国标图集《05R410》在小区热力管线设计中的应用

摘要：本文笔者主要就国标图集《05r410》在小区热力管线设计中的应用中北京珠光逸景家园小市政热力管线的设计优化进行分析探讨。

关键词：热力管线；设计优化；应用

中图分类号：TU990.3文献标识码： A 文章编号：

一、技术背景及现状

集中供暖地区的热力管线一般都采用地下敷设的方式，地下敷设又分地沟敷设和直埋敷设两种。直到20世纪80年代以前，地沟敷设在国内作为热力管道的主要敷设方式而普遍采用。国家的相关规范、图集，以及应用广泛的《实用供热空调设计手册》（第一版，陆耀庆主编）（以下简称《手册（第一版）》，所涉及的内容还都是地沟敷设的相关技术。

进入80年代以后，我国的供热科技人员通过考察学习、引进吸收，使国内的供热预制保温管技术和直埋敷设技术有了长足的发展，经过近30年的应用和发展，热水管道直埋敷设从设计、制造、安装、验收等方面皆有了长足进步，直埋敷设方法与传统的地沟敷设方法相比具有节约投资、节省占地、维护管理费用小、热损失小、寿命长、施工周期短等优点，已经被广大热力设计工作者所普遍认同，并成为我国城市热水管网工程敷设的主要敷设方式。

二、相关的规范、图集应用情况

1998年，我国参照欧洲标准制定了行业规程《城镇直埋供热管道技术规程》（CJJ/T81-98）（以下简称《规程》），并于1999年6月1日起执行。然而，由于《规程》中技术含量较高的诸如“直管段管道的过渡段长度计算、管道的屈服温差及锚固段的应力计算、转角管段的应力验算”等等都是比较复杂的公式，计算过程非常繁琐，造成广大设计人员理解困难，所以《规程》中的精髓部分并未得到广泛的应用。除哈尔滨、沈阳、鸡西、唐山、太原、北京等地的几个少数设计院外，其它大部分设计院的设计人员还是沿用传统地沟敷设的相关技术进行管道设计，即便是设计直埋敷设的热力管道，也大都是应用《手册（第一版）》中关于地沟敷设的相关技术来计算、设计直埋管道，根本不进行直埋管道应力分析，也不对固定墩等进行受力计算，仅仅是计算某段管段的热伸长量，据此选一个补偿器了事。造成补偿器和固定墩设置过多、管网薄弱点增加、维护工作量增大，同时，由于不对承受巨大推力的固定墩或固定支架进行受力验算，造成固定墩倾覆或固定支架损坏的情况时有发生。而出现诸如此类的设计质量问题时，往往会被归结于施工质量或补偿器产品质量问题。这种情况在居住区小市政热力管道的设计中非常普遍。

针对这种情况，国家有关部门协同广大热力设计工作者积极应对。2005年，建设部颁发了由北京市热力工程设计公司和全国工程建设标准设计动力专家委员会联合主编的国内第一部关于热水管道直埋敷设的图集——《热水管道直埋敷设（05R410）》（以下简称《图集》）。2008年，由陆耀庆主编、凝聚广大工程设计人员智慧和心血的《实用供热空调设计手册》（第二版，陆耀庆主编）（以下简称《手册（第二版）》也已修编完成。《手册（第二版）》增加了“热水管道直埋敷设”章节，简明精炼地给出了热水管道直埋敷设的布置原则、覆土深度、保温计算以及受力和应力计算的方法、公式。因为《实用供热空调设计手册》在暖通供热的设计界甚至学术界有着广泛的影响，在广大工程设计人员心中有着举足轻重的地位，所以《手册（第二版）》修编后增加的“热水管道直埋敷设”章节,为热水管道直埋敷设技术的推广起了非常大的作用。然而由于巨大的惯性，仍有很多设计人员在设计热力管道时，并不懂得如何进行管道的应力分析、推力计算以及强度验算，仍按《手册（第一版）》中关于地沟敷设的相关内容，简单地计算、设计直埋管道。

在《图集》中，是把《规程》中那些复杂的公式，结合国内热水管道的设计温度、压力以及常用的埋设深度等设计条件，逐一进行计算，并把计算结果比较详尽地用图表等直观地显示。这就极大地简化了的热水管道直埋敷设的计算工作量，热力设计人员在进行热力管道直埋敷设的设计、计算时，只需根据已知的设计条件，从《图集》里查表，或进行一些简单的计算，就可以得出相应的计算结果。

下面，笔者结合在工作过程中遇到的一个住宅小区热力管道的优化设计案例，简要阐述《图集》中的一些应用方法，抛砖引玉，也为广大设计者参考。

三、案例分析

工程概况： 项目位于北京市丰台区长辛店珠光逸景项目9-1#地块、10-4#地块，共32栋楼，总建筑面积19万㎡，设小区锅炉房一座，为各楼栋供热。设计院提交的小市政热力管线施工图设计，虽然并没有违反国家规范、标准的相关条文，但设计过于保守，没有进行必要的应力分析、强度验算，不必要的补偿器、固定支架、阀门井设置过多。以下逐一分析：

（一）、管道壁厚

管道壁厚的选择，应根据《规程》中的4.2.1公式和4.2.3-1公式计算，与管道壁厚相关的参数有钢管外径、设计压力、钢材的基本许用应力等。《图集》中的P9页图表已经将DN500以下管道计算结果列于表内，根据《图集》中P9、P10页的计算表，可知在1.6MPa、130℃以下的设计条件下，不论是无缝钢管还是螺旋缝焊接钢管，其最小公称壁厚既能满足要求。

设计院提供图纸的管道壁厚如下：

而《图集》中，计算出的最小公称壁厚见下表的第三行：

可见，设计院提供的图纸中，管道壁厚选择过于保守，增加了无谓的管材成本。

（二）、直管段

直管段布置需要满足两个条件：稳定性条件和安定性条件。只要满足这两个条件，直管段就是安全的，以下分述之。

1、稳定性条件：稳定性条件直接与管道的覆土深度有关，直埋管道的稳定性验算应按《规程》4.6.1、4.6.2、4.6.3公式计算。在《图集》中，P14页的图表已经计算出了130℃的循环温差下稳定性条件的最小覆土深度。根据《图集》中P14页图表的计算结果，小市政热力管道在设计温度95℃以下时，管道最小覆土深度保证0.7米，即可满足稳定性条件。

2、安定性条件：安定性条件与管道的外径、壁厚、循环工作温差以及管道材质有关，其计算应根据《规程》中的4.3.1-1公式、4.3.1-2公式和4.3.5-1公式推导计算。《图集》中，P12页图表给出了不同管径、壁厚管材的管道屈服温差和锚固段最大允许循环温差，根据《图集》P12也图表可知，对于供热介质不大于130℃、设计压力不超过1.6MPa、直径DN500以下的热水管道，均能满足安定性条件，即允许锚固段存在，若同时能满足稳定性条件，直管段可不设任何补偿器。

设计院提供的图纸中，直管段布置了大量的补偿器，设置补偿器就必须对应设置固定墩。下图为设计院图纸中的局部截图：

而根据《图集》P12页的计算结果，在本工程的设计条件下，直管段不必设置补偿器，所以上图中的固定墩、补偿器是完全可以取消的。

（三）、转角管段

直埋转角管段弯头的应力和轴向力，与弯头的型式、材质、壁厚、角度、弯曲半径、过渡段布置长度、埋设深度、循环工作温差、工作压力等参数有关，其计算相对复杂，可按《规程》中附录C的内容计算。对于设计压力1.6MPa、介质温度95℃（安装温度按10℃计算）以下的小市政热力管道，可在《图集》中P37页，结合P36、P43、P49页相关内容选取，由于步骤较为复杂，这里无法赘述。可以明确的是：对于设计压力1.6MPa、介质温度95℃（安装温度按10℃计算）以下的小市政热力管道，当管顶覆土深度不小于1.5米时，采用弯曲半径R=1.5DN的直埋90°弯头，即可吸收最大过渡段长度的伸长量；若管顶覆土深度在0.7~1.5米之间，采用弯曲半径R=3.0DN的直埋90°弯头，也可吸收最大过渡段长度的伸长量。

也就是说：若管顶覆土深度1.5米，采用弯曲半径R=1.5DN的直埋90°弯头，则这个平面直角转弯管段的两端，可以是无限长。

对于本工程来说，转角管段的管道覆土深度都在1.5米以上，所以只需采用弯曲半径R=1.5DN的直埋90°弯头即可，无需对弯头部位设置补偿器、固定墩等设施保护。

设计院提供的图纸中，转角管段也布置了大量的补偿器，下图为设计院图纸中的局部截图：

而根据《图集》中P37页、P36、P43、P49页相关内容，上图中的固定墩、补偿器是完全可以取消的。

（四）、三通、阀门

直埋管道三通的布置应满足《规程》3.2.4条，可采用《图集》中P56页的几种方式，在此不必赘述。

关于阀门的布置，《城镇供热管网设计规范》CJJ34-2010的8.5.1条规定了支线的起点应安装关断阀门。但结合小区热力管道的特点及本工程的实际情况，每个楼栋的入户均已安装入户装置，包含了关断、调节作用的阀门。就没必要在每个楼的支线起点安装检修关断阀门，只需在干线分支处安装检修关断阀门即可。设置过多的阀门，既增加了不必要的投资，也会造成管网薄弱点增多、增加了维护工作量。

设计院提供的图纸中，每个楼栋的支线起点均设置了关断阀门井，此设置属于重复设置，部分截图如下：

上图中DN80的阀门井是完全可以取消的。

（五）、案例分析优化结果

在长辛店的珠光逸景家园小市政热力管线设计优化过程中，经过与设计人员多次的沟通、交流，并引用《实用供热空调设计手册》（第二版）、《城镇供热管网设计规范》、《城镇直埋供热管道工程技术规程》、以及国标图集《热水管道直埋敷设（05R410）》内相关内容及条款，说服设计人员不断优化设计，最终设计院所出的正式施工图蓝图，相比于提供给我中心审核的电子版，减少了不必要的直埋补偿器67个、直埋固定墩72座、阀门井室26座，估算节省直接成本80~100万元。

四、总结

1、热水管道直埋敷设技术，相比于传统的地沟敷设，有很大的区别，甚至可以说是一次技术革命，但在很多工程师眼中，并没有意识到二者之间的区别，很多人都还固步自封地凭经验、吃老本，不肯也不屑于放下架子、调整心态，虚心学习崭新的直埋敷设技术。导致热水管道直埋敷设技术到目前为止还没有真正得到广泛而切实的应用。

2、作为甲方的工程技术人员，面对设计院的都是自信心很强的专业负责人，有些还是暖通学界德高望重的老专家，对他们进行技术交流时，仅具备专业的业务能力是不够的，还需要有足够的耐心和沟通技巧，循序渐进、心平气和地说服他们。这其实是一个教育和被教育的过程。

3、热水管道直埋敷设技术的合理应用，不但可以不必设置大量的补偿器、固定墩，同时还减少了热水管网的热损耗以及维护、维修工作量。这在国家大力提倡建设资源节约型社会、倡导节能减排的大背景下，更具有尤为重要的意义。类似长辛店珠光逸景小区热力管道的设计目前还非常普遍，我们广大的热力设计工作者还任重而道远。

参考文献：

1、《城镇直埋供热管道工程技术规程》（CJJ/T81-98）

2、《实用供热空调设计手册》（第二版，陆耀庆主编）

3、《热水管道直埋敷设》（05R410）

4、《城镇供热管网设计规范》CJJ34-2010