國標圖集《05r410》在小區(qū)熱力管線設(shè)計中的應用

1、<p>　　國標圖集《05R410》在小區(qū)熱力管線設(shè)計中的應用</p><p>　　摘要：本文筆者主要就國標圖集《05R410》在小區(qū)熱力管線設(shè)計中的應用中北京珠光逸景家園小市政熱力管線的設(shè)計優(yōu)化進行分析探討。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：熱力管線；設(shè)計優(yōu)化；應用 </p><p>　　中圖分類號：TU990.3文獻標識碼： A 文章編號： </p

2、><p>　　一、技術(shù)背景及現(xiàn)狀 </p><p>　　集中供暖地區(qū)的熱力管線一般都采用地下敷設(shè)的方式，地下敷設(shè)又分地溝敷設(shè)和直埋敷設(shè)兩種。直到20世紀80年代以前，地溝敷設(shè)在國內(nèi)作為熱力管道的主要敷設(shè)方式而普遍采用。國家的相關(guān)規(guī)范、圖集，以及應用廣泛的《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》（第一版，陸耀慶主編）（以下簡稱《手冊（第一版）》，所涉及的內(nèi)容還都是地溝敷設(shè)的相關(guān)技術(shù)。 </p>&

3、lt;p>　　進入80年代以后，我國的供熱科技人員通過考察學習、引進吸收，使國內(nèi)的供熱預制保溫管技術(shù)和直埋敷設(shè)技術(shù)有了長足的發(fā)展，經(jīng)過近30年的應用和發(fā)展，熱水管道直埋敷設(shè)從設(shè)計、制造、安裝、驗收等方面皆有了長足進步，直埋敷設(shè)方法與傳統(tǒng)的地溝敷設(shè)方法相比具有節(jié)約投資、節(jié)省占地、維護管理費用小、熱損失小、壽命長、施工周期短等優(yōu)點，已經(jīng)被廣大熱力設(shè)計工作者所普遍認同，并成為我國城市熱水管網(wǎng)工程敷設(shè)的主要敷設(shè)方式。 </p>

4、<p>　　二、相關(guān)的規(guī)范、圖集應用情況 </p><p>　　1998年，我國參照歐洲標準制定了行業(yè)規(guī)程《城鎮(zhèn)直埋供熱管道技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T81-98）（以下簡稱《規(guī)程》），并于1999年6月1日起執(zhí)行。然而，由于《規(guī)程》中技術(shù)含量較高的諸如“直管段管道的過渡段長度計算、管道的屈服溫差及錨固段的應力計算、轉(zhuǎn)角管段的應力驗算”等等都是比較復雜的公式，計算過程非常繁瑣，造成廣大設(shè)計人員理解困難，所

5、以《規(guī)程》中的精髓部分并未得到廣泛的應用。除哈爾濱、沈陽、雞西、唐山、太原、北京等地的幾個少數(shù)設(shè)計院外，其它大部分設(shè)計院的設(shè)計人員還是沿用傳統(tǒng)地溝敷設(shè)的相關(guān)技術(shù)進行管道設(shè)計，即便是設(shè)計直埋敷設(shè)的熱力管道，也大都是應用《手冊（第一版）》中關(guān)于地溝敷設(shè)的相關(guān)技術(shù)來計算、設(shè)計直埋管道，根本不進行直埋管道應力分析，也不對固定墩等進行受力計算，僅僅是計算某段管段的熱伸長量，據(jù)此選一個補償器了事。造成補償器和固定墩設(shè)置過多、管網(wǎng)薄弱點增加、維護工作

6、量增大，同時，由于不對承受巨大推力的固定墩或固定支架進行受力驗算，造成固定墩傾覆或固定支架損壞的情況時有發(fā)生。而出現(xiàn)諸如此類的設(shè)計質(zhì)量問題時，往往會被歸結(jié)于施工質(zhì)量或補償器產(chǎn)品質(zhì)量問題。這種情況在居住區(qū)小市政熱力管道的設(shè)計</p><p>　　針對這種情況，國家有關(guān)部門協(xié)同廣大熱力設(shè)計工作者積極應對。2005年，建設(shè)部頒發(fā)了由北京市熱力工程設(shè)計公司和全國工程建設(shè)標準設(shè)計動力專家委員會聯(lián)合主編的國內(nèi)第一部關(guān)于熱水管

7、道直埋敷設(shè)的圖集——《熱水管道直埋敷設(shè)（05R410）》（以下簡稱《圖集》）。2008年，由陸耀慶主編、凝聚廣大工程設(shè)計人員智慧和心血的《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》（第二版，陸耀慶主編）（以下簡稱《手冊（第二版）》也已修編完成。《手冊（第二版）》增加了“熱水管道直埋敷設(shè)”章節(jié)，簡明精煉地給出了熱水管道直埋敷設(shè)的布置原則、覆土深度、保溫計算以及受力和應力計算的方法、公式。因為《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》在暖通供熱的設(shè)計界甚至學術(shù)界有著廣泛的影響，

8、在廣大工程設(shè)計人員心中有著舉足輕重的地位，所以《手冊（第二版）》修編后增加的“熱水管道直埋敷設(shè)”章節(jié),為熱水管道直埋敷設(shè)技術(shù)的推廣起了非常大的作用。然而由于巨大的慣性，仍有很多設(shè)計人員在設(shè)計熱力管道時，并不懂得如何進行管道的應力分析、推力計算以及強度驗算，仍按《手冊（第一版）》中關(guān)于地溝敷設(shè)的相關(guān)內(nèi)容，簡單地計算、設(shè)計直埋管道。 </p><p>　　在《圖集》中，是把《規(guī)程》中那些復雜的公式，結(jié)合國內(nèi)熱水管道的

9、設(shè)計溫度、壓力以及常用的埋設(shè)深度等設(shè)計條件，逐一進行計算，并把計算結(jié)果比較詳盡地用圖表等直觀地顯示。這就極大地簡化了的熱水管道直埋敷設(shè)的計算工作量，熱力設(shè)計人員在進行熱力管道直埋敷設(shè)的設(shè)計、計算時，只需根據(jù)已知的設(shè)計條件，從《圖集》里查表，或進行一些簡單的計算，就可以得出相應的計算結(jié)果。 </p><p>　　下面，筆者結(jié)合在工作過程中遇到的一個住宅小區(qū)熱力管道的優(yōu)化設(shè)計案例，簡要闡述《圖集》中的一些應用方法，拋

10、磚引玉，也為廣大設(shè)計者參考。 </p><p><b>　　三、案例分析 </b></p><p>　　工程概況： 項目位于北京市豐臺區(qū)長辛店珠光逸景項目9-1#地塊、10-4#地塊，共32棟樓，總建筑面積19萬㎡，設(shè)小區(qū)鍋爐房一座，為各樓棟供熱。設(shè)計院提交的小市政熱力管線施工圖設(shè)計，雖然并沒有違反國家規(guī)范、標準的相關(guān)條文，但設(shè)計過于保守，沒有進行必要的應力分析、強度

11、驗算，不必要的補償器、固定支架、閥門井設(shè)置過多。以下逐一分析： </p><p><b>　?。ㄒ唬⒐艿辣诤?</b></p><p>　　管道壁厚的選擇，應根據(jù)《規(guī)程》中的4.2.1公式和4.2.3-1公式計算，與管道壁厚相關(guān)的參數(shù)有鋼管外徑、設(shè)計壓力、鋼材的基本許用應力等。《圖集》中的P9頁圖表已經(jīng)將DN500以下管道計算結(jié)果列于表內(nèi)，根據(jù)《圖集》中P9、P10

12、頁的計算表，可知在1.6MPa、130℃以下的設(shè)計條件下，不論是無縫鋼管還是螺旋縫焊接鋼管，其最小公稱壁厚既能滿足要求。 </p><p>　　設(shè)計院提供圖紙的管道壁厚如下： </p><p>　　而《圖集》中，計算出的最小公稱壁厚見下表的第三行： </p><p>　　可見，設(shè)計院提供的圖紙中，管道壁厚選擇過于保守，增加了無謂的管材成本。 </p>

13、<p><b>　?。ǘ⒅惫芏?</b></p><p>　　直管段布置需要滿足兩個條件：穩(wěn)定性條件和安定性條件。只要滿足這兩個條件，直管段就是安全的，以下分述之。 </p><p>　　1、穩(wěn)定性條件：穩(wěn)定性條件直接與管道的覆土深度有關(guān)，直埋管道的穩(wěn)定性驗算應按《規(guī)程》4.6.1、4.6.2、4.6.3公式計算。在《圖集》中，P14頁的圖表已經(jīng)計算出了

14、130℃的循環(huán)溫差下穩(wěn)定性條件的最小覆土深度。根據(jù)《圖集》中P14頁圖表的計算結(jié)果，小市政熱力管道在設(shè)計溫度95℃以下時，管道最小覆土深度保證0.7米，即可滿足穩(wěn)定性條件。 </p><p>　　2、安定性條件：安定性條件與管道的外徑、壁厚、循環(huán)工作溫差以及管道材質(zhì)有關(guān)，其計算應根據(jù)《規(guī)程》中的4.3.1-1公式、4.3.1-2公式和4.3.5-1公式推導計算。《圖集》中，P12頁圖表給出了不同管徑、壁厚管材的管

15、道屈服溫差和錨固段最大允許循環(huán)溫差，根據(jù)《圖集》P12也圖表可知，對于供熱介質(zhì)不大于130℃、設(shè)計壓力不超過1.6MPa、直徑DN500以下的熱水管道，均能滿足安定性條件，即允許錨固段存在，若同時能滿足穩(wěn)定性條件，直管段可不設(shè)任何補償器。 </p><p>　　設(shè)計院提供的圖紙中，直管段布置了大量的補償器，設(shè)置補償器就必須對應設(shè)置固定墩。下圖為設(shè)計院圖紙中的局部截圖： </p><p>　

16、　而根據(jù)《圖集》P12頁的計算結(jié)果，在本工程的設(shè)計條件下，直管段不必設(shè)置補償器，所以上圖中的固定墩、補償器是完全可以取消的。 </p><p><b>　　（三）、轉(zhuǎn)角管段 </b></p><p>　　直埋轉(zhuǎn)角管段彎頭的應力和軸向力，與彎頭的型式、材質(zhì)、壁厚、角度、彎曲半徑、過渡段布置長度、埋設(shè)深度、循環(huán)工作溫差、工作壓力等參數(shù)有關(guān)，其計算相對復雜，可按《規(guī)程》中附

17、錄C的內(nèi)容計算。對于設(shè)計壓力1.6MPa、介質(zhì)溫度95℃（安裝溫度按10℃計算）以下的小市政熱力管道，可在《圖集》中P37頁，結(jié)合P36、P43、P49頁相關(guān)內(nèi)容選取，由于步驟較為復雜，這里無法贅述?？梢悦鞔_的是：對于設(shè)計壓力1.6MPa、介質(zhì)溫度95℃（安裝溫度按10℃計算）以下的小市政熱力管道，當管頂覆土深度不小于1.5米時，采用彎曲半徑R=1.5DN的直埋90°彎頭，即可吸收最大過渡段長度的伸長量；若管頂覆土深度在0.7

18、~1.5米之間，采用彎曲半徑R=3.0DN的直埋90°彎頭，也可吸收最大過渡段長度的伸長量。 </p><p>　　也就是說：若管頂覆土深度1.5米，采用彎曲半徑R=1.5DN的直埋90°彎頭，則這個平面直角轉(zhuǎn)彎管段的兩端，可以是無限長。 </p><p>　　對于本工程來說，轉(zhuǎn)角管段的管道覆土深度都在1.5米以上，所以只需采用彎曲半徑R=1.5DN的直埋90°

19、;彎頭即可，無需對彎頭部位設(shè)置補償器、固定墩等設(shè)施保護。 </p><p>　　設(shè)計院提供的圖紙中，轉(zhuǎn)角管段也布置了大量的補償器，下圖為設(shè)計院圖紙中的局部截圖： </p><p>　　而根據(jù)《圖集》中P37頁、P36、P43、P49頁相關(guān)內(nèi)容，上圖中的固定墩、補償器是完全可以取消的。 </p><p>　?。ㄋ模⑷?、閥門 </p><p>

20、;　　直埋管道三通的布置應滿足《規(guī)程》3.2.4條，可采用《圖集》中P56頁的幾種方式，在此不必贅述。 </p><p>　　關(guān)于閥門的布置，《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》CJJ34-2010的8.5.1條規(guī)定了支線的起點應安裝關(guān)斷閥門。但結(jié)合小區(qū)熱力管道的特點及本工程的實際情況，每個樓棟的入戶均已安裝入戶裝置，包含了關(guān)斷、調(diào)節(jié)作用的閥門。就沒必要在每個樓的支線起點安裝檢修關(guān)斷閥門，只需在干線分支處安裝檢修關(guān)斷閥門即可

21、。設(shè)置過多的閥門，既增加了不必要的投資，也會造成管網(wǎng)薄弱點增多、增加了維護工作量。 </p><p>　　設(shè)計院提供的圖紙中，每個樓棟的支線起點均設(shè)置了關(guān)斷閥門井，此設(shè)置屬于重復設(shè)置，部分截圖如下： </p><p>　　上圖中DN80的閥門井是完全可以取消的。 </p><p>　?。ㄎ澹咐治鰞?yōu)化結(jié)果 </p><p>　　在長辛店的

22、珠光逸景家園小市政熱力管線設(shè)計優(yōu)化過程中，經(jīng)過與設(shè)計人員多次的溝通、交流，并引用《實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊》（第二版）、《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》、《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》、以及國標圖集《熱水管道直埋敷設(shè)（05R410）》內(nèi)相關(guān)內(nèi)容及條款，說服設(shè)計人員不斷優(yōu)化設(shè)計，最終設(shè)計院所出的正式施工圖藍圖，相比于提供給我中心審核的電子版，減少了不必要的直埋補償器67個、直埋固定墩72座、閥門井室26座，估算節(jié)省直接成本80~100萬元。 <

23、;/p><p><b>　　四、總結(jié) </b></p><p>　　1、熱水管道直埋敷設(shè)技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的地溝敷設(shè)，有很大的區(qū)別，甚至可以說是一次技術(shù)革命，但在很多工程師眼中，并沒有意識到二者之間的區(qū)別，很多人都還固步自封地憑經(jīng)驗、吃老本，不肯也不屑于放下架子、調(diào)整心態(tài)，虛心學習嶄新的直埋敷設(shè)技術(shù)。導致熱水管道直埋敷設(shè)技術(shù)到目前為止還沒有真正得到廣泛而切實的應用。 <

24、;/p><p>　　2、作為甲方的工程技術(shù)人員，面對設(shè)計院的都是自信心很強的專業(yè)負責人，有些還是暖通學界德高望重的老專家，對他們進行技術(shù)交流時，僅具備專業(yè)的業(yè)務能力是不夠的，還需要有足夠的耐心和溝通技巧，循序漸進、心平氣和地說服他們。這其實是一個教育和被教育的過程。 </p><p>　　3、熱水管道直埋敷設(shè)技術(shù)的合理應用，不但可以不必設(shè)置大量的補償器、固定墩，同時還減少了熱水管網(wǎng)的熱損耗以及

25、維護、維修工作量。這在國家大力提倡建設(shè)資源節(jié)約型社會、倡導節(jié)能減排的大背景下，更具有尤為重要的意義。類似長辛店珠光逸景小區(qū)熱力管道的設(shè)計目前還非常普遍，我們廣大的熱力設(shè)計工作者還任重而道遠。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　1、《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T81-98） </p><p>