探索供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)試技術(shù)

聶會(huì)民

(河南省鄭州市熱力總公司，河南 鄭州 450003)

一 供熱管網(wǎng)發(fā)展概述

自二十世紀(jì)五十年代以來，我國的供熱管網(wǎng)在技術(shù)和規(guī)模上都有較大發(fā)展。城市集中供熱規(guī)模變大，熱網(wǎng)覆蓋面積變廣，熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐步從小規(guī)模枝狀熱網(wǎng)走向大規(guī)模多熱源聯(lián)合運(yùn)行的環(huán)狀網(wǎng)。但是，和發(fā)達(dá)國家相比，我國的供熱事業(yè)仍處于比較落后的發(fā)展階段，調(diào)解供熱落后和高能耗是差距最大的兩個(gè)方面。總體說來，我國的供熱水力和熱力失調(diào)現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，供熱品質(zhì)較低。因此，改善供熱管網(wǎng)的調(diào)試系統(tǒng)，提高供熱效率成為重要的課題。

我國的供熱管網(wǎng)建設(shè)中存在的主要問題有:

(一)管溝敷設(shè)方式落后。管溝敷設(shè)方式占地多，規(guī)劃難，施工周期長，對(duì)交通影響大，建設(shè)的成本高。如果管溝敷設(shè)在城市中心，經(jīng)常會(huì)與城市的整體規(guī)劃建設(shè)發(fā)生沖突，增加了部門的協(xié)調(diào)成本，施工進(jìn)度易被拖延，可能會(huì)造成供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)跟不上經(jīng)濟(jì)市發(fā)展的需要。

(二)調(diào)節(jié)手段缺乏。我國現(xiàn)在運(yùn)行的室外供熱管網(wǎng)多為支狀管網(wǎng)，末端調(diào)節(jié)手段缺乏，水力失調(diào)情況嚴(yán)重。對(duì)供熱管網(wǎng)調(diào)節(jié)手段在資金、設(shè)備和人力上的投入都嚴(yán)重不足，能源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。保證供熱管網(wǎng)的水力平衡的問題亟待解決。

(三)供熱管網(wǎng)系統(tǒng)檢測不足?，F(xiàn)有的供熱管網(wǎng)系統(tǒng)針對(duì)設(shè)備的管理是粗放型，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)缺乏系統(tǒng)的監(jiān)控，對(duì)供熱用戶室溫的遠(yuǎn)程檢測更是無法做到。因此，供熱管網(wǎng)單位無法準(zhǔn)確掌握供熱水平和質(zhì)量，只憑借經(jīng)驗(yàn)工作，無法適時(shí)有效的調(diào)節(jié)供熱流量和溫度，造成供熱的初末期熱量大量被浪費(fèi)。

二 水力失調(diào)的涵義、形成原因及分類

(一)涵義

水力失調(diào)是指在供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，各供熱管網(wǎng)在運(yùn)行中的實(shí)際流量與設(shè)計(jì)流量之間產(chǎn)生的不一致性。也就是說，供熱管網(wǎng)無法按照供熱用戶實(shí)際需要的供熱流量和熱量分配供熱能源，從而會(huì)造成供熱管網(wǎng)不同位置的冷熱不同，無法實(shí)際滿足供熱用戶的需要。在供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，管道內(nèi)的熱流速有限制要求，管道路徑也有嚴(yán)格規(guī)定，管網(wǎng)末端的調(diào)節(jié)和監(jiān)測實(shí)際操作中都無法進(jìn)行，具體表現(xiàn)為:供熱管網(wǎng)各管段的流量輸配不合理，各用戶的室溫冷熱不均，熱源近端的用戶室溫過熱，有時(shí)室溫過高，用戶只能開窗散熱，熱能大量流失。同時(shí)，遠(yuǎn)離熱源的末端用戶室溫?zé)o法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)室溫，用戶的需求無法得到滿足。

(二)形成原因

1.根本原因。供熱管網(wǎng)水力失衡的根本原因是供熱管網(wǎng)的阻力不平衡，供熱管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，供熱管網(wǎng)不能根據(jù)用戶的實(shí)際需求保證供熱流量各路段的阻力相等。

2.其他原因。供熱管網(wǎng)水力失衡的其他原因主要有如下幾個(gè)方面:第一，設(shè)備選擇不當(dāng)。供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，選擇循環(huán)水泵時(shí)，無論流量或揚(yáng)程選擇過大還是過小，都會(huì)造成水泵工作點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，導(dǎo)致水力失調(diào)。第二，用戶自身的原因。一是用戶增加或者減少，都要求供熱管網(wǎng)系統(tǒng)重新分配供熱流量，供熱管網(wǎng)的全網(wǎng)阻力特性都會(huì)因此改變，引起水力失調(diào)。二是用戶需求的變化，要求供熱管網(wǎng)中的供熱流量發(fā)生變化，也會(huì)要求供熱管網(wǎng)重新分配流量，導(dǎo)致水力失調(diào)。三是用戶室內(nèi)水力工況發(fā)生改變。第三，維護(hù)人員的原因。實(shí)際操作人員的工作技能和經(jīng)驗(yàn)無法統(tǒng)一，人為調(diào)節(jié)存在一定的隨意性，引發(fā)水力失衡。

(三)分類

1.根據(jù)水力失調(diào)度，供熱管網(wǎng)水力失調(diào)可分為一致失調(diào)、不一致失調(diào)、等比失調(diào)三類。

(1)一致失調(diào)，是指供熱管網(wǎng)各個(gè)用戶的水力失調(diào)度≥1。流量過大導(dǎo)致供熱房間溫度過熱，浪費(fèi)能源;流量過小導(dǎo)致供熱房間溫度過低，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，影響用戶的生活質(zhì)量。

(2)不一致失調(diào)，是指供熱管網(wǎng)各個(gè)用戶的水力失調(diào)度有的＞1，有的＜1。即供熱用戶的供熱流量有的大于規(guī)定流量，有的小于規(guī)定流量。流量過大的導(dǎo)致供熱溫度過高，流量過小的無法滿足供熱需求。

(3)等比失調(diào)，是指供熱管網(wǎng)各個(gè)用戶的水力失調(diào)度全部=或≠1。即供熱管網(wǎng)各個(gè)用戶的流量大于或小于規(guī)定流量，等比例出現(xiàn)過熱或過泠，且程度一樣。

2.根據(jù)管網(wǎng)系統(tǒng)狀態(tài)，供熱管網(wǎng)水力失調(diào)可分為靜態(tài)失調(diào)和動(dòng)態(tài)失調(diào)兩種。

(1)靜態(tài)失調(diào)，是指供熱管網(wǎng)各管段的阻力固定不變。

(2)動(dòng)態(tài)失調(diào)，是指供熱管網(wǎng)各管段的阻力可調(diào)控。供熱管網(wǎng)中某些管段的阻力變化時(shí)，這些管段中的調(diào)控設(shè)備也會(huì)發(fā)生動(dòng)作，對(duì)其它管段產(chǎn)生影響，從而引起的水力失調(diào)。

三 水力平衡的調(diào)試技術(shù)

如前文所述，供熱管網(wǎng)的水力平衡對(duì)供熱管網(wǎng)的運(yùn)行十分關(guān)鍵，是供熱管網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本保障，水力平衡直接決定了供熱管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效果的好壞。一般來說，水力平衡的調(diào)試工作應(yīng)在供熱管網(wǎng)系統(tǒng)驗(yàn)收運(yùn)行之前完成，是實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗運(yùn)行的前提條件。但是，由于工作人員的認(rèn)識(shí)不足，重視不夠，調(diào)控技術(shù)手段有待提高，實(shí)際中水力平衡往往難以實(shí)現(xiàn)。在前人研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，筆者總結(jié)了如下供熱管網(wǎng)水力平衡的調(diào)試技術(shù)和措施:

(一)加設(shè)平衡閥，使用附加阻力的平衡技術(shù)

供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)各個(gè)管段的阻力平衡實(shí)際上無法做到。一般而言，循環(huán)水泵的揚(yáng)程需按照阻力最大的管段確定。因而，供熱管網(wǎng)其它各個(gè)管段都存在著或多、或少的剩余壓頭。在系統(tǒng)正式運(yùn)行之前，如果這些剩余壓頭無法消除，就會(huì)造成供熱管網(wǎng)的水力失調(diào)。一般而言，加強(qiáng)人力調(diào)節(jié)等自控設(shè)施來根除管網(wǎng)水力失調(diào)現(xiàn)象，是供熱管網(wǎng)節(jié)能運(yùn)行的首要條件，也是供熱技術(shù)人員追求的目標(biāo)。但是，通過人力調(diào)節(jié)閥門來實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)系統(tǒng)阻力平衡極為困難，其原因是:調(diào)節(jié)過程互相影響，需反復(fù)調(diào)節(jié)，需耗費(fèi)大量人力和較長時(shí)間。而且，如果供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中有任何因素變化，如用戶或用戶負(fù)荷變化，人力調(diào)節(jié)的效果就會(huì)前功盡棄，必須重新從頭開始調(diào)節(jié)。在用戶系統(tǒng)安裝完善的自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備，自動(dòng)改變附加阻力是有效的解決方法。這種在管網(wǎng)系統(tǒng)中安裝自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備消除剩余壓頭，使官網(wǎng)各個(gè)管段實(shí)現(xiàn)阻力平衡的措施，即“附加阻力”平衡技術(shù)，可以減少熱量浪費(fèi)，滿足熱量需求，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和舒適的需求。

加設(shè)平衡閥濕附加阻力的重要方式，已經(jīng)被廣泛使用。在液體供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，主要通過設(shè)置閘閥、截止閥和節(jié)流孔板來平衡管道系統(tǒng)阻力和調(diào)節(jié)供熱流量。但是，閘閥、截止閥的調(diào)節(jié)性能較差，作為調(diào)節(jié)閥門不是很適宜，一般只作為關(guān)斷閥門使用。節(jié)流孔板的孔徑是根據(jù)設(shè)計(jì)工況計(jì)算確定，當(dāng)供熱管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，節(jié)流孔板則無法進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，調(diào)節(jié)作用失效。而平衡閥具有較完備的調(diào)節(jié)功能，可較好改善供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能，主要特點(diǎn)為:平衡閥上有2個(gè)測壓小孔用軟管與智能儀表相連接，顯示閥門前后的壓差和流量;在平衡閥前后壓差不變的情況下，流量與開度成線性關(guān)系;平衡閥有精確的開度指示;平衡閥有開度鎖定裝置，非供熱管網(wǎng)的管理人員不能隨便改變開度。因此，平衡閥正在被越來越多采用，取代了閘閥、截止閥和節(jié)流孔板。

(二)安裝壓力表溫度計(jì)，使用溫差調(diào)節(jié)技術(shù)

使用該種方法，即在供熱管網(wǎng)的用戶入口安裝壓力表溫度計(jì)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始調(diào)節(jié)。首先，保持供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的熱力穩(wěn)定。并在官網(wǎng)系統(tǒng)熱力穩(wěn)定的情況下，記錄熱源的總供水和回水的溫度，用戶處回水壓力及供回水的溫度。首先，調(diào)節(jié)供回水溫差小于熱源總供回水溫差的供熱用戶，具體根據(jù)用戶的規(guī)模和溫差的偏離程度確定初始調(diào)節(jié)次序。一般先調(diào)節(jié)規(guī)模較大且溫差偏離較大的供熱用戶，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)供水或回水閥門進(jìn)行節(jié)流。第一輪次調(diào)節(jié)完畢后，讓供熱管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行幾小時(shí)，再重新記錄總供水溫差及各用戶入口處供回水壓力及溫度進(jìn)行下一輪的調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方法周期長，需要反復(fù)進(jìn)行。如果供熱管網(wǎng)管路的保溫效果差，管路供水的溫度變化較大，則可能仍然出現(xiàn)水力失調(diào)。

(三)利用超聲波流量計(jì)，使用比例調(diào)節(jié)技術(shù)

該種方法是調(diào)節(jié)人員利用超聲波流量計(jì)來完成的?；驹硎?如果供熱管網(wǎng)的2條并聯(lián)管路中的水流量以某種比例流動(dòng)，那么當(dāng)總流量在正負(fù)30%的范圍內(nèi)變化時(shí)，2條并聯(lián)管路之間的流量比例保持不變。比例法調(diào)節(jié)時(shí)，不易協(xié)調(diào)供熱管網(wǎng)的管路，對(duì)操作人員素質(zhì)要求較高，并需要兩臺(tái)相同的超聲波流量計(jì)，資金投入較大。

除了上述調(diào)節(jié)方法外，還有如下方法:在換熱站的一側(cè)設(shè)置動(dòng)態(tài)壓差調(diào)節(jié)閥，滿足一次網(wǎng)回水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。采用變頻技術(shù)適時(shí)調(diào)節(jié)供熱管網(wǎng)流量。如使用變頻水泵，適時(shí)根據(jù)用戶熱負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)供熱管網(wǎng)管路中的流量，將管網(wǎng)流量重新分配，滿足用戶實(shí)際需要，減少損失，降低能耗。采用微機(jī)控制技術(shù)，由操作人員對(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行適時(shí)檢測和調(diào)節(jié)，在換熱站前端安裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，有效調(diào)整和控制壓差。

但是每種調(diào)節(jié)方式都有固定的弊端和優(yōu)勢，因此，筆者認(rèn)為，應(yīng)該將各種水力失衡的調(diào)節(jié)方法綜合使用，以達(dá)到最好的調(diào)節(jié)效果。

四 結(jié)語

能源是發(fā)展的動(dòng)力，解決能源問題是我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展面臨的艱巨任務(wù)。供熱作為節(jié)約能耗的重要一環(huán)，其供熱管網(wǎng)的水力平衡調(diào)試技術(shù)成為研究的重要課題。在供熱管網(wǎng)的建設(shè)和維護(hù)中，不僅需要加強(qiáng)研究供熱管網(wǎng)水力平衡的調(diào)試技術(shù)，也需要做好供熱管網(wǎng)的日常維護(hù)和水利平衡的日常測試工作，以確保技術(shù)支持和管理服務(wù)同步到位，實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)事業(yè)的節(jié)能發(fā)展。

［1］關(guān)薇.集中供暖過程中供熱管網(wǎng)水力失調(diào)問題研究［J］.科技信息，2011，25

［2］張慶.供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)方法的研究［J］.內(nèi)蒙古石油化工，2011，12

［3］趙燕.集中供熱系統(tǒng)的水力平衡調(diào)節(jié)與節(jié)能措施［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2012，5

［4］楊洪茂.淺談供熱管網(wǎng)技術(shù)管理問題［J］.河南科技.2010年12期