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《规范》关于热水供热管网水压试验的差异分析


张建伟    
摘  要:管道试验压力值的大小有多种确定方法。不仅试验压力大小差别较大,而且造成工程投资的差异也较大。本文通过理论分析和对各规范的对比,给出了按分段最大工作压力作为基数的一种经济合理、技术可靠的试压值的确定方法。
关键词:供热管网;水压试验;设计压力;工作压力;试验压力
中图分类号:TU995,3    文献标识码:A
1  问题的提出
    供热管道工程的强度试验和严密性试验似乎早为工程设计、施工、监理等人员所熟知。我们在工程设计、工程施工中是有规范可依的。然而,笔者发现各种规范规定水压试验压力的大小并不一致,而且差别较大,它直接影响到供热管道工程的经济性和技术可靠性,有必要提出与同行进一步研究、探讨。
2   有关规范中与试验压力确定相关的条款  
    《金属工业管道施工及验收规范》(以下简称《规范1》)第7.5.3.5规定:承受内压的地上钢管道以及有色金属管道试验压力应为设计压力的1.5倍,埋地钢管道的试验压力应为设计压力的1.5倍,且不得低于0.4MPa。第7.5.3.6条规定:当管道与设备作为一个系统进行试验,管道的试验压力等于或小于设备的试验压力时,应按管道的试验压力进行试验;当管道的试验压力大于设备的试验压力,且设备的试验压力不低于管道设计压力的1.15倍时,经建设单位同意,可按设备的试验压力进行试验。该规范试验压力的确定以设计压力为依据。第7.5.3.7条规定:当管道的设计温度高于试验温度时,试验压力应按下式计算:
Po = 1.5 P[σ]1  / [σ]2
式中:Po——试验压力,MPa;    
      P——设计压力,MPa ;  
      [σ]1——试验温度下管材的许用应力,MPa;
      [σ]2—设计温度下管材的许用应力,MPa。
    《城市供热管网工程施工及验牧规范》(CJJ28—89)(以下简称(规范2))第9.1.1条规定,热力管网工程的管道和设备均应按设计参数及本规范的规定进行强度实验和严密性试验。第9.1.4条规定,分段强度试验压力为工作压力的1.5倍。第9.1.5条规定,严密性试验为工作压力的1.25倍。该规范试验压力的确定以工作压力为依据。中华人民共和国行此标准(城镇直埋供热管道工程技术规程)(CJJ/T 81—98)(以下简称《规程1》)第8.4.1条规定;直埋供热管道工程试压应符合(规范2)的规定。 
 3  关于设计压力和工作压力 :
 3.1  设计压力的规定
    《工业金属管道设计规范》(GB 50316—2000) (以下简称(规范3))对设计压力做了明确规定:第3.1.2.1条:一条管道及其每个组件的设计压力,不应小于运行中遇到的内压或外压与温度相偶合时最严重条件下的压力。最严重条件应为强度计算中管道组成件需要最大厚度及最高公称压力时的参数。但上述设计压力不应包括本章中允许的非经常性压力变动值。第3.1.2.2条:下列特殊条件的管道,其设计压力应与第3.1.2. 1款比较,并应取两者的较大值。(1)……;(2)离心泵出口管道的设计压力不应小于吸入压力与扬程相应压力之和;(3)设有压力泄放装量保护或与压力泄放装置隔离的管道,设计压力不应低于流体可达到的最大压力。
    第3.1.2. 4条:装有泄压装置的管道的设计压力不应小于泄压装置开启的压力。       
    《城市热力网设计规范》(CJJ34—2002)(以下简称(规范4))对设计压力没有明确规定。相关条款如下:第9.0.2条:进行管道应力计算时,供热介质计算参数应按下列规定取用:热水热力网供、回水管道的计算压力均取用循环水泵最高出口压力加上循环水泵与管道最低点地形高差产生的静水压力,工作循环最高温度取用热力网设计供水温度。
    管道机械强度计算实际上就是管壁厚度的计算或已知管壁厚度,计算由内压力产生的折算应力[1],见下式:
Sl  = PJSDW/(2[σ]jtη十PJS)             (1)
σJS = PJS [DW—(S—C1)]/2η(S—C1)      (2)
式中:Sl——钢管理论计算壁厚,㎜;
      PJS——计算压力,MPa;
      DW——钢管外径,㎜;
      [σ]jt——钢管在计算湿度下的基本许用应力,MPa;   6
      η——纵向焊续减弱系数;    
      σJS——内压力产生的折算应力,MPa;
      S——钢管取用壁厚,㎜;
      Cl——钢管壁厚附加值,㎜。
    除机械强度计算外,通常该计算压力还作为阀门,补偿器等局部构件承压等级的依据。通常该计算压力被理解为设计压力。
3.2  设计压力的大小
    《规范3》规定的设计压力用于热水供热管网时,是且只能是《规范4》的计算压力。《规范4》规定的计算压力可分为两部分:第一部分为循环水泵最高出口压力;第二部分为循环水泵与管道最低点地形高差产生的静水压力。用下式表示:
P =Pb + P0 + ΔPb + ΔP0 +H       (3)
式中:P——热水供热管网计算(设计)压力,MPa;
      Pb——循环泵额定工况下扬程,MPa;
      P0——定压点压力,MPa;
     ΔPb—循环系最大扬程和额定工况扬程之差,MPa;
     ΔP0——定压装置压力波动幅度,MPa;
      H——循环水泵与管道最低点地形高差,Mpa;
    在热源和热用户地形高差较大的场合,如阳泉一矿热电厂区域供热,热源高出最远热用户近100m,太原东山热电厂集中供热,热源高出最远用户约110m;山西左权热电供热热源比最远用户低80 m等,设计压力会很大。
3.  3  工作压力及其大小
    按照中华人民共和国行业标准(供热术语标准)CJ55—93第8.2.13条规定:工作压力是“供热系统正常运行时应该保持的压力”,(《规范1》、《规范2》、《规范3》、《规范4》等均未对工作压力作任何规定)所以应按水压图确定。利用水压曲线。可以确定管道中任何—点的压力(压头)值。管道中任意点的压头就等于该点测压管水头高度和该点所处的位置高度之差。因而管网工作压力的大小是一变量。图1是太原市集中供热(二电)工程一次管网水压图。由图中我们可以看到二电厂围墙外1m处供水管网工作压力156 m,回水管网工作压力25m;而管网末端供水管网工作压力71.1m,回水管网工作压力56.1m。最大压力、最小压力相差131m。
4  《规范1》、《规范2》进行管道试压比较
    以太原市集中供热(二电)工程一次管网水压图为例进行分析。
    由公式(3)得出:该管网的计算压力为20m+182 m+10 m+5 m +19m  =  236m。式中,20m是循环泵的吸入压力;182 m是循环泵的扬程;10 m是最大扬程和额定扬程之差;5m是补水点压力波动幅度;19m是热源和管网的最大高差。综合(规范1)和(规范2),理论上设计压力应取用236m,即2.36 MPa。
管网各节点工作压力、强度试压值、严密性试压值(MPa)
供水节点压力 1.560 1.264 0.922 0.895 0.865 0.851 0.840 0.777 0.725 0.711
强度实验压力 2.340 1.896 0.383 1.343 1.298 1.277 1.26 1.166 1.088 1.067
严密性试压力 1.950 1.153 0.889
回水节点压力 0.250 0.546 0.888 0.385 0.409 0.424 0.432 0.495 0.547 0.561
强度实验压力 0.375 0.819 1.332 0.578 0.614 0.636 0.648 0.743 0.821 0.842
严密性试压力 0.313 1.110 0.701
    如果执行《规范1》,管网试验压力应为3.54 MPa。
    如果执行《规范2》,管网各节点工作压力、强度试压值、严密性试压值见表1。其中强度试压最大值为2.34 MPa,最小值为0.375MPa。严密性试压最大值为1.95 MPa,最小值为0.313 MPa。
    如果执行《规范1》,DHl000管道进行强度试压时,将受到277.9t的内压推力。
    如果执行《规范2》,DHl000管道进行强度试压时,遭受的内压推力从最大183.7t降低到最小29.4t。
    DNl000管道进行严密性试压时,遭受的内压推力从最大153.1t降低到最小90.5t.
 5  结论
    综上所述,热水供热管网水压试验如果执行《规范1》,必将要求设备承压高,造成主固定支墩、固定支架承受推力大,比按最大工作压力进行试压增加约50%,工程初投资增加较大。
如果执行《规范2》,工作压力是一变量。对于大型供热管网,如太原市集中供热(一电)工程、(二电)工程,大同市(一电)集中供热工程,临汾市区域锅炉房供热工程,对于中型供热管网特别是地形起伏较大的地区如太原东山热电供热工程、阳泉一矿热电供热工程、左权热电集中供热工程,按照最大工作压力进行强度试压和严密性试压也会造成设备承压力高,主固定支墩、固定支架承受推力大,增加工程初投资的弊端。这两类热水供热管网最好用分段最大工作压力作为各试压管段强度试压基数,既保证运行安全,又节约了工程投资。同理,大、中型热水供热管网的严密性试验也应采用分段员大工作压力作为其试压管段的基数较为合理。规范2)规定,严密性压力试验“以1km左右为宜”,地势平坦且有条件时,试压管段长度可增大。
    对于小型热水管网同时地形较为平坦,管道试压执行《规范1》、《规范2》工程造价差别不大,可视为统一。
    另外需特别指出的是:目前供热管网设计的自动化程度越来越高,同时又配有多个安全阀且采用转角型阀门,为此取用过于保守的设计压力、试验压力弊大于利。


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