供热管道概念：凡是输送蒸汽或热水的管道均称为供热管道。

二、供热管道的特点

材料特性

使用条件的确定

常见的使用条件级别表中有关术语解释如下：

管壁厚度的表示方法

钢管的规格一般用 “管径×壁厚”的方法表示。

塑料管的壁厚用管系列S或标准尺寸比SDR表示，按下式计算并圆整：

常用塑料管的规格为S4（SDR9）、S5（SDR11）、S6.3（SDR13.6）、S8（SDR17）。式中dn为公称外径；en为公称壁厚。

管道壁厚的计算

国家标准《冷热水系统用热塑性塑料管材和管件》GB/T18991-2003中按下式计算最小设计壁厚e：

以上公式变换一下形式即可得到下式：式中σ为设计应力；p为设计压力。由此可知，管系列S与设计应力和设计压力的比值相近。

这就是我们常见的钢管壁厚计算公式，其中设计应力在钢管计算时称为许用应力。

设计应力的确定

塑料管的设计应力，是指在规定的使用条件下材料的允许应力，即设计使用寿命（50年）末期的材料强度。

国家标准《冷热水系统用热塑性塑料管材和管件》GB/T18991-2003推荐使用Miner’s规则推算，管道材料的破坏时间tx可按下式计算：

材料在某一温度连续作用下的破坏时间ti与材料的静液压应力（环应力）有关，各种材料均有相应的预测强度曲线，可以查到不同温度和静液压应力（环应力）下的破坏时间。式中ai分别为设计温度、最高设计温度、故障温度的使用时间占总时间的分数（总和为1）；ti为材料在各种温度连续作用下的破坏时间。

通过上式计算时需要进行试算，步骤如下：

a．先假设一个设计应力σ；

b．计算各种温度对应的静液压应力（环应力）σi：

c．根据温度和σi查相应材料的预测强度曲线，得到对应温度的破坏时间ti；式中Ci为各种温度对应的使用系数，即安全系数，考虑使用条件和材料性能，数值不小于1；

d．带入式（5）计算材料的破坏时间tx；

e．重复步骤a～d，经过多次试算，直到tx=50年为止，此时的σ即为设计应力。

工程设计应用

设计应力在工程设计中可用于两种计算，已知设计压力计算最小壁厚，或已知S值计算最大允许工作压力。

a．已知设计压力计算最小壁厚。将设计压力和设计应力代入式（3）或式（4）可算出最小壁厚，圆整后选取管系列S值。

b．已知S值计算最大允许工作压力。根据式（1）和式（3）得到下式：

室外供热管道的布置及敷设形式将管系列S值和设计应力代入式（7），可算出管道的最大允许工作压力。

室外供热管道的平面布置，应在保证供热管道安全可靠的运行前提下，尽量节约投资。其布置形式分为树植状和环状两种。

环状避免了树枝状的缺点，但是投资大，一般较少采用。

树枝状的优点：

造价低、运行管理方便。

树枝状的缺点：

当局部出现故障时，其后的用户供热被停止。

适用：对供热供应要求不严的场合。

分为地上（架空）和地下两种敷设形式。

（一）地上架空敷设

地上架空敷设是将管道安装在地上的独立支架或墙、柱的托架上。

优点：不受地下水位的影响，施工时土方最小，便于维修。

缺点：占地面积大，热损耗大，保温层易损坏，影响美观。

按支架的高度不同可分为低、中、高支架三种敷设形式。

（1）低支架敷设

这种敷设形式是管底（保温层底皮）与地面保持0.5~1m的净距。如下图所示。 

（2）中支架敷设

这种敷设形式适用于有行人和大车通过处，其管底与地面的净距为2.5~4m。

（3）高支架敷设

这种敷设形式适用于交通要道或跨越公路、铁路，其净高跨越公路时为4m，跨越铁路时为6m。如上图所示。

（二）地下敷设

在城市由于规划和美观的要求，不允许地上架空敷设时可采取地下敷设。

地下敷设分为有地沟和无地沟两种，通常采用有地沟敷设。有地沟敷设又分为通行、半通行和不通行地沟三种。

（1）通行地沟敷设

适用于厂区主要干线，管道根数多（一般超过6根）及城市主要街道下。为了检修人员能在沟内自由行走，地沟的人行道宽＞0.7m，高≥1.8m。

（2）半通行地沟敷设

适用于2~3根管道且不经常维修的干线。高度能使维修人员在沟内弯腰行走，一般净高为1.4m，通道净宽为0.6~0.7m。

（3）不通行地沟敷设

适用于经常不需要维修，且管线根数在两条之内的支线。两管保温层外皮间距＞100mm，保温层外皮距沟底120mm，距沟壁和沟盖下缘＞100mm。

（4）无地沟敷设

无地沟敷设是将普通管道直接埋在地下土层中。其热损耗大，防水也难处理。过去，除了原油输送管道的蒸汽伴热管采用此种敷设形式外，均不采用无地沟敷设。随着室外直埋保温技术的发展，无地沟敷设应用越来越广泛。

判断下面几种情况属于哪种敷设形式。

一、蒸汽供热管道的放水和排气装置

（一）蒸汽管道的疏水和排水装置

为了保证管道的正常运行，及时地排除管道内的凝结水，蒸汽管道应设置疏水和启动排水装置。

1、蒸汽管道的疏水装置

蒸汽管道正常运行时，由于在输送过程中沿途不断散热（热损耗），蒸汽将产生凝结水。蒸汽干管内的凝结水通过疏水器引至凝结水干管；然后沿其干管送回到锅炉房的凝结水箱。

蒸汽管道的疏水装置应设在下列各处：

（1）蒸汽管道的各低点；

（2）垂直升高的管段之前；

（3）水平管道每隔50m设一个；

（4）可能凝集凝结水的管道闭塞处。

蒸汽管道的疏水装置如下图所示：

2、蒸汽管道的启动排水装置

蒸汽管道系统在初次输送蒸汽（启动）时，由于蒸汽的温度高，管道的温度低，将产生大量（且脏）的凝结水。光靠疏水器排出是不够的，必须设置单独的启动排水装置，将启动时排出的水引至集水坑，然后自流或泵送至下水道。

蒸汽管道的启动排水装置应设在下列各处：

（1）启动时有可能积水的最低点；

（2）管道拐弯或垂直升高的管段之前；

（3）水平管道上，每隔100~150m设一个；

（4）水平管道上，流量测量装置的前面。

（二）蒸汽和凝结水管道的排空气装置

蒸汽管道安装完毕，管道内充满着空气，在管道进行水压试验和启动运行时，需将空气全部排尽；凝结水管道内也存在着空气（空气属于不凝性气体），它在管道内容易形成气塞而阻碍凝结水的流通，因此必须及时地将空气排除。

1、蒸汽管道的排空气装置

在蒸汽管道的高点设手动放空气阀（平时不用），当管道系统进行水压试验（向管道内充水）或初次通过蒸汽运行时，利用此阀排出管道系统内的空气。

2、凝结水管道的排空气装置

通常在凝结水干管的始端（高点）设自动放空气阀。若采用不带排气阀的疏水器时，在疏水器的前方也应装设放空气阀，以便在系统运行过程中能及时地排除凝结水管道内的空气。

热水供热管道包括供水和回水两种管道。在供水和回水管道上均应设置放水和排气装置。

（一）供、回水管道的排空气装置

在供、回水管道上设置排空气装置的目的有二：一是防止系统在运行过程中由于空气的聚集而形成气塞，阻碍热水的流通并产生噪声；二是管道水压试验前在向管道内充水时，需用此装置排出管道内的空气。如下图所示。

排气装置包括排气阀（一般为DN15~DN25）及其前后的短管，其位置通常设在供、回水干管的高点和分段阀之间管段的高点。

（二）供、回水管道的放水装置

在供、回水管道上设置放水阀的目的一是管道水压试验后，为防止冬季冻坏管道，利用此装置将试压用水全部排尽；二是系统停运检修时，需用此装置将检修段内的水排放净。

放水装置包括放水阀及其前后的短管，放水阀及其短管的直径为供、回水管径的1/10并不小于DN20。其位置通常设置在供、回水干管的低点和分段阀之间管段的低点。

一、安装范围

室外地沟内供热管道的安装范围，工程上一般是指锅炉房外墙至用户外墙或热力入口处。工程造价上是以建筑外第一个阀门井或建筑物外墙皮1.5m处为分界点。

二、安装时管材及阀门的选用

通常室外蒸汽管道应采用普通无缝钢管，凝结水和供、回热水管道一般采用螺纹钢管（螺旋缝电焊钢管、螺旋钢管）。管道拐弯采用煨制或冲压弯头，变径采用冲压大小头。阀门通常采用法兰式截止阀、单向阀。管道采用焊接及法兰连接。

与疏水器、排气阀、放水阀相连接的小直径管子，一般可采用黑铁管，成品管件、丝扣或焊接连接。排气阀、放水阀为丝扣式截止阀。

三、管道安装

（一）支架安装

1、支架的种类

 支架由支撑结构和托持结构两部分组成。支撑结构通常为悬臂式或横梁式（角钢或槽钢）。托持结构称为支座（座），支架分为：活动支架、导向支架和固定支架三种。

 活动支架：用于允许管道纵、横向位移的地方。

固定支架：用于承受管道由于温度变化所产生的推、拉应力，并不得发生任何方向位移的地方。

 导向支架：用于只允许管道纵向位移的地方。

2、支架（支座）的安装位置

 （1）活动支架的安装位置

安装在方形补偿器两侧的第一个支架及其水平臂的中点、管道 拐弯处（弯头）两侧的第一个支架。

 （2）导向支架的安装位置

安装在补偿器与固定支架之间的直管段上。

 （3）固定支架的安装位置

固定支架安装在两补偿器之间、热源出口（靠近外墙）、用户入口（靠近外墙）等处。

3、支架（支座）的安装间距（如下表所示）

4、支架（支座）的安装

支架应先进行制作、除锈、防腐，然后再进行安装。

（1）支架（座）的制作

一般采用角钢或槽钢制作支撑结构，用钢板加工焊制托座。

（2）支架（座）的除锈

除锈方法有手工法、机械法、酸洗法和喷砂法等。其中喷砂法除锈效率高、质量好；但要设除尘装置，否则，在喷砂过程中将产生大量灰尘，污染环境，有害人体健康。

（3）支架（座）的防腐

通常涂刷底、面漆各两遍；底漆为樟（红）丹防锈漆或铁红防锈漆，面漆为调和漆。

（4）支架（座）安装

地沟内供热管道支架（座）的安装分两次进行：第一次在筑沟壁时，将支撑结构（角钢或槽钢）预埋好；第二次在铺设管道时安装托持结构（托座）。

（二）铺设管道

1、管子的检查

管子的名称、规格、材质应符合设计要求；不得有裂纹、重皮、严重锈蚀等缺陷。

2、管子的除锈

通常采用喷砂法除锈，将管子外表面的锈污除掉，要求露出金属光泽面。

3、管子的防腐

通常在铺管之前，将管子外表面喷涂防锈底漆两遍。为了不影响焊口质量，每节管的两端各留出约50mm不涂漆。

4、管段的组对与焊接

在管沟边的平地上将管子组对、焊接成适当长度的管段。

管子的焊接程序为：坡口、对口、点焊和焊接四个步骤。

5、铺管与安装支座

（1）铺管

将组对焊接好的管段，以机械或人工由管沟边放入沟内的支架上，把管段连接成整条管道。然后将管道就为并调整间距、坡度及坡向。

（2）安装支座

安装固定支座时，其支座与管道和支架应焊接牢固。

 安装活动、导向支座时，应考虑管道热伸后支架中心线与支座中心线不致有较大的偏差。因此，补偿器两侧的活动支架和直管段上的导向支座应偏心安装。其偏心方向以方形补偿器的中心点为基准，即补偿器左侧的支座向其支架中心线的左侧偏离；补偿器右侧的支架向其支架中心线的右侧偏离，偏心距离为该支架与固定支架之间管段热伸长量的1/2（通常取值50mm）如图所示。

活动、导向支座与管道焊接；导向支座的导向板与支架焊接。

（三）补偿器机器安装

1、补偿器的作用

补偿器也称为伸缩器，其作用为吸收管道因热涨而伸长的长度；补偿因冷缩而回缩的长度。

2、补偿器的种类

补偿器分为自然和人工补偿器两种。自然补偿器是供热管道中的自然拐弯，分为Z形和L形；人工补偿器有方形和套筒式补偿器两种。供热管道通常采用方形补偿器。

方形补偿器的优点是管道系统运行时，这种补偿器安全可靠，且平时不需要维修，缺点是占地面积较大。

3、方形补偿器的制作

制作方形补偿器时尽量用一根管子煨制而成，若使用2~3根管子煨制时，其接口（焊口）应设在垂直臂的中点。管子的材质应优于或相同于相应管道的管材材质；管子的壁厚，宜厚于相应管道的管材壁厚。

组对时，应在平台上进行，四个弯头均为90°，且在一个平面上。

4、方形补偿器的安装

一般情况下，供热管道自始至终并非所有管段都需要安装方形补偿器。实际工程中，有的管段需要安装方形补偿器；有的管段可不必安装方形补偿器。

当供热管道中有自然拐弯（即有Z形、L形自然补偿器）时，其弯头前、后的直管段又较短，可不设方形补偿器。

 当供热管道中无自然拐弯时，应设方形补偿器；或者有自然拐弯，但其弯头前、后的直管段较长，也应在直管段上装设方形补偿器。

方形补偿器应设在两固定支架之间直管段的中点，安装时水平放置，其坡度、坡向与相应管道相同。

为了减小热态下（运行时）补偿器的弯曲应力，提高其补偿能力，安装方形补偿器时应进行预拉伸或预撑（即：不加热进行冷拉或冷撑）。拉伸的方法通常采用拉管器、手动葫芦，也可以采用千斤顶进行预撑。

四、供热管道的压力试验

室外供热管道安装完之后，应进行压力试验，以检查其强度和严密性。

1、试压介质和试验压力

通常采用水压试验；其试验压力标准为：强度试验压力值为工作压力的1.5倍，严密性试验压力值等于工作压力。

2、试压前的准备工作

在被试压管道的高点设放气阀，低点设放水阀；始、终端设堵板及压力表；接好水泵。

3、试压

试压时，先关闭低点放水阀。打开高点放气阀，向被试压管道内充水至满，排尽空气后关闭放气阀，然后以手压泵缓慢升压至强度试验压力，观测10分钟，若无压力下降或压降在0.05MPa以内时，降至工作压力，进行全面检修，以不渗、漏为合格。

1、保温的目的

供热管道进行保温的目的是为了减少热媒在输送过程中的热损失，使热媒维持一定的参数（压力、温度），以满足生产、生活和采暖的要求。

2、常用保温材料

（1）泡沫混凝土（泡沫水泥）

由普通水泥加入松香泡沫剂制成，多孔、轻。

（2）膨胀珍珠岩及其制品

珍珠岩是火山喷出的玻璃质熔岩，透明，呈圆形似珍珠故得名。将其粉碎，在高温下焙烧，呈圆形粉末状，很轻，一般以水泥粘合成瓦状。

（3）膨胀蛭石及其制品

蛭石，云母的风化物。将蛭石在高温下焙烧，呈一层层的小块状，褐色，很轻，将其以水泥粘合成瓦状。

 （4）矿渣棉

矿渣棉有矿渣制成，灰色，呈短纤维状，很轻，刺人。

（5）玻璃棉

将玻璃在高温下熔化，再以高压蒸汽喷射抽丝而成，呈纤维状，很轻，刺人。

（6）岩棉

由岩石在高温下焙烧制成。呈纤维状，很轻。

3、供热管道的保温结构

 供热管道的保温结构如图所示。由内向外是防腐层、保温层、保护层和色漆（或冷底子油）。 

通常防腐层为底漆（樟丹或铁红防锈漆）两遍，不涂刷面漆。保温层有选定的保温材料组成。保护层分为石棉水泥、沥青玻璃丝布两种。明装的供热管道，为了表示管内输送介质的性质，一般是在保护层外涂上色漆。地沟内的供热管道为了防止湿气侵入保温层，不涂色漆而涂刷冷底子油。

4、供热管道的保温

地沟内供热管道的保温施工程序为：防腐层、保温层、保护层和涂刷冷底子油。

（1）涂刷防腐层

管道在铺设之前已涂刷底漆两遍。此次应将接口（焊口）、弯头和方形补偿器等处涂刷底漆两遍。铺管时若管身漆面有损伤处，也应予以补刷。

（2）保温层施工

保温层的施工有预制瓦砌筑、包扎、填充、浇灌和手工涂抹等五种方法。

 其中最常用的是第一种方法。

预制瓦砌筑法，是用选定的保温材料先预制成瓦状。环绕管子一周保温瓦的块数，根据管径大小不同分为2~8块，瓦的厚度按设计规定，一般设计厚度有50、75、100mm；每块瓦的长度约为500mm。施工时将预制瓦砌筑在管道的外表面，纵、横接缝应错开，缝内填石棉灰泥，每块瓦的两端以直径1~2mm的铁丝捆扎。当管径DN≥150mm时，保温层外包一层铁丝网。

在管道的弯头处应留伸缩缝，缝内填石棉绳。在阀门、法兰等处可采用涂抹法施工。

（3）保护层施工

一般为石棉水泥保护层，其质量配比为：525号水泥53%，膨胀珍珠岩粉25%，四级石棉9%，碳酸钙13%，加水调和。

涂抹厚度10~15mm，要求厚度一致，光滑美观，底部不得出现鼓包。

（4）涂刷冷底子油

冷底子油是将沥青熔化，待冷却到100℃以下时，加入适量的汽油（沥青与汽油的质量比为1.2:2.5）拌和均匀。刷漆时，动作要快，要求均匀美观。