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供热课程设计任务书

北京建筑大学

继续教育学院

课程设计任务书

课程名称供热工程

设计题目北京市某小区室外管网工程设计

班级建筑环境与设备工程

学生姓名梁婷婷

学号20121321060

日期2014.6.5

指导教师胡文举

2014年6月5日

目录

1工程概况………………………………………………………………….………3

1.1工程概况………………………………………………………………….……....3

1.2设计内容………………………………………………………………………....3

2设计依据……………………………………………………………………...….3

2.1设计依据…………………………………………………………………….…...3

2.2设计参数…………………………………………………………………….…...3

3负荷概算………………………………………………….……………………...3

3.1用户负荷………………………………………………………………….……...3

3.2负荷汇总………………………………………………………………….……...3

4热交换站设计…………………………………………………………….………4

4.1热交换器……………………………………...………………………….….……4

4.2蒸汽系统…………………………………...……………………………..………4

4.3凝结水系统…………………………………………………………….………...5

4.4热供热水系统………………………………………………………….………...5

4.5补水定压系统………………………….……………………………..…………...5

5室外管网设计………………………………………………………….…………6

5.1管线布置与敷设方式…………………………...…………………….…….……6

5.2热补偿……………………………………...…………………………….….……6

5.3管材与保温…………………………………………………………….………...7

5.4热力入口……………………………………………………………….………...7

1工程概况

1.1工程概况

1.1.1工程名称：

北京小区供热系统

1.1.2地理位置：

北京

1.1.3本工程为北京某小区的供热系统设计，各热用户如下：

表1

内容

1#住宅

2#住宅

3#住宅

4#住宅

5#住宅

6#住宅

7#住宅

8#住宅

9#住宅

10住宅

层数

6

6

6

6

6

6

6

6

6

6

建筑面积（m2）

4000

4000

4000

4000

4800

5000

4000

4000

4000

4000

热指标（w/m2）

45

45

45

50

50

55

45

45

45

45

1.2设计内容

某小区换热站及室外热网方案设计

2设计依据

2.1设计参数

冬季采暖设计供水温度95℃,，回水温度70℃,

3热负荷概算

3.1热用户热负荷概算及汇总：

利用公式

可以计算出各栋楼的热负荷,汇总列入下表2:

热用户

热负荷（W）

合计热负荷（W）

2348500

1＃住宅

275000

2＃住宅

275000

3＃住宅

275000

4＃住宅

200000

5＃住宅

240000

6＃住宅

275000

7＃住宅

240000

8＃住宅

240000

9＃住宅

275000

10＃住宅

275000

由上表计算的各用户的热负荷可以汇总得小区的总热负荷为：

2348.5（KW）

4热交换热站设计

4.1换热器

4.1.1换热器选型及台数确定

本设计选用壳管式汽水换热器，壳管式换热器具有很多优点如具有快速、高效、运行可靠的特点等优点。

换热器的容量和台数应根据采暖、通风、生活的热负荷选择，一般不设备用。

但当任何一台换热器停止运行时。

其余设备应满足60%～75%热负荷需要。

本设计选用两台相同规格的换热器，每台换热量1700kw,满足总负荷的1700/2348.5=72.38%，符合要求。

根据《简明供热设计手册》选择换热器型号F6-500-23-2，v=0.87m/s，G=2998kg/h。

4.2.2换热面积计算

采用汽-水换热器，换热面积计算如下：

F=1.15

（k-----传质系数

----平均温度

----修正系数）

对于汽-水换热器传质系数k可取2000～4000，修正系数

可取0.7-0.9，本设计取k=2000，

=0.9，蒸汽入口温度t1=158，出口t2=90，供回水温度tg=80，th=60。

=

=50.23

F=1.15

=F=1.15

=21.6（m2）

4.2蒸汽系统

4.2.1蒸汽系统耗量计算

小区由市政热网提供饱和蒸汽，蒸汽压力P=0.6MPa，入口温度t1=158，出口温度t2=90，热水供回水温度tg=80，th=60。

小区总热负荷Q=2348.5kw

G=

=3.84t/h

4.2.2蒸汽系统设计

热源：

小区由市政热网提供饱和蒸汽，蒸汽压力为0.6MPa。

蒸汽经过除尘以后进入分气缸分出,再经过减压进入汽水换热器.

蒸汽系统：

市政蒸汽--计量--分汽缸--减压--汽-水换热，汽-水换热器进口设温控阀，控制热水出水温度。

4.3凝结水系统

凝结水系统设计

凝结水系统：

汽-水换热器（分汽缸）凝结水--疏水器--凝水（软水）箱--采暖系统补水（排至室外下水道）。

4.4热水系统

4.4.1热水系统设计

热水供暖系统：

换热器热水出口--热用户--循环水泵--换热器热水进口，循环水泵选用3台（2用1备），均采用变频控制。

4.4.2热水系统主要设备选型计算

一．循环水泵应满足的条件

（1）循环水泵的总流量应不小于管网的总设计流量，当热水锅炉出口至循环水泵的吸入口有旁通管时，应不计入流经旁通管的流量。

（2）循环水泵的扬程应不小于流量条件下热源、热力网、最不利环路压力损失之和。

（3）循环水泵应具有工作点附近较平缓流量扬程特性曲线，并联运行的水泵型号相同。

（4）循环水泵承压耐温能力应与热力网的设计参数相适应。

（5）应尽量减少循环水泵的台数，设置三台以下循环水泵时，应有备用泵，当四台或四台以上水泵并联使用时，可不设备用泵。

（6）热力网循环水泵入口侧压力应不低于吸入口可能达到最高水温下饱和蒸汽压力加50KPa。

二．循环水泵的选择

（1）设计循环流量

G=（1.1~1.2）G’/2=60.6t/h

V=K

计算热负荷Q=2348500W，可求出热网网的循环流量为G=100.98t/h

（2）循环水泵扬程

H=（1.1—1.2）（Hr+Hwg+Hwh+Hy）

式中Hr—循环水泵的扬程，m；

Hr—热源内部阻力损失，一般取10-15

;

Hy—最远用户的内部压力损失，一般取5

；

Hwg—网路主干线供水管的压力损失，

Hwh—网路主干线回水管的压力损失，

本设计中H=1.2*（15+1.71+1.8+5）=28.2，故可选用30m扬程水泵。

根据流量和扬程查《供暖通风设计手册》选XA50/16A型离心泵，流量G=40.5—75，扬程H=36—24.2，效率n=68—75%，汽蚀余量H=3.4—5.2，电机型号：

Y160M1-2，功率P=11kw。

4.5补水定压

4.5.1补水定压方式确定

由于换热站无法高架膨胀水箱且最好建筑物不便采用膨胀水箱定压，所以采用补给水泵定压方式。

4.5.2主要设备选型计算

补水泵的选择

（1）补给水泵的流量

取循环水量的4%（按正常补水量1%，事故补水量为正常补水量4倍）

式中

—设计循环流量，t/h；

根据式

=4.04

=1.12

。

（2）扬程

式中

—补水点压力值（通过对系统水压图分析确定），m；

—补给水泵压力管阻力损失，m；

—补给水泵吸水管中的阻力损失，m；

—补给水箱最低水位高出系统补水点的高度，m。

5室外管网设计

5.1管线布置与敷设方式

5.1.1管线布置原则

布置原理：

外网的网路形式对于供热的可靠性、系统的机动性、运行是否方便以及经济效率有着很大影响。

（1）对周围环境影少而协调，管道应少穿交通线，考虑园林绿化等因素，管道便于检查、维修。

（2）经济上合理。

主干线力求短直，主干线尽量走热负荷集中区。

注意管线上的阀门、补偿器和某些管道附件；

（3）枝状管网布置简单，供热管道的直径随距热源越远而逐渐减小;而金属耗量小，基建投资小，运行管理简便，因为本工程是小区的管网敷设，所以选择枝状管网。

由城镇供热工程技术规程可查阅知，热水管网距建筑物基础要大于3米，距城市道路边缘不小于1.5米，所以布置管线邻近道路的管线距道路边缘距离为2米，供回水管道间距为750mm，具体布置如小区管网布置图所示。

5.1.2敷设方式

供热管道的敷设方式分为架空敷设和地下敷设。

本小区管网敷设均采用地下敷设方式。

本工程采用高密度聚乙烯外护管聚安酯泡沫塑料预制直埋保温管，所以本工程管线均采用直埋敷设。

5.1.3管径确定

确定管道的管径计算过程如下：

（1）管段的计算流量就是该管段所负担的各个用户的计算流量之和，以此计算流量、确定管段的管径和压力损失。

Gn/=3.6×Qn//（c×（Tg-Th）

Gn/-采暖热负荷热力网设计流量，t/h;

Qn/-采暖热负荷，KW;

c-水的比热容，KJ/Kg*℃,取C=4.1868KJ/Kg·℃

Tg-各用户相应的热力网供水温度，℃

Th-各用户相应的热力网回水温度，℃

（2）热负荷计算:

以1#住宅为例来说明采暖热负荷热力网设计流量的计算：

Gn/=3.6×544500×10ˉ³/[4.1868×（80-60）]=23.4t/h

1#住宅的采暖热负荷热力网设计流量为23.4t/h,同理，其他用户的热负荷为:

2#住宅:

23.4t/h.3#住宅:

23.4t/h.4#公寓:

8.6t/h.

5#公寓:

10.3t/h.6#办公:

11.8t/h。

7#办公:

11.8t/h。

8#办公:

11.8t/h

（3）主干线计算:

因为热水网路各用户所需要的作用压差是相等的,所以从热源到最远用户M为主干线,即主干线为:

A-B-D-G.-I-K-M

根据热力网路水力计算的方法及步骤、供暖平面图中管道的布置及管道附件的位置，以经济比摩阻30-70Pa/m为计算基础，范围内,根据各管段的流量和平均比摩阻,查水力计算表确定管径和实际比摩阻,以AB为例:

AB段设计流量Gn/=100.97t/h,由经济比摩阻查水力计算表得:

d=200mm,R=43.20Pa/m,v=0.87m/s.

同理,其他干管的计算也如此,分别列表如下:

表3.

管段编号

计算流量（t/h）

管段长度（m）

局部阻力当量长度（m）

折算长度（m）

直径（mm）

流速（m/s）

比摩阻（Pa/m）

管段压力损失（Pa）

不平衡率（%）

主干线

AB

100.9

29.1

14.26

43.36

200

0.87

43.20

1837.15

BD

77.56

51

19.3

70.3

200

0.67

25.4

1785.62

DG

54.15

48.9

16.26

65.16

150

0.89

67.89

4423.71

GI

30.74

24

4.84

28.84

125

0.73

57.41

1655.70

IK

18.92

20.4

9.2

29.6

100

0.70

71.05

2103.08

KM

8.60

83.7

7.18

90.88

80

0.47

41.92

3809.69

支线

BC

23.4

24.3

11

35.3

80

1.28

311.26

10987.48

20

DE

23.4

25.8

11

36.8

80

1.28

311.26

10987.48

-8.2

GH

23.4

24.9

11

35.9

80

1.28

311.26

10987.48

-45.7

IJ

11.82

24.9

6.38

31.28

70

0.93

198.99

6224.34

-5.27

KL

10.32

26.7

5.37

32.07

70

0.80

151.61

4862.13

-27.62

管段AB的局部阻力当量长度可查阅《供热工程》附录2-2.结果为:

一个闸阀:

3.36,1个波纹管补偿器:

10.9.合计:

14.2.折算长度lzh=29.1+14.2=43.36m,管段AB的压力损失△P=R×lzh=1837..15Pa计算结果计入表3.用同样的方法计算其他干管的管径和压力损失.

各管段的局部阻力当量长度计算表4:

单位（m）

管段编号/局部阻力形式

闸阀

波纹补偿器

异径接头

直流三通

分流三通

主干线

AB

1个，3.36

:

1个，10.9

BD

1个，10.9

1个，8.4

DG

1个，10.1

1个，0.56

1个，5.6

GI

1个，0.44

1个，4.4

IK

1个，5.57

1个，0.33

1个，3.3

KM

1个，3.36

1个，3.82

支线

BC

2个，2.2

1个，6.6

DE

2个，2.2

1个，6.6

GH

2个，2.2

1个，6.6

IJ

2个，1.28

1个，6.6

KL

2个，1.28

1个，0.26

1个，2.55

（4）支线计算

以支管BC为例说明水力计算过程

管段BC的资用压力为:

△P=△PBD+△PDG+△PGI＋△PIK+△PKM=1785.62+4423.71+1655.70+2103.08+3809.69=13750.8Pa

根据管段BC的流量23.41t/h和估算比摩阻，查水力表得：

d=80mm,R=311.26Pa/m,v=1.28m/s。

管段BC的局部阻力当量长度，差课本表附录2-2得：

三通分流：

1×6.6=6.6m，闸阀:

2×2.2=4.4m,总当量长度：

ld=11m

管段BC的折算长度为：

lzh=24.3+11=35.3m

管段BC的实际压力损失为：

△PBC=R×lzh=311.26×35.3=1098.48Pa

支线BC的与主干并联之间的不平衡率：

X=（13750.8-10987.48）/13750.8=20％>15％。

超过允许误差范围，需要用调压板调压.调压板一般安装在供水管上，所以利用调压扳需消耗的剩余压头应同时包括供水和回水两管的剩余压头之和。

同理:

其他支管计算方法与此相同,现将各管段的计算结果列入表3.

但是有的支路不平衡率大于15%。

需要装调压装置,在B4管段上加调压孔板,采用调压板消除剩余压头

。

5.2热补偿

5.2.1补偿方式

（1）确定热补偿器方式及固定支座位置：

固定支架间的最大允许间距可根据初步设定管径确定，安装波纹管补偿器的的干线固定支架的最大间距应小于50米.当每个支架之间必须设一个补偿器。

尽量利用自然补偿，不便使用方形补偿器时应选用轴向波纹管补偿器（无内套），当钢管直径较大，安装位置有限时可设置轴向波纹管补偿器（无内套）。

轴向波纹管补偿器（无内套）选择时应注意使用条件，避免氯离子腐蚀。

本设计主要采用波纹管补偿器，具体位置见图纸所示。

局部阻力当量长度结果如表2。

（2）固定支架间距的确定原则:

固定支架用来承受管道因热胀冷缩时所产生的推力,为此支架和基础需坚固,以承受推理的作用,固定支架间距的大小直接影响到管网的经济性,因此要求固定支架布置合理,使固定支架允许间距加大以减小管架的数量.

（3）固定支座有以下要求:

1,在管道不允许有轴向位移饿节点处设置固定支座,例:

在支管分出的干管处

在热源出口,热力站和热用户入口处,均应设置固定支座,以消除外部管路作用于附件和阀门上的作用力,使室内管道相对稳定

在管路弯管的两侧应设置,以保证管道弯曲部位的弯曲应力不超过管子的许用应力范围。

2,在支管装设的支架要求距干管三通处的距离小于9m,

3,一次性补偿器与固定支架之间的间距不应大于表中数据的一半:

见表3.（此表摘录于实用供热空调设计手册）

管径（㎜）

200

150

125

100

80

间距（m）

121.2

84.7

84.5

68.8

69.0

综上,本小区供热管网固定支座位置如图纸所示。

5.2.2固定支座受力计算（只算一个）

由于管路热补偿采用波纹管补偿器，因其本身存在不稳定性，故需采用活动支架进行固定，活动支座位置应采用以下原则进行布置：

轴向型波纹补偿器对固定支架的水平推力 

单位换算：

1兆帕=10公斤/平方厘米=10*10牛顿/平方厘米

直线管道上的固定支架

A点:

  靠近补偿器一端的固定支架A点,承受补偿器对其产生的弹性力（膨胀节位移对其产生的推力）

1）.经过预拉伸（冷紧）的管道:

 P1=K Δ/2

2）.未经预拉伸（冷紧）的管道:

P1=K Δ

P1--对靠近端支架作用力（弹性力）（N）       Δ--补偿量（MM）

K--补偿器刚度（N/mm）B点:

 远离补偿器另一端的固定支架B点,既要承受弹性力P1,又要承受管道热位移对其滑动支架产生的摩擦力的反作用力P2

P2=μ（qL+w）

P2--摩擦力的反作用力（牛顿）

μ--摩擦系数（0.3）

q--管道单重（N/m） 

w—波纹管补偿器的重量（N） 

即B点所承受的补偿器端的水平推力为：

P=P1+P2 （N）

5.3管材与保温

本工程采用高密度聚乙烯外护管聚安酯泡沫塑料预制直埋保温管，

5.4热力入口

热力入口设置在单幢建筑物用户的地沟入口，站内设置温度计、压力表等检测装置，在供水管道上装过滤器，防止污垢、杂物等局部系统内，在低点处设置泄水阀，检修时排泄供暖系统中的水量。

详见小区供热系统管线平面布置图以及热力入口布置图。

参考资料

（1）贺平。

供热工程。

中国建筑工业出版社，1993。

（2）奚士光。

锅炉及锅炉房设备。

中国建筑工业出版社，1997。

（3）动力管道设计手册。

北京：

机械工业出版社。

（4）建筑设备施工安装通用图集－91B5－热力站工程。

北京市煤气热力设计院，1993。

（4）陆耀庆主编。

实用供热空调设计手册。

中国建筑工业出版社，1993。