供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)分析

武 政

(太原市熱力公司，山西 太原 030031)

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供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)分析

武 政

(太原市熱力公司，山西 太原 030031)

論述了導(dǎo)致熱網(wǎng)系統(tǒng)水力失調(diào)的主要原因，從區(qū)域集中供熱調(diào)節(jié)與庭院網(wǎng)調(diào)節(jié)兩方面，對供熱系統(tǒng)中熱網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)的方法進(jìn)行了研究，同時提出了部分節(jié)能措施，對節(jié)約能源、提升供暖質(zhì)量、發(fā)展熱力事業(yè)具有重要的意義。

供熱系統(tǒng),水力平衡,熱網(wǎng)調(diào)節(jié),換熱站

隨著城市擴(kuò)大的步伐加快,供熱行業(yè)也有了高速發(fā)展,我國北方城市中區(qū)域集中供熱規(guī)模越來越大,熱網(wǎng)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，水力不平衡的問題出現(xiàn)得也越來越普遍，即熱網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行中各用戶的流量與理想情況下所需流量不一致。高低溫水管網(wǎng)系統(tǒng)水力失衡是供熱管網(wǎng)最突出且普遍存在的問題，嚴(yán)重地浪費(fèi)了現(xiàn)有能源。本文分析了上述問題產(chǎn)生的原因，并探究了應(yīng)采取的解決方法。

1 熱網(wǎng)系統(tǒng)水力失調(diào)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

在熱網(wǎng)運(yùn)行時，用戶所需要的流量和熱網(wǎng)固有特性之間，存在阻力不平衡的現(xiàn)象，即各個支路，用戶環(huán)路上的阻力不相等。水力失調(diào)產(chǎn)生的根本原因就是這種因各部分阻力不相等而造成的流量不均，從而導(dǎo)致熱量不均，即熱力失調(diào)。

客觀原因上，水力失調(diào)產(chǎn)生的原因也有很多，下面敘述幾個方面：

1)熱網(wǎng)設(shè)計中，管道規(guī)格具有離散型，管徑、管長、材料的差異及其他方面使管路中介質(zhì)流動產(chǎn)生的摩擦阻力也參差不齊，如果不經(jīng)過人為調(diào)節(jié)，熱網(wǎng)中各個用戶所在的環(huán)路相對就無法達(dá)到水力平衡，在熱網(wǎng)的設(shè)計階段，通常是以滿足最不利點(diǎn)用戶最低所需要的資用壓頭為基準(zhǔn)進(jìn)行下一步設(shè)計，這樣其他各用戶的資用壓頭就能富余一定程度的量。在上面所說這種情況下，依靠管路自然分配到各個用戶，就必然產(chǎn)生水力失調(diào)現(xiàn)象。2)設(shè)計及選用設(shè)備階段，循環(huán)泵的選型若不匹配管網(wǎng)特性，流量壓頭多余或者不足，都是工作點(diǎn)偏離設(shè)計狀態(tài)下理想的運(yùn)行工況，這也是導(dǎo)致水力失調(diào)的原因之一。3)在熱網(wǎng)實(shí)際使用中，系統(tǒng)用戶的增減都會從整體上使管網(wǎng)特性產(chǎn)生變化，網(wǎng)路中用戶點(diǎn)的變化，使得新熱網(wǎng)的流量分配與原來的情況不符，這時的管網(wǎng)特性需要重新分配流量來解決新產(chǎn)生的水力失調(diào)狀況。4)系統(tǒng)中熱用戶用熱狀況發(fā)生變化，如圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變化、散熱器散熱性能的變化，最終轉(zhuǎn)換為用戶對流量要求的變化，此時也會導(dǎo)致水力失調(diào)，這也要求流量需要重新調(diào)節(jié)，合理分配。5)老舊小區(qū)中，大部分用戶屬于陳舊的上供下回式單管系統(tǒng)設(shè)計，老式系統(tǒng)在熱網(wǎng)流量、熱量調(diào)節(jié)方面有很大的欠缺之處，老舊管網(wǎng)中閥門節(jié)點(diǎn)普遍存在生銹、損壞、堵塞的現(xiàn)象，如沒有新的調(diào)節(jié)設(shè)備，就會導(dǎo)致熱用戶各級管網(wǎng)的水力失調(diào)。

2 熱網(wǎng)系統(tǒng)中關(guān)于調(diào)節(jié)水力平衡的探究

當(dāng)前在熱力行業(yè)里，實(shí)際運(yùn)行中大多采用質(zhì)量—流量調(diào)節(jié)或者分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)，對于熱源及主管網(wǎng)來說，這可看做熱量輸出端的整體調(diào)整，為供熱初調(diào)節(jié)的必要手段之一，在總熱負(fù)荷相對固定的情況下，熱源參數(shù)在某范圍內(nèi)波動很小，此時就需要進(jìn)一步逐級調(diào)整水力平衡，以合理分配熱量，力求最終與各用戶的熱負(fù)荷需求相符，達(dá)到熱力平衡的狀態(tài)。

2.1 區(qū)域集中供熱調(diào)節(jié)(以換熱站為單位)

區(qū)域性集中供熱的主要任務(wù)是合理地將熱介質(zhì)分配到每個熱用戶，換熱站作為二級換熱的中轉(zhuǎn)點(diǎn)，此時的換熱站相對于熱源來說，就如同庭院網(wǎng)中的熱用戶，在保證各個熱用戶間的水力平衡的前提條件，就是各換熱站熱力平衡。即在滿足各個換熱站不同熱負(fù)荷需求的前提下，管網(wǎng)的水力工況因某些因素產(chǎn)生變化后，系統(tǒng)能因具體情況自動反饋，控制閥門節(jié)點(diǎn)以合理分配流量，保證下一級管網(wǎng)的運(yùn)行和用戶的供熱不受影響。但受外界環(huán)境因素或有時人為因素的影響頻繁且存在不同程度的復(fù)雜性，使熱網(wǎng)在運(yùn)行的過程中流量隨時會發(fā)生改變，在如此復(fù)雜的情況下，對少則幾十、多則上百的換熱站手動操作閥門來調(diào)節(jié)平衡不但操作量過于大，而且也根本不可能保持整個熱網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)。

現(xiàn)今，各區(qū)域供熱的控制調(diào)度中心大多使用以自動化控制為工具的全網(wǎng)平衡系統(tǒng)，系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)一次網(wǎng)及換熱站水力平衡主要用的是自動控制反饋系統(tǒng)和電動調(diào)節(jié)閥相結(jié)合。在自動化高度實(shí)現(xiàn)的換熱站，溫度變送器、壓力變送器等其他起采集作用的“神經(jīng)末梢”將運(yùn)行的參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號，通過數(shù)據(jù)信息的搜集整理，分析得出反饋，用一定的模塊程序歸納出適當(dāng)?shù)目刂扑惴?，得出所需的二次供水溫度，傳遞給熱網(wǎng)控制系統(tǒng)，在控制器中通過調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥改變換熱站內(nèi)一次網(wǎng)的流量，從而達(dá)到改變二次供水溫度的目的，進(jìn)而調(diào)節(jié)庭院網(wǎng)的供熱量，使其與用戶建筑物所需的熱量匹配，最終實(shí)現(xiàn)換熱站間的水力平衡、熱量平衡，降低一次管網(wǎng)運(yùn)行的熱力失調(diào)。

另外，通過軟件設(shè)置，還可以實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的分時控制。在初寒期或供熱末期，晝夜溫差大，此時則可以降低正午時分的供水溫度；公共建筑的供熱也有其特點(diǎn)，它的用熱狀況和居民住宅的情況是不同的，如營業(yè)類場所(商場、商鋪)，大多數(shù)情況下白天需要供熱，而夜晚則無需長時間供熱；又如學(xué)校，周末和節(jié)假日也無需供熱。如果可以實(shí)行分時間段供熱或根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)供熱溫度，可節(jié)省30%以上的能源，減少浪費(fèi)。

2.2 庭院網(wǎng)調(diào)節(jié)(以熱用戶為單位)

1)要實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)平衡，就需要逐級對主、支線、進(jìn)戶線的流量進(jìn)行調(diào)整，還需要對樓內(nèi)水平分支及各立管甚至細(xì)化到入戶前的閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，即少則三級多則五級地調(diào)控，越接近換熱站的近端，需要調(diào)節(jié)的力度、頻率越多，復(fù)雜性呈幾何倍數(shù)的上升；而越接近于庭院網(wǎng)末端或最不利點(diǎn)，需要調(diào)節(jié)力度也越小、級數(shù)也越少。但實(shí)際中由于規(guī)劃設(shè)計、運(yùn)行管理、各級設(shè)備質(zhì)量等錯綜復(fù)雜的因素，某些用戶管網(wǎng)的連接方式有很大的問題，甚至有直接連在管網(wǎng)的主干路上，這樣調(diào)節(jié)起來的精細(xì)程度難把握和復(fù)雜程度極高，稍不小心就會造成熱能浪費(fèi)，水力情況也難于平衡。所以，在理想的設(shè)計情況下，熱源(換熱站)與近端的用戶之間設(shè)計的可調(diào)控級數(shù)應(yīng)最多，而末端管網(wǎng)要盡量減少分級，并且增加考慮因素，如供熱半徑大則適當(dāng)加大管徑。在工程中，我們應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)的平衡閥、自力式流量控制閥、配套的精密儀表、專業(yè)的調(diào)節(jié)模式和經(jīng)驗(yàn)、全局觀和責(zé)任心、熟練的操作技能反復(fù)調(diào)節(jié)，方可保證管網(wǎng)調(diào)節(jié)平衡。

2)常規(guī)的閘閥、蝶閥起不到精確調(diào)節(jié)的作用，當(dāng)調(diào)節(jié)管網(wǎng)中某個節(jié)點(diǎn)流量時，管路中其他分支的流量也將變化，所以這種調(diào)節(jié)方法只可以提高有限的平衡效果，但不可能長久保持平穩(wěn)狀態(tài)。近年來很多新建建筑中采用自力式流量平衡閥，該閥可以設(shè)定好管路中介質(zhì)流量的所需值，運(yùn)行中閥體可以保持一定的壓力差而沒有多余的剩余壓頭。在庭院網(wǎng)各個構(gòu)筑物入口或支線、立管節(jié)點(diǎn)處設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥或自力式流量平衡閥，可以使管網(wǎng)平衡的調(diào)節(jié)手段得以加強(qiáng)。

3)在以上方法之外，可同時采用另一個提高熱網(wǎng)水力穩(wěn)定性的方法——增大用戶系統(tǒng)的壓降?，F(xiàn)今普遍情況是設(shè)計及運(yùn)行中預(yù)留非常有限的剩余壓頭，這樣在以整個庭院網(wǎng)計算資用壓頭的時候可以盡量減少，以求節(jié)省循環(huán)泵運(yùn)行時的能耗。另一方面，這樣的設(shè)計是以降低熱網(wǎng)整體的水力穩(wěn)定性為代價。如果想在一定程度上改善運(yùn)行時水力工況的狀態(tài)，保證供暖質(zhì)量，可以從提升循環(huán)系統(tǒng)的壓差入手，雖然增大了電能的消耗，但相對來說無效熱能也有一定程度的減少。此方法需要結(jié)合運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)效益做出調(diào)研，對比優(yōu)劣，使用戶壓差保持在合適的范圍之內(nèi)。

3 結(jié)語

目前在我國的區(qū)域集中供熱領(lǐng)域，水力失調(diào)這一問題在相當(dāng)程度上普遍存在，也使運(yùn)行中的供熱參數(shù)發(fā)生紊亂，影響了整體供熱工程的綜合質(zhì)量，增加了系統(tǒng)的無效能耗。正因如此，供熱工程中熱網(wǎng)系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)的方法與各類節(jié)能措施將是從業(yè)熱力的工作人員奮力追求的目標(biāo)，也將是未來向節(jié)能降耗減排發(fā)展、構(gòu)建集約型社會的契機(jī)。

[1] 馬仲元,馬宏雷.供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)新方法及設(shè)備[J].制冷與空調(diào),2004(4)：36-53.

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Analysis on heating-network hydraulic balance adjustment of the heating system

Wu Zheng

(TaiyuanThermalPowerCorporation,Taiyuan030031,China)

The paper discusses major causes leading to heating-network system hydraulic imbalance, studies heating-network hydraulic balance adjustment methods for heating system from two aspects of regional central heating adjustment and courtyard network adjustment, and puts forward partial energy-saving measures, which has significant meaning for saving resources, improving heating quality and developing thermal power industry as well.

heating system, hydraulic balance, heating-network adjustment, heat-exchange station

1009-6825(2017)10-0139-02

2017-01-20

武 政(1990- )，男，助理工程師

TU833

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