冶金厂热力管网设计         (design of heat power piping network in metallurgical works)

从热源或动力站输送蒸汽、热水及压缩空气至冶金工厂各车间以及从用户返回的冷凝水、回水等的管网设计。在热力管网中还包括高炉鼓风的送风管路、软水及除盐水管道。

设计内容包括：统计用户数量，确定各用户消耗量及接管位置，进行管网布置；确定敷设方式；进行水力计算；管道强度计算；确定管道保温及油漆工艺等。

热力管网布置          用户数量、消耗量及接点位置确定后，进行管网布置。主干管及支管可采用树枝状布置；为提高供应的可靠性，采用环状管网布置；对供应不可间断的重要用户，采用双管供应。主干管设置分段阀门，支管有切断阀门，以利于检修和运行。管路设计中要做到布置合理、选材正确、膨胀补偿良好、疏水通畅；阻力小、造价低、安装维护方便、整齐美观；管线力求短直、主干管尽量通过负荷中心区，并尽可能靠近支管较多的一侧。热力管网的布置应与总平面的厂房、道路的布置统一进行考虑；管线宜与道路、建筑物轴线及相邻管线平行敷设，尽可能减少管线与管线之间以及管线与运输线的交叉。冶金厂热力管道敷设断面如图所示。

厂区热力管道的计算机辅助设计(CAD)已广泛在设计工作中采用。管道CAD软件在国内外已得到充分开发。有丰富的图形库，根据平断面自动生成三维图形画面，自动检验管道之间的碰撞，自动统计材料及进行强度计算等。

敷设方式         热力管道应首先考虑敷设在煤气管道上或与之共架敷设，利用建筑物或构筑物来架设。主干管一般采用架空敷设，蒸汽、热水的局部干管和直径较小的支管，可采用不通行地沟敷设；压缩空气干管当输送距离较短而又无其它管线可共架时，可考虑直接埋地敷设。在不妨碍厂区交通和发展的地段，或在厂区边缘，当没有其它建筑物可依托时，宜采用低支架敷设。

热水输送工程中有“管中管”直埋技术，即工作管外套保护管，二者之间充填保温材料，形成同心的两根管子。外管多用塑料或玻璃钢制成，保温材料多用聚胺脂。直埋敷设具有施工简单，防水性能好的特点，更适用于地下水位较高的地区。由于保温材料耐温特性的限制，介质温度一般不超过120℃。

水力计算         管道水力计算的任务是在已知管道布置、管道流量的情况下，选择经济压降计算管道断面与直径。计算前，绘制流程图，由近及远沿干管上每个节点编号分段，标注出每段管道的流量和当量长度，然后根据经济比压降，参考推荐的流速范围，计算出管径，编制出水力计算表格(见表)。主干管计算完毕后，依次计算局部干管及支管直到用户接点。

强度计算          即管道应力计算。其任务是验算管道在内压、持续外载作用下的一次应力和由于膨胀、冷缩及其它位移受约束所产生的热胀二次应力，以确定管道的壁厚、材质，判明所计算的管道是否安全、经济、合理；计算管道由于热胀、冷缩及其它位移受约束和持续外载作用产生的对设备或支架的推力和力矩，以判明其是否在设备、支吊架所能安全承受的范围内；在充分利用管道的自然补偿的前提下，选择合适的膨胀补偿器等。

常用的补偿器有方形补偿器、填料式补偿器、波纹补偿器及球形补偿器等。

                        管道流体计算表

    管段长度／m

 
管段编号
 
 
 

起点压力
 
  ／MPa
 
 

流量／t·
  h-1 或
 
m3·min-1 
 

 
 
 
  管长
 

 
 
  附件当
 
  量长度

 
 
 
  合计
 

比压降／
 
Pa·m-1
 
 

管道断面／
 
    cm 2
 
 

    管径／
 mm
 
 
 

    流速／
 
  m*S-1
 
 

  管段压
 
  降／Pa
 
 

  终点压
 
  力/MPa
 
 

(1)方形补偿器。系由管道本身弯制而成。制作简单，没有盲板推力，采用最为广泛。但占据空间较大，弯头多，有较大阻损。在小空间内布置很多管道时，采用这种补偿器有一定困难。

(2)填料式补偿器。多用于低压较大口径的热水管道。用承插式的管件加以填料密封，形成套筒状可伸缩的补偿器。这种补偿器吸收膨胀量大，价格比较便宜。但密封需经常维护修理，且可能发生泄漏。需设置强大的固定支架承受盲板推力。

(3)波纹补偿器。系由薄钢板加工成手风琴风箱般的波纹管，以吸收膨胀造成的管道位移。波节的断面形状可为U形、Ω形或其它形状，具有不同性能，适应不同需要。利用一个或数个膨胀节与拉杆、铰接装置等组合，可制成吸收角位移，自平衡盲板推力等多种形式的补偿器。

波纹补偿器几乎没有维修工作量，结构紧凑，可改善管道布置情况。在管道的设备相连处设波纹补偿器可起减振作用。该补偿器多用不锈钢制成，耐腐蚀，但价格贵，承受扭矩的能力差。

(4)球形补偿器。其补偿器组由2～4个球形接手构成，可吸收较大膨胀量，用于直管段很长的管道系统。但要求管道的滑动支架摩擦系数小，所以管系一般配套以滚动轴承式滑动支架。在狭窄地区敷设较长的直管段可酌情采用这种补偿器。

管道强度计算可采用等值刚度法、有限单元法、应变能微分法及弹性中心法等。

保温与油漆        根据管道的工作内容确定是否保温及保温的种类，保温根据其目的与要求可分为三类：(1)节约燃料，减少介质热能在运输过程中的损失。(2)创造劳动保护及卫生的条件，如保护工作人员不致烫伤，保持工作环境温度不致过高等。(3)保证工艺生产过程的要求，保持管内介质的温度。

保温材料常用的有岩棉、玻璃棉、泡沫石棉、复合硅酸盐、硅酸铝等。保护层常用的有镀锌钢板、铝板、石棉水泥、玻璃布等。保温材料可根据其耐温、密度、导热性、力学强度、吸湿性等特性及价格比较后进行选取。保温厚度根据年最小费用法确定，按保温投资的回收年限来选取。回收年限一般取5～7年。保温同时用于防冻或隔声。

油漆主要用于保护管道的内、外表面，使其不产生或延缓对金属的腐蚀。用不同的油漆颜色标记管内的介质并以箭头表示流向。油漆种类的选取、涂色及箭头的设置，国家及行业标准中均有详细的规定。