【摘要】利用水压图，精确计算供热管网中补偿器的推力，较传统算法可降低推力30%左右；利用水压图，还可以实现供回水管道壁厚分开计算以及供回水补偿器选择不同压力等级。

------唐山市热力工程设计院 杨海礁

在大型集中供热管网中，系统工作压力较大，一般可达到1.6MPa。我们在管网中使用的固定支架、管道、设备等均按这个压力去计算。这种传统算法虽然增加了安全系数，但也增加了工程造价、固定支架等的体积、施工难度，尤其在场地狭窄、地下障碍多的地段，更要求在保证安全的前提下尽量减小固定支架、小室等的尺寸，降低施工难度、降低工程造价。下面笔者结合工程实际，论述水压图在降低工程造价、方便施工中的作用。

一、用总水压线法精确计算补偿器盲板力

以波纹补偿器为例，补偿器推力计算公式如下：

FB=F盲 F弹=Pi·A·10-3 F弹（式一）

FB——补偿器推力（t）

F盲——盲板力（t）

F弹——弹性力（t）

Pi——工作压力（kg/cm2）

A——波纹补偿器有效面积cm2

在传统的补偿器推力计算中，Pi取系统工作压力，即1.6MPa。近几年，人们意识到回水压力达不到1.6MPa，一般按1.0MPa计算，即所谓供回水分开计算。这样就降低了波纹补偿器的盲板力F盲=Pi·A。一般认为这样已经非常合理了，因为回水补偿器推力降下来了，但实际上这些算法只能算作是一种估算，不是精确计算。因为虽然它将供水和回水盲板力分开来计算，但是，它将供水的工作压力定为1.6MPa，回水压力1.0MPa，www.china-heating.com这个压力是一成不变的。而在实际运行中，随着管网中各点与电厂距离的远近，无论供水管道还是回水管道，它的压力是变化的，每一点的压力都不一样。而以上估算法只能忽略这一点，按照固定的压力去计算。这样的计算结果与实际值就有一个很大的偏差。下面，笔者就介绍一个精确计算的非常简便的方法及其推导过程。

推导出的补偿器的推力公式：

F双=F盲总 F弹g F弹h=（P总·A）× 10-3 F弹g F弹h

（式二）

F双——供水、回水补偿器加在一起产生的推力（t）;

（注：供、回水补偿器一般成对设置，它们产生的推力共同作用在固定支架上，固定支架的配筋及尺寸根据供回水补偿器推力产生的合力计算。本计算方法不必采取先分着计算供回水各自的推力，再将它们相加计算合力的方法，计算步骤简便。）

F盲总——总盲板力（供回水盲板力之和，t）

F弹g——供水补偿器弹性力（t）（查产品样本）

F弹h——回水补偿器弹性力（t）（查产品样本）

P总——总水压线对应的压力（kg/cm2）

A——补偿器有效面积（cm2）（由于供回水口径相同，其A值也是相同的）

如上水压图中：

Po─系统静水压线（MPa）

Pg─供水管道压力（MPa）

Ph─回水管道压力（MPa）

P总─总水压线（MPa） P总=Pg Ph

其中，P总是本算法根据实际需要新引入的概念。

式二的推导过程如下：

供水补偿器的推力Fb供=F盲g F弹g=Pg·A F弹g

回水补偿器的推力Fb回=F盲h F弹h=Ph·A F弹h

供回水补偿器合力F双=Fb供 Fb回=Pg·A F弹g Ph·A F弹h=（Pg Ph）·A F弹g F弹h=P总·A·10-3 F弹g F弹h

即得出式（二）。

由式二可知，只要我们求出总水压线P总，F双即可得出结果。因为式中A、F弹g、F弹h在波纹补偿器样本中即可查到，只有P总是一个未知数。

从水压图中我们不难看出P总=Pg Ph，即总水压线等于供水水压线与回水水压线的叠加，供、回2条水压线叠加后即可得出总水压线P总。在供热管网中，无论供热管网多么复杂，地势怎么变化，供、回水管径总是相等的，基本接近于处处相等，它们是并列的2根管，其走向、长度也基本处处相等。而且管道中水的流量也基本相等（由于失水的原因，回水流量较供水略微减小，但减小量很小，不对计算结果产生实质性影响）。这样，供、回水管道的水阻力大小相等方向相反，即供水水压线与回水水压线相对于中轴线对称。那么，根据这个特点，我们不难得出结论，供水水压线与回水水压线叠加后的总水压线是一条水平的直线，即P总=Pg Ph处处相等─无论在距电厂的什么位置。电厂出口以外管道压力是变化很难精确计算的，电厂出口处供回水压力值是在设计时必须知道的，这样进而得出P总=Pg Ph=P1g P1h，即P总在供热管网中处处相等，且均等于电厂出口供、回水压力之和。

现在以唐山市东部供热工程裕华道支干线①节点为例比较一下按传统算法与按总水压线算法得出补偿器推力的差别。唐山市东部供热管网热源为唐山市发电厂，其电厂出口压力为供水1.45MPa、回水0.2MPa，工作温度130℃/70℃，工作压力1.6MPa。裕华道支干线管径为DN700，其对应波纹补偿器有效面积A=5822cm2，其弹性反力经查产品样本确定为F弹=23t。为简化计算，这里将供、回水补偿器弹性力近似认为相等。

在以上已知条件下计算补偿器的推力：

a.传统算法：

Fb供=F盲供 F弹=Pg·A·10-3 F弹=16×5822×10-3 23=116t

Fb回=F盲回 F弹=Ph·A·10-3 F弹=10×5822×10-3 23=81t

供回水补偿器对固定支架产生的总推力：

F双= Fb供 Fb回=116 81=197t

b. 按总水压线法：

F′双=F盲总 2F弹=P总·A·10-3 F弹g F弹h

= （P1g P1h）·A·10-3 2F弹

=（2 14.5）×5822×10-3 2×23

=142t

c.计算结果表明：

F′双< F双，二者相差■＝38.7％。也即固定支架尺寸减少38.7%。当然，其配筋也相应减少。裕华道支干线①节点处在裕华道与龙泽路交叉口，在这里地下管线众多，由于距水厂及污水处理厂均较近，是多条上下水必经之处，有DN200-DN1000上水管道4条、DN600-DN1500污水管道4条、雨水方沟1条，以及电力、煤气、通信等地下管线，施工现场场地狭窄，由于有多条雨、污水管存在，管沟随时有塌方的可能。在这种情况下，采取总水压线法精确算出固定支架推力，减小固定支架尺寸，对安全施工起到了关键性作用。

二、管道壁厚的确定

由水压图可知，供水管道压力在中轴线以上，回水管道压力在中轴线以下。还以刚才唐山市东部供热工程为例，中轴线对应压力为P中=（P1g P1h）/2=（0.2 1.45）/2=0.825MPa。这样，供水管道最高压力值为P1g=1.45MPa， 回水管道最高压力值为P中=0.825MPa。据了解到所以，计算热力管道壁厚时，考虑到供回水压力不同，可采取分开计算，采用不同壁厚值，节省管道造价。为安全起见，上例中，供水可按1.6MPa，回水可按1.0MPa计算。

管道壁厚计算公式：

S=■ C

S——管道壁厚（mm）

P——计算压力（kg/cm2）

Dw——钢管外经（mm）

［?滓］——许用应力，Q235钢为12.67kg/mm2

η——修正系数0.6

C——附加值0.8

将DN700-DN1200管道数据代入以上公式中，可得供回水管道壁厚如下：

但实际应用中一定要注意，虽然回水按1.0MPa计算得出的壁厚较小即可满足压力要求，但管道厚径比不要过小，以免直埋管道在承受巨大轴向力时发生形变。供回水管道壁厚分开计算的方法，在唐山的部分工程中已得到了应用。

三、补偿器的选型

正如前面所述，利用水压图还可将波纹补偿器的选型采用供回水分开的方式。以唐山市东部供热工程为例，供水可采用承压能力1.6MPa的波补，回水可采用承压能力1.0MPa波补，这样即减少了购买波补的费用，而且承压能力低的波补弹性反力也小，且又降低了波补对固定支架的推力，减小固定支架的造价。

结论：水压图在供热管网计算中是不可或缺的，它的作用不仅限于水力计算及确定管径上，在施工图设计过程中，也同样可以起到非常重要作用。只要我们应用得当，一定会得到很多意想不到的效果。