城市集中供热管网管道内壁冲洗工法.docx
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城市集中供热管网管道内壁冲洗工法
城市集中供热管网管道内壁冲洗工法
开式再循环法冲洗城市供热管网部分
电厂蒸汽冲洗城市供热管网部分
开式再循环法冲洗城市供热管网部分
本工法部分是在唐山市市区供热管网主干管和唐山市市区河西路支干管及唐山市新区全区热水管网干管管内壁冲洗实践的基础上编写而成。
1主题内容与适用范围
1.l主题内容
本工法确定了采用“开式再循环”法冲洗城市供热管网的系统技术参数的设计原则、冲洗步骤、操作方法；提出了冲洗过程中应采取的各项技术措施；指明了冲洗过程中应该注意的各种问题；解决了城市集中供热管网和大型工业管网管内壁冲洗的技术问题。
1.2适用范围
本工法适用于各种工业与民用管道的内壁清扫、冲洗，尤其适用于城市集中供热管网大直径管道和各类大型工艺管道的冲洗；特别是缺水地方管网冲洗使用该法更为经济、合理、简单、方便。
2一般说明
2.1工程概况
唐山市市区和新区的供热管网，都是采用电厂集中供热采暖，总供热采暖面积（当时）超过600万m2。
其中：
市区供热最大循环水量为5032t／hr；新区供热最大循环水量（当时）4600t／hr，供水温度110℃。
市区管道沿不通行方型砖砌地沟敷设，新区管道从电厂出来沿厂前路高架空敷设，沿新城道沿拱圈敷设，部分道路沿砖砌地沟敷设等。
全部地沟管道采用套筒伸缩节补偿和高架空管道自然补偿。
2.2设计规定
2.2.1管内冲洗后无油；
2.2.2铁含量不大于100µg／L；
2.2.3冲洗水硬度不大于5µg／L（当量）；
2.2.4不允许含有有机溶剂等杂质。
3冲洗原理
3.1杂质在管内的运动状态
管网在施工中，难免落进砂、石、砾石、砖块、电焊条头等杂物残存在管道内壁的底层，而管道内壁因氧化、腐蚀残存氧化铁皮、铁末等。
根据水力学和流体力学的理论分析，一般情况是：
沉积在管内壁底层的杂物处于静止状态在管底不动。
当管中出现流体运动，而运动的流体流速达到某一个数值时，沉积于管底的杂质开始朝着沿流体运动的方向移动，这种移动可能表现为滑动、滚动和跳跃式移动等方式出现。
如果管内流体的流速继续增大，大得能使流体的流动的紊动强度足以使管内的最重杂质悬浮起来，这时管内杂物将脱开管底，随水流的流动方向向前跳跃滑动或滚动，从而出现管内杂质时而上浮，时而下沉。
随着紊流速度的脉动，流体向上运动的旋涡起着维持杂质悬浮运动的作用。
由于稳流的脉动，旋涡的运动方式及其强度呈随机性，故悬浮的杂质在流体中表现为时而上浮，时而下沉。
如果流体的流动速度，大于管内最重杂质的启动速度、移动速度、悬浮速度，则管内的杂质将随流体排出管外或沉积于按计算长度确定的除污短管内。
总之，管内流体的速度愈大，它就愈能有足够大的原能量克服杂质在静止状态转为运动状态所需要的势能，以及移动、悬浮时所需要的动能。
3.2冲洗原理
3.2.1“开式再循环”法冲洗概念
所谓开式再循环冲洗，就是先将贮水池或贮水水箱及管网内全部装满水，然后再开启冲洗循环水泵（或管网加压水泵），使其从水池当中抽水，注入管内，使管内水流动，再排到水池，经过过滤，再抽入管内，从而进行反复的脏水循环，换水后进行反复清水循环，换水后再进行反复净水循环，直至经化验合格，最后放水清理除污短管内杂物。
3.2.2冲洗原理
利用水在管内流动的动力和紊流的涡旋及水对杂物的浮力，迫使管内杂质在流体中悬浮、移动，从而使杂质由流体带出管外或沉积于除污短管内。
3.2.3冲洗原则
将供水管道、回水管道的最终端连通，并安装连通阀门，先冲远处，后冲近处，先冲支管，再冲干管。
先脏水循环冲洗，再换水清水循环冲洗，最后换水净水循环冲洗。
4冲洗工艺
4.1冲洗技术条件
4.1.1假设条件
（1）杂质在流体中的运动状态是随流体流速的变化而变化，流体流速愈大，被冲出的杂质质量愈大；
（2）砂、砾石的当量直径平均为10mm，其重度γ=25506N／m3；
（3）电焊条、螺帽的当量直径平均为10mm，其重度γ=77008.5N／m3；
（4）砂、砾石与管壁的摩擦阻力系数为γs=0.0072；
（5）泥土与管壁摩擦阻力系数为γs=0.023。
4.1.2技术参数
（l）冲洗压力按系统沿程阻力损失和局部阻力损失计算而定；
（2）冲洗速度由计算而定；
（3）冲洗介质为水，其γ=9810N／m3。
4.2冲洗段的划分
根据杂质在管内运动状态，选择冲洗速度和最长冲洗长度。
一般冲洗段为总干管和支线两个段。
4.3冲洗速度的确定
4.3.1启动速度计算
启动速度是指杂质在管内从静止状态到运动状态所需流体的最小速度，计算推荐武汉水利电力学院公式，即；
V0=
式中：
V。
——杂质的启动速度，m／sec；
h——有压管道液柱高度，m；
d——杂质的当量直径，m；
γs——杂质的平均重度，N／m3；
γ——水的重度，9810N／m3。
4.3.2移动速度计算
式中：
Vs——杂质在水流中的移动速度，m／sec；
g——物体重力加速度，9.81m／sec2；
γs、γ——同前述；
dmax——杂质最大当量直径，m。
4.3.3悬浮速度计算
杂质在管内因流体的浮力而产生流体对杂质的悬浮速度，即：
式中：
Vg——杂质在流体中的悬浮速度，m／sec；
λ——阻力系数；
d、g、γs、γ——同前所述。
4.3.4最小冲洗速度的确定
（1）最小冲洗速度的计算
式中；Vmin——最小冲洗速度，m／sec；
f——杂质颗粒与管壁的静摩擦系数，砂、砾石与钢取f=0.4；
γs、γ、dmax－——同前所述。
（2）最小冲洗速度的确定
在上述四种速度计算基础上，将最大速度作为最小冲洗速度，再根据流体损耗计算，最终复核后确定，水冲洗一般选1m/sec。
4.4冲洗流量的确定
式中：
Q——最小冲洗流量，m3／Sec；
D——管道公称内径，m；
Vmin——最小冲洗速度，m／sec。
4.5最大冲洗长度的确定
4.5.l流体在管内沿程阻力损失计算
式中：
L——管路冲洗长度，m；
D——冲洗管道的内径，m；
γ——水的重度，N／m3；
Vmin——最小冲洗速度，m／sec；
λ1——沿程阻力系数。
4.5.2杂质沿管内阻力损失计算
式中：
ΔPs——杂质沿管内阻力损失，N／m2；
λs——杂质与管壁摩擦阻力系数；
γs——杂质平均计算重度，N／m3；
L、D、Vs、g——同4.5.l和4.3.l。
4.5.3杂质悬浮阻力损失计算
式中：
ΔPg——杂质悬浮阻力损失，N／m2；
L、Vg、Vs、γ——同4.3.1、4.3.3、4.5.1；
m1——重量流量浓度，杂质的重量流量与水的重量流量的比值。
4.5.4杂质沿三通、弯头、补偿器的局部阻力损失计算
ΔP局＝ΔP三＋ΔP弯＋ΔP补＝（ζ三＋ζ弯＋ζ补）·
式中：
ΔP局——杂质局部阻力损失，N／m2；
ζ三、ζ弯、ζ补——三通、弯头、补偿器阻力损失系数；
Vmin、g、γ——同4.5.1。
4.5.5最大冲洗长度计算
（l）单位管长压力损失计算
式中：
i——单位管长压力损失N／m2／m；
其他物理量——同前各条。
（2）阻力总损失计算
Hmax=ΔP1＋ΔP2＋ΔP3＋ΔP局
式中：
Hmax——系数阻力总损失，N／m2；
ΔP3——冲洗出口静压，N／m2；
ΔP1、ΔP2＝（ΔPs＋ΔPg）——同4.5.1、4.5.2、4.5.3。
（3）最大冲洗长度计算
式中：
Lmax——最大冲洗长度，m；
ΔP3、I、ΔP局——同3.5.5。
（4）城市供热管网不同管径（水网）冲洗长度等计算，详见附表1。
4.6冲洗系统的选择
4.6.1冲洗系统的设计
（1）设计依据
依据城市供热管网的设计图纸和各种技术参数及管线沿程的自然条件和社会条件。
（2）系统选择原则
①冲洗水池和水泵应设在管网的起点或中间段，便于系统的选择和分配；
②根据干管和支管的长度，分干管系统和支管系统；干管过长，可以分两个系统，但中间部位加连通管，安装连通阀门；也可以分干管和支管为一个系统。
（3）冲洗位置的选择
①水泵尽可能安装在场地宽敞和平整处，便于操作和安装变配电装置及其他设施；
②尽量靠近有电源和水源地段，以减少临时用水、用电设施的费用；
③尽量用永久性设施及总供水泵站，以大量节约资金。
（4）冲洗系统的设计内容
根据城市供热管网设计图纸，将主干线、支线做系统的水力学计算，求出:
①连通管直径；
②冲洗速度；
③冲洗长度；
④系统沿程和局部阻力总损失；
⑤水泵扬程和流量；
⑥贮水水池（或水箱）的最小容积；
⑦贮水池中的过水断面及过滤网截面面积；
⑧除污器（或除污短管）的直径和容积等。
4.6.2冲洗设备的选择
（l）水泵的选择
①根据最小冲洗速度计算的最大冲洗流量，确定水泵的额定流量；
②根据最大冲洗长度计算的沿程阻力损失、局部阻力损失、杂质在管内运动所耗的损失总和，确定水泵的额定扬程；
③根据水质含沙泥程度确定水泵种类；
④可以用正式工程的水泵，冲洗后进行解体清洗，保证使用。
（2）其他设备的选择
①根据水泵型号，确定电气设备，如变压器、启动器、保护装置等；
②各种闸阀、止回阀、底阀等；
③根据计算确定除污器等。
4.7冲洗系统的安装
4.7.1水泵的安装
按工艺要求，做临时泵基础，安装冲洗水泵，方法按正式工程要求装。
4.7.2管道的安装
主要是临时管道安装，将水泵入口接到水池里，水泵出口接到主干管供水管上，系统排水接到回水管端，并将水排入水池，其他将阀门隔断。
4.7.3阀门及除污器的安装
（1）阀门按规程要求安装；
（2）除污器按流向安装。
直管段，安装在最长冲洗段末端，在干线管底开三通，安装除污短管；
高支架、几型补偿器，安装在补偿器末端，即流出方向。
4.7.4连通管的安装
在主管和支管末端供回水管上开三通安装连通管、连通供水管和回水管，并在连通管上安装一个阀门将供水、回水管隔断。
冲洗时打开，运行时隔断。
5管网冲洗
5.1冲洗前准备工作
5.1.1系统试压完成，端点加固，支撑完成，临时管道、阀门等全部安装就位；
5.l.2水泵、电气安装调试完成；
5.l.3供水、供电已疏通环节等；
5.1.4冲洗系统已确定，顺序确定，连通管按系统和顺序开通或关闭；
5.1.5完成周围警戒工作。
5.2冲管
5.2.1系统注水
将冲洗的系统主干线、支线的供水管和回水管内全部注满水5225m3，并在高处排放空气。
水可以用水泵注水，也可以用开三通直接往管里灌水。
若管内试压水未排掉，要补充注水，直至全部注满水为止。
5.2.2粗洗循环
启动冲洗水泵，进行8～10hr的管内脏水循环，迫使管内沉积的砂、砾石等杂质沿水流方向移动而最终沉积到除污短管（除污器）中，使轻质悬浮杂质沿管道排水口排入水池中，经过滤清除掉。
5.2.3清水循环
粗洗后的脏水停泵后马上排入城市雨水管道内（不要停泵静止后再排）,待管道内最低点水全部排净后，关掉排水阀门，再向供水管和回水管内注入清水，管内水满后，再开启冲洗水泵，循环8～10hr以后，迅速排掉管中的浑水。
这个过程是使管内的细砂及氧化铁皮等有足够的时间移动沉入除污短管内。
若循环不理想，可以延长循环时间。
5.2.4精洗循环
精洗是在清水循环后，将浑水全部排掉，然后注入自来水，继续开泵循环，使管内全部杂质都沉积在除污短管里面，经水质化验合格后结束清洗循环。
化验不合格用延长清洗循环时间解决，直至化验全部合格为止。
5.3清理、检查、恢复系统
5.3.1清理
先将排气阀门开启。
使排水时向管内补气，防止管内出现真空。
根据现场情况，将管内贮水全部排入规定的城市雨水管内或污水管内。
5.3.2检查
水排净后，将全部除污短管打开，将沉积杂物清除干净，并用水洗净除污短管，然后将除污短管法兰盖或阀门安装好并紧固。
5.3.3恢复系统
恢复系统，将临时管网和冲洗用管道、阀门拆除掉，并堵住全部开洞，拆除全部临时加固等构筑物，使系统按设计和使用功能处于正常状态。
5.4注意事项
（l）循环时间，视水内含杂质情况而延长或缩短；
（2）脏水循环时间尽可能长些，使杂质有足够时间移动沉积在除污短管内；
（3）多支管冲洗时，一定先冲洗最远段，再冲洗近段，在选择时，一定要控制开关连通管，系统必须形成循环。
6冲洗质量与安全
6.l冲洗质量
6.1.1质量标准
精洗出口的水质做化学分析后，能达到下列标准为合格：
（l）无砂、泥和悬浮物；
（2）水中无油、无有机溶剂；
（3）水的硬度不大于5μg；
（4）铁的含量小于100μg／t等。
6.1.2保证质量的措施
（l）延长粗洗时间，保证杂质移动和沉积的时间；
（2）加大流速，尽可能将杂质冲出管内；
（3）编出冲洗顺序图，严格按顺序冲洗，防止环路短路漏掉支管冲洗；
（4）抽样化验，分级、分段冲洗，合格即停。
6.2冲洗安全
6.2.1安全要求
（1）不出现水击现象，不能将水排到马路上；
（2）防止最远端部阀门或封头被冲掉。
6.2.2安全措施
（1）冲洗速度确定后，水泵尽可能安装在最高点，防止故障停电造成水头倒击；
（2）将出水口、排水口用管道接到就近城市污水管或雨水管井内；
（3）自由端部阀门或封头试压前，应做加固或加力顶住。
7主要机械设备
主要机械设备表1
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
离心水泵
14Sh－28
Q＝972～1440m3/hr
H＝0.2～0.14MPa
台
2
冲洗循环用
2
电动机
N＝75kW
n＝1450γ/min
台
2
配水泵用
3
离心多级水泵
6BA－6A
Q＝110～200m3/hr
H＝0.3MPa
台
1
向管网内注水
4
自耦试压起动箱
QJ3－75
套
2
水泵启动用
5
止回阀
Dg300,Pg0.4MPa
个
2
水泵配套
6
阀门
Dg600,Pg2.5MPa
个
1
水泵配套
7
阀门
Dg500,Pg2.5MPa
个
1
水泵配套
8
阀门
Dg300,Pg2.5MPa
个
2
水泵配套
9
阀门
Dg200,Pg1.6MPa
个
若干
连通用
8劳动组织
8.1劳动力及分工
以新区热网冲洗为例
劳动力分工表表2
工种
人数
岗位及主要职责
钳工
4
启动水泵和检修设备（三班制）
电工
3
维护水泵供电和照明（三班制）
管工
13
检查冲洗和调整循环系统，注水等（三班制）
焊工
3
临时焊接（三班制）
8.2工期
以新区热水管网冲洗为例，分段冲洗时间为一个月（包括安装临时管道、水泵和移动位置），实际冲洗时间为10d，真正冲洗时间为3d（其余时间为安装临时管道和水泵阀门等）。
9经济分析
经济分析表表3
名称
定额
实际
节约
人工（日）
1961
330
1631
耗水量（m3）
205653
40000
465653
软水量（m3）
5225
0
5225
直接费（元）
64508.38
8390.02
56118.36
注：
①此表按85的定额价计算
②冲洗临时管道和安装费用由建设单位另签证，未包括在冲洗之列。
10工程实例
10.1唐山市区供热干管冲洗；
10.2唐山市平房区供热管网冲洗；
10.3唐山市河西路供热管网冲洗；
10.4唐山市新区供热干管冲洗；
10.5唐山市新区13小区供热管网冲洗；
10.6唐山市新区11小区供热管网冲洗等。
附表1城市热力管网不同管径冲洗（水）长度汇总表
序号
管道规格
D×S
（mm）
管道内径
Dg
（m）
管道内截
面积F
（m2）
最小冲洗
速度
（m/sec）
最大冲洗
速度
Lmax（m）
备
注
1
920×9
0.902
0.639
1.025
631
2
820×8
0.804
0.510
1.284
354
3
720×7
0.706
0.391
1.100
391
4
630×7
0.616
0.298
1.050
476
5
529×6
0.517
0.208
1.050
403
6
426×6
0.414
0.135
1.050
1787
7
377×7
0.366
0.103
1.050
329
8
325×7
0.311
0.076
1.050
313
9
277×7
0.259
0.053
1.050
318
10
219×6
0.207
0.034
1.050
486
11
159×4.5
0.150
0.018
1.000
434
12
133×4
0.125
0.012
1.000
280
13
108×4
0.100
0.008
1.000
217
14
76×3
0.069
0.004
1.000
121
15
57×3
0.051
0.002
1.000
77
电厂蒸汽冲洗城市供热管网部分
本工法部分是在唐山市新区城市蒸汽管网和唐山市缸窑片城市蒸汽管网冲洗实践基础上编写的。
1主题内容与适用范围
1.1主题内容
本工法确定了利用电厂蒸汽冲洗城市供热管网的原则和方法，并指出冲洗中应注意的各种问题。
1.2适用范围
本工法适用于具备蒸汽源的供热管网及工业管道的内壁冲洗，不适用于给排水管道、煤气管道及一切未考虑热胀冷缩的工业管道。
2概述
随着我国城市集中供热、供汽事业的不断发展，城镇或工业集中区域将逐步建设热电厂实现城镇或生产区域集中供热。
因此，新建的热力管网内壁冲洗质量的好坏，直接影响电厂设备的安全运行，为此搞好管网冲洗，保证管内壁无杂质，是安装过程当中一项极为重要的工作。
2.l工程概况
唐山新区城市蒸汽管网，是由电厂用二根D720×8干管向工厂供汽，用D219×10的管道返输凝结水，管网沿高支架敷设，自然补偿，座标全长为2998m。
缸窑片城市蒸汽管网，是由电厂用二根D630×8干管向工厂供汽，管道沿架空支架敷设，采用球型补偿器补偿，全长11848m。
2.2设计规定
（l）冲洗速度V≤80m／sec；
（2）无油；
（3）铁不大于100μg／L；
（4）硬度不大于50μg／L；
（5）不允许有有机溶剂等杂质。
2.3工艺要求
为保证锅炉发电机组安全运行，管道内的杂质必须除净。
只加大冲洗速度冲净管内的杂物并不能满足机组运行安全，还必须保证附在管内壁氧化铁皮剥掉冲走，所以应采取动量法及间隙冲洗的工艺满足设计要求和电厂的规定。
3冲洗原理
3.l杂质在管内的运动状态
城市管网施工，一般残存在管壁的主要杂物是砂、泥、砖块、砾石、保温瓦、电焊条或螺帽等。
一般情况，这些杂物沉积于管底部。
若需将这些静止状态的杂物冲掉，则需有足够的速度或动能克服它们所需的移动速度、悬浮速度、启动速度。
根据流体力学和水力学的理论分析、当管中流体的流动速度大于上述杂质的启动、悬浮、移动速度时，管内杂质开始朝流体流动的方向移动，这种移动可能表现为滑动、滚动和跳跃式移动。
如果管内流体的流动速度继续增大，则流体的紊动强度就能足以维持杂质悬浮起来，沿流体方向向前滑动、滚动、悬动，从而随流体排出管外。
3.2冲洗原理
利用热电厂试运行的蒸汽冲管原理，即利用蒸汽的高速流动的动力对管内杂质产生作用力，将杂质冲走。
与此同时，依靠蒸汽的热量对管道反复加热、冷却，使管壁温度产生变化，造成管道多次热胀冷缩；使管壁产生反复蠕动，使附着于管内壁上的氧化铁皮爆松脱落，最终随汽流冲掉。
4冲洗技术条件
4.1假设条件
（l）杂质在流体中的运动状态是随流体流速的变化而变化，流体流速愈大，被冲击的杂质的质量愈大；
（2）砂、砾石的当量直径平均为10mm，其重度γ＝25506N／m3；
（3）电焊条、螺帽的当量直径平均为10mm，其重度γ＝77088.5N／m3；
（4）砂、砾石与管壁的摩擦阻力系数为λs＝0.0072；
（5）泥土与管壁摩擦阻力系数为λs＝0.023。
4.2流体参数
（1）过热蒸汽压力P＝0.7MPa；
（2）过热蒸汽温度180～200℃；
（3）过热蒸汽重度γ＝32.1N／m3；
（4）过热蒸汽运动粘滞系数μ=0.18×10-6m2/sec。
4.3冲洗速度的确定
4.3.1计算杂质在管内的运动状态
（1）启动速度计算
推荐武汉水利电力学院公式是：
V0=
式中：
V。
——各种杂质的启动速度，m／sec；
h——有压管道液柱高度，m；
d——各种杂质的当量直径，m；
γs——各种杂质的平均重度，N／m3；
γ——蒸汽（流体）重度，N／m3。
（2）悬浮速度计算
推荐计算公式是：
式中：
Vg——悬浮速度，m／sec；
d、γs、γ——同4.3.1
（1）各物理量意义
（3）移动速度计算
推荐计算公式是：
式中：
Vs——移动速度，m／sec；
dmax——杂质最大当量直径，m。
g——重力加速度，g=9.81m／sec2；
γs、γ——同4.3.2
（1）各物理意义；
4.3.2动量速度和动量系数确定
（1）动量速度
经推导,推荐计算公式是:
G额=FU额、γ
式中：
V冲——冲管动量速度，m／sec；
K——动量系数；
U额、U冲——锅炉和冲管时额定工况下的蒸汽比容9.8N/m3；
F——蒸汽流通截面面积，m2；
G额————蒸汽额定动量流量，9.8N/sec。
（2）动量系数的确定
动量系数，实际上是表示冲管的质量标准，为保证其冲管的效果，一般取K=1.5。
4.4最小冲洗速度的确定
4.4.1根据前面推荐的公式，按杂质最大当量直径和最大重度分别计算杂质的启动速度、移动速度、悬浮速度和按动量系数计算动量速度。
4.4.2最小冲洗速度的确定
按4.3计算的各种速度，取最大速度作为冲洗最小速度，经计算Vmin=53m／sec。
4.5冲洗流量的确定
按4.4.2确定的速度，根据干线、支线管道断面面积，计算流量，再根据选择的冲洗段，冲洗程序及方法，确定冲洗流量，但不得大于锅炉额定蒸发量。
经计算Gmax=242.86t／hr。
4.6最大冲洗长度的确定
4.6.l流体和杂质在管内的阻力损失是：
（1）流体阻力损失，按伯努力方程式计算
式中：
L——管路冲洗长度，m；
D——管道内径，m；
Vmin——最小冲洗速度，m／sec；
γ——流体重度，9.8N／m3；
λ1——流体沿程阻力系数。
（2）杂质沿程阻力损失
式中：
各物理量——同4.3.l（3）和4.6.l
（1）。
（3）杂质悬浮阻力损失
式中：
m1——重量浓度，杂质与蒸汽重量流量的比值；
其他物理量—
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