积，管道内水向管外传递的热量增多。

（二）热导率的影响热导率对城市供热管网的热效应影响有两个方面。一方面是管道热导率，对于一定管径的保温管道，管道散失的热量随保温材质热导率的增大而增加，且二者之间近似成线性关系。保温材质热导率越大，其传热热阻越小，通过保温层的热量越多，传递到周围土壤介质中的热量自然增大。反之保温材质热导率较小时，管道散失的热量在不同管径随保温材质热导率的降低，其差距逐渐减小。另一方面是土壤热导率，对于一定管径的保温管道，管道散失的热量随土壤热导率的增大而增加。土壤热导率越大，其传热热阻减小，通过土壤层的热量增多，热量从土壤层散失得越多。当土壤热导率较小时，管道散失的热量在不同管径随土壤热导率的降低，其差距逐渐减小，但减小的幅度不大。

（三）保温层厚度管道散失的热量随保温层厚度的增大而减小，且二者之间近似成反比例关系。保温层越厚，其传热热阻越大，通过保温层的热量越小，传递到土壤的热量就越少。当保温层厚度较小时，管道散失的热量在不同管径随保温层厚度的降低，其差距越来越大。

二、新时期下城市供热管网的优化方法（一）城市供热网管线优化布置城市供热管网的布置是优化设计的核心，供热管网布置应在城市建设规划的指导下，考虑热负荷分布、热源位置与各种地上、地下管道及构筑物、园林绿地的关系和水文、地质条件等多种因素才确定。

一般而言要遵循以下两个原则：第一，经济上的合理性。城市供热管网的主干线力求短直，主干线尽量走热负荷集中区。要注意管线上的阀门、补偿器和某些管道附件的合理布置，因为这将涉及到检查室或操作平台的位置和数量，应尽可能使其数量减少。第二，技术上的可行可靠。

供热管线应尽量避开土质松软地区。地震断裂带、滑坡危险地带以及地下水位高等不利地段，管线应少穿主要交通线，一般平行于道路中心线并应尽量敷设在车行道以外的地方。通常情况下管线应只沿着街道的一侧敷设，地上设的管道，不应影响城市环境美观，不妨碍交通，供热管道与各种管道、建筑物应协调安排，这就要求能够准确确定电厂站区各用户设计流量，以及根据各管段的计算流量确定各热水管段的管径。

（二）改善管网连接方式及敷设方式对于城市的热力网络建设工程，由于工程比较大，我们建议采用间接连接方式有利于降低工程造价，避免水利失调，降低用户间相互干扰，提高供热质量，并且便于运行维护。同时一次网供回水温度的高低直接决定着工程的造价，从减小供回水管径的角度来看，较大有供回水温差，可以缩小管径，建议大多数城市地区的一、二次网供回水温度为：一次网130/70℃，二次网85/60℃。

在供热管网敷设方式方面，由于直埋敷设与架空敷设相比，具有不影响城镇景观、热损失小的优点；与地沟敷设方式相比，具有占地少、施工周期短、维护量小、使用寿命长等优点，在供热行业得到了广泛应用。此外，即使直管段的温度应力水平超过屈服极限，直管也不会出现破坏，因此，供热管网应尽量采取直埋敷设。

（三）采用先进技术，完善供热系统的设计节约能源已经成为当前的社会性主题之一，与此同时有很多公司都生产节能产品，可以在施工过程中有选择的采用先进的节能技术，完善供热系统。如在蒸汽系统的使用方面，由于蒸汽使用不连贯的特点，容易造成管路的气击、水击现象，造成对管路的破坏。因此，应尽可能地减少蒸汽管路的附件数量，可不设套筒补偿器及波纹补偿器，减少管路的维修，减少管路故障造成的停气，使供气得到保证。

三、结论集中供热这种供热模式逐渐为许多城市所接受，城市供热管网的设计合理与否正常直接关系到居民生活质量，随着生产的发展，人们生活水平的提高，城市热能的消费量将愈来愈大，它给管网的优化设计带来了挑战，相信随着供热设计技术的不断提高，这些问题都能迎刃而解。

参考文献【1】李成江.集中供热管网的动态特性及其控制策略研究【J】.硅谷.2008.【2】宗延萍-论城市供热管网的优化设计【J】.科技资讯,2008.张小燕，女，西安市热力总公司助理工程师