城市供热管网的优化设计分析

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摘要：城市集中供热系统主要由热源、供热管网及热用户组成，要实现城市集中供热可持续发展, 保障热能供应，满足房屋建设迅速增长和人民群众生活需要，必须采取多种措施，加强对供热管网的优化设计，提高管网输送能力, 提高热源热能的综合利用率。本文结合笔者多年的工作经验，对城市供热管网的优化设计问题进行了探讨，以期为相关人员提供借鉴。

关键词：城市 供热 管网 优化 设计 分析

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1我国城市集中供热概述

1.1我国的城市集中供热现状

城市集中供热的涵义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。

集中供热系统包括热源、热网和用户三部分。热源主要是热电厂和区域锅炉房,通常以煤、天然气、柴油甚至垃圾等作燃料产生热能向外供热。另外工业余热、地热也可作热源。城市热网由输送主干线和配热干线、支线等组成,其布局主要根据城市热负荷分布情况、街区状况、发展规划及地形地质等条件确定,一般布置成枝状,敷设在地下。现代集中供热系统的发展趋势是由多个热源、带有泵站和热力站的热网(枝状网或环行网)、配置微机监控系统以及有完善调控装置的用户所组成的复杂综合体。它能够可靠、经济、可控地按照需要把热能送到各个用户。

1.2我国城市供热管网的特点与设计方法

我国城市供热管网的特点是用户分布区域广、分支多。在管网发生事故时，通常允许有若干小时的停供修复时间。同时有些热网为提高供热可靠性和应付供热发展的不确定性，在规划设计时就将供热管网像市政给水管网一样成网格状布置，但这样存在一定的问题，热水力工况和控制十分复杂，同时网格状管网投资非常高。

目前，我国城市供热管网的优化设计一般是先建立数学模型，以投资、运行和维护的总和最小为目标函数，把实际工程的要求作为约束条件，然后用某种最优化方法，求出实际问题的最优解。最早的管网优化设计模型仅是针对树状管网建立的，后来发现这些模型不能广泛应用于实际的管网优化设计中，无法取得很好的结果。因为在充分考虑系统的安全性和经济性的前提下，城市热力管网应是多条枝状管网放射型布置。在规划设计时，应根据城市规模、用户分布及热源位置布置几条输配主干线，在实施过程中根据供热能力和用户情况，逐步完善不同的主干线。

2.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。

2.1 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。

2.2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。

2.3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。

3.新时期下城市供热管网的优化设计方法

3.1 对城市供热网管线进行优化设计

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：

1） 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。

2） 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。

3.2对管网连接方式及敷设方式进行优化设计

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。直埋敷设可采用无补偿预热安装方式，根据安定性理论分析，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，减少补偿器的应用能减少整体管网的故障率，因此，供热管网应尽量采取无补偿直埋敷设。

3.3对供热系统进行优化设计

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。在传统的区域锅炉房供热系统中可以尝试采用分布式变频泵技术的应用，在各用户处设置变频泵，可有效降低热源处循环水泵的扬程，热源处循环水泵只满足热源内部循环要求。这样改变传统的热源处一泵到底的运行情况，能使各用户的压力都符合实际需求，不会出现距离热源近的用户资用压力过大需要减压的情况，提高了电能的利用率，整个管网系统比传统的一个循环水泵运行要节约电能约30%。

4.多热源联网系统进行优化设计

4.1多热源联网供热指在供热过程中实施按能效高低排序调度各热源供热量。其核心内容是在保证用户供热质量的前提下,实现各热源的供热量能按需调度。真正意义的多热源联网是在综合运用循环泵调速和控制技术的基础上发展起来的先进热网联合运行技术,而不是简单地将各热源的管网用连通管相连。1)按供热方式可划分为完全串联供热和并联供热的形式。2)按热网的网络图式可划分为枝状网供热系统、单环网供热系统和多环网供热系统。

4.2多热源联网供热的优点

1)节约能源:多热源实施联网供热,可以根据负荷变化,保持低能耗的热源经常处于满负荷状态下工作,高能耗的热源只在其他热源不足时才投入,这样做可以实现最小的供热消耗。

2)实现经济运行:多热源联网系统运行,当增加负荷时,依次投入热价低到热价高的热源;当减少负荷时,依次退出热价高到热价低的热源,实现经济运行。

3)提高供热的可靠性:多热源联网供热系统,当其中某一个热源故障,减少或停止供热时,其他热源可以增加并将其按需要送到各个用户。

结语：

供热系统的最重要的部分是热源，其主要任务是将热源及时分配，输送给各个热用户，起到连接二者的桥梁作用，这一研究对于供热管网进一步发展有一定的意义。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]代国栋.]浅议城市集中供热的现状及对策[J].科技创新导报.2010，16：100

[2]李壮.城市集中供热存在的问题及对策[J].黑龙江科技信息.2010，13：290

[3]柳剑，顾博文.现代化城市集中供热的现状、问题与改进[J].科技资讯.2011，01:44