論述熱水供熱系統(tǒng)的水力工況

高海旺

以熱水作為熱媒的供熱系統(tǒng)稱為熱水供熱系統(tǒng)。熱水供熱系統(tǒng)的熱能利用率較高,輸送時無效損失較小,散熱設(shè)備不易腐蝕,使用周期長,并且散熱設(shè)備表面溫度較低,符合衛(wèi)生要求。供熱系統(tǒng)中流量、壓力的分布狀況稱為系統(tǒng)的水力工況。供熱系統(tǒng)供熱質(zhì)量的好壞,與系統(tǒng)的水力工況有著密切聯(lián)系。普遍存在的冷熱不均現(xiàn)象,主要原因就是系統(tǒng)水力工況失調(diào)所致。

在熱水供熱系統(tǒng)運行過程中,往往會由于設(shè)計、施工、改建、擴建和調(diào)節(jié)等原因,使網(wǎng)路中流量分配與熱用戶所需流量不相符合,各用戶之間的流量要重新分配。熱水供熱系統(tǒng)中,各熱用戶的實際流量與要求流量之間的不一致性稱為水力失調(diào)。水力失調(diào)造成各熱用戶的供熱量不符合要求,使熱用戶或供熱房間出現(xiàn)冷暖不均的熱力失調(diào)現(xiàn)象。

一個集中供熱系統(tǒng),特別是一個大的集中供熱系統(tǒng),要實現(xiàn)穩(wěn)定運行和均衡供熱的基本條件是保證管網(wǎng)的水力工況平衡。目前我們一些系統(tǒng)中存在的工作壓力不能滿足正常工作需要,熱力站不能獲得需要的壓差,部分用戶不熱,或者前端用戶壓差高,流量超過設(shè)計值,而末端壓差不足,流量低于設(shè)計值,因而造成近端用戶過熱,遠(yuǎn)端用戶不熱,就是系統(tǒng)存在水力工況不平衡的問題。

造成系統(tǒng)水力工況不平衡的原因是多方面的,下面將常見的幾種分析如下。

1 恒壓點壓力變動

水泵型號、管網(wǎng)阻力系數(shù)均未發(fā)生任何變化。系統(tǒng)流量未有變化,即無水力失調(diào)現(xiàn)象,因此水壓圖形狀不變,只是隨恒壓點壓力變化而沿縱坐標(biāo)軸上下平移。如圖1所示,圖中虛線代表原水壓圖,實線代表變動后的水壓圖。此時流量無變化,但系統(tǒng)壓力卻變化很大,可能造成水壓不能滿足系統(tǒng)運行的基本要求。

2 循環(huán)泵出口閥門關(guān)小

如圖2所示某一熱水供熱系統(tǒng),當(dāng)關(guān)小循環(huán)泵出口處閥門時,網(wǎng)路的總阻力數(shù)增大,總流量將減小(為了便于分析,假定網(wǎng)路循環(huán)泵的揚程不變)。由于熱用戶1～5的網(wǎng)路干管和用戶分支管的阻力數(shù)沒有改變,因而各熱用戶的流量分配的比例也不變,即都按統(tǒng)一比例減小。網(wǎng)路產(chǎn)生一致的等比失調(diào)。工況變化后網(wǎng)路的水壓圖如圖3所示。圖中虛線為正常工況下的水壓圖,實線代表循環(huán)泵出口閥門關(guān)小后的水壓圖。由于各管段的流量均減小,因而實線的水壓曲線比原來的水壓曲線變得平緩一些。各熱用戶的流量是按統(tǒng)一比例減小的。因而,各熱用戶的資用壓差也是按相同的比例減小。

3 供熱系統(tǒng)某一用戶閥門開大

如圖2所示某一熱水供熱系統(tǒng),當(dāng)某一用戶如用戶3閥門開大時,水壓圖的變化如圖4所示,圖中虛線代表正常工況下的水壓圖,實線代表工況變化后的水壓圖。當(dāng)用戶3閥門開大,則系統(tǒng)的總阻力數(shù)減少,系統(tǒng)總流量增加。Ⅰ管段動水壓線變陡,1用戶資用壓頭減小,流量也減小。Ⅱ干管流量增大,水壓線變陡,2用戶資用壓頭減小,流量減小。Ⅲ干管的流量增加最多,水壓線斜率最陡,3用戶流量增加。在3用戶之后,4,5用戶的流量將成比例地減小,Ⅳ,Ⅴ干管水壓線變得平緩一些。根據(jù)分析,3用戶閥門開大后,只有3用戶流量增大,系統(tǒng)其他用戶流量都將減小。3用戶以后的各用戶流量成一致的等比失調(diào)。3用戶以前各用戶流量成一致不等比失調(diào),離3用戶越近的用戶,水力失調(diào)度越大。

如果3用戶閥門關(guān)小,水利工況的變動有類似情況,不同的是3用戶的流量減小,其他用戶流量增加。其他用戶的閥門的開大和關(guān)小,其變動水力工況也可通過類似的定性分析。

4 供熱系統(tǒng)某一用戶閥門關(guān)閉

如圖2所示某一熱水供熱系統(tǒng),當(dāng)一用戶如用戶3閥門關(guān)閉時,水壓圖的變化如圖5所示,圖中虛線代表正常工況下的水壓圖,實線代表工況變化后的水壓圖。當(dāng)3用戶閥門關(guān)閉,則系統(tǒng)總阻力數(shù)增加,系統(tǒng)總流量減小。從熱源到用戶3之間的供水和回水管的水壓線將變得平緩一些,如假定網(wǎng)路水泵的揚程不變,在用戶3處供回水管之間的壓差將會增加,用戶3處的作用壓差增加相當(dāng)于用戶4和5的總作用壓差增加,因而使用戶4,5的流量按統(tǒng)一比例增加,并使用戶3以后的供水管和回水管的水壓線變得陡一些。

在整個網(wǎng)路中,除用戶3以外的所有熱用戶的作用壓差和流量都會增加,出現(xiàn)一致失調(diào)。對于用戶3后面的用戶4和5,是一致等比失調(diào)。對于用戶3前面的熱用戶1和2,是一致不等比失調(diào)。

5 供水干管上閥門關(guān)小

如圖2所示某一熱水供熱系統(tǒng),當(dāng)干管上閥門如閥門c關(guān)小時,水壓圖的變化如圖6所示,圖中虛線代表正常工況下的水壓圖,實線代表工況變化后的水壓圖。當(dāng)干管上閥門節(jié)流,則系統(tǒng)總阻力增加,系統(tǒng)總流量減小。供水和回水管的水壓線將變得平緩一些,并且供水管水壓線將在c點出現(xiàn)一個急劇的下降。

水力工況的這個變化,對于閥門c以后的用戶3,4,5,相當(dāng)于本身阻力數(shù)未變而總的作用壓力卻減小了,同時流量也按統(tǒng)一比例減小,出現(xiàn)一致等比失調(diào)。對于閥門c以前的用戶1,2,可以看出用戶流量將按不同的比例增加,它們的作用壓差都有增加但比例不同,這些用戶將出現(xiàn)一致不等比失調(diào)。

對于全部用戶來說,流量有增有減,整個網(wǎng)路的水力工況就發(fā)生不一致失調(diào)。

6 熱水網(wǎng)路未進行初調(diào)節(jié)

由于網(wǎng)路近端熱用戶的作用壓差很大,在選擇用戶分支管路的管徑時,又受到管道內(nèi)熱媒流速和管徑規(guī)格的限制,其剩余作用壓頭在用戶分支管路上難以全部消除。如網(wǎng)路未進行初調(diào)節(jié),前端熱用戶的實際阻力數(shù)遠(yuǎn)小于設(shè)計規(guī)定值,網(wǎng)路總阻力數(shù)比設(shè)計的總阻力數(shù)小,網(wǎng)路的總流量增加。位于網(wǎng)路前端的熱用戶,其實際流量比規(guī)定流量大得多。網(wǎng)路干管前部的水壓曲線,將變得較陡。而位于網(wǎng)路后部的熱用戶,其作用壓頭和流量將小于設(shè)計值。網(wǎng)路干管后部的水壓曲線將變得平緩一些。由此可見,熱水網(wǎng)路投入運行時,必須很好地進行初調(diào)節(jié)。其水壓圖的變化與圖4類似。

以上簡單介紹了幾種熱水供熱系統(tǒng)水力工況變化對系統(tǒng)水力失調(diào)的影響。故掌握了熱力網(wǎng)路各熱用戶的流量及其壓力、壓差的變化規(guī)律,就可以合理地進行網(wǎng)路的初調(diào)整和運行調(diào)節(jié)。說明水力工況分析對熱水供熱系統(tǒng)的運行管理具有很重要的指導(dǎo)作用。

[1]賀 平,孫 剛.供熱工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1993.

[2]石兆玉.供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)與控制[M].北京:清華大學(xué)出版社,1994.