集中供熱一次管網(wǎng)水力失調(diào)的預(yù)防與糾偏

鄭 文 鑫

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030001)

在集中供熱中，熱網(wǎng)調(diào)節(jié)能力、管理水平的高低，對(duì)供熱管網(wǎng)的安全穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有很大影響，同時(shí)也直接影響到熱用戶室內(nèi)溫度，但是在熱網(wǎng)運(yùn)行過程中，水力失調(diào)是很常見的問題，在此，筆者通過幾年的工作經(jīng)驗(yàn)，著重分析了水力失調(diào)的預(yù)防及處理辦法，供大家參考。

水力失調(diào)：在供熱管網(wǎng)中，由于各種原因的影響，使各熱用戶的實(shí)際流量與設(shè)計(jì)要求流量不符，導(dǎo)致不熱或過熱，稱為水力失調(diào)。

1 供熱系統(tǒng)出現(xiàn)水力失調(diào)的原因分析

1.1 根本原因

在正常運(yùn)行情形下，熱網(wǎng)無法在節(jié)能的前提下滿足熱網(wǎng)上所有熱用戶所需流量，即存在阻力不平衡的因素。

1.2 客觀原因

水力失調(diào)的客觀原因有很多，主要包括:

1)管網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理。管網(wǎng)設(shè)計(jì)是根據(jù)水力學(xué)理論進(jìn)行選材，但是實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中所需選擇數(shù)據(jù)一般偏小，而設(shè)計(jì)人員選擇時(shí)為保證數(shù)據(jù)在任何情況下都能正常使用，所選管材管徑都會(huì)偏大，這就造成管網(wǎng)完工后近端用戶溫度容易偏高，遠(yuǎn)端用戶偏低的情況，水力失衡情況較嚴(yán)重。

2)供熱系統(tǒng)中熱負(fù)荷變化較大，由于集中供熱的環(huán)保經(jīng)濟(jì)等特性，近年來我國大力提倡集中供熱，拆除區(qū)域鍋爐房等污染源，導(dǎo)致供熱企業(yè)每年都會(huì)新增大量熱用戶，供熱系統(tǒng)熱負(fù)荷變化較大，管網(wǎng)流量同時(shí)也需增大，也需再次進(jìn)行管網(wǎng)流量分配，這也會(huì)導(dǎo)致水力失衡。

3)在運(yùn)行中，管網(wǎng)部分管段及節(jié)點(diǎn)或者閥門附近會(huì)出現(xiàn)磨損，管網(wǎng)銹蝕，結(jié)垢等情況，管網(wǎng)長期運(yùn)行后，甚至?xí)霈F(xiàn)閥門銹死、管網(wǎng)磨損漏水等狀況，嚴(yán)重加大管網(wǎng)阻力系數(shù)，管網(wǎng)無法滿足平衡要求，同時(shí)也會(huì)增大系統(tǒng)總流量，造成熱浪費(fèi)。

4)熱網(wǎng)平衡軟件計(jì)算方法出錯(cuò)以及智能程度不足。在21世紀(jì)的今天，供暖行業(yè)與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展，大部分供熱企業(yè)已經(jīng)在使用熱網(wǎng)平衡軟件輔助水力調(diào)節(jié)，但是如果軟件智能程度不足，或者是根本計(jì)算方法出錯(cuò)等，那將導(dǎo)致整個(gè)熱網(wǎng)出現(xiàn)波動(dòng)，出現(xiàn)水力失調(diào)。

2 水力失調(diào)的預(yù)防措施

為了避免水力失調(diào)情況的出現(xiàn)，需在硬件及軟件兩方面進(jìn)行建設(shè)，預(yù)防水力失調(diào)，且在簡單水力失調(diào)出現(xiàn)的情況下，可以快速解決問題，達(dá)到水力平衡。

2.1 硬件措施

1)供熱企業(yè)需在熱源出口加裝流量計(jì)，判斷整個(gè)熱網(wǎng)流量是否不足，這是水力平衡的先決條件。

2)在熱力站一次網(wǎng)回水加裝流量計(jì)及電控閥，判斷流量是否滿足供熱需求，也就是資用壓頭能否滿足供熱，當(dāng)流量不滿足時(shí)，可使用電控閥的開關(guān)控制熱力站流量。

2.2 軟件措施

在供暖準(zhǔn)備期，我們必須使用水力計(jì)算來確定管網(wǎng)熱量的冗余及不足處。一般來說，計(jì)算水力平衡只計(jì)算一次管網(wǎng)上所有熱力站的資用壓頭是否滿足條件，當(dāng)所有熱力站資用壓頭均滿足運(yùn)行條件時(shí)，即可滿足站內(nèi)二次管網(wǎng)所需熱量，達(dá)成溫度的初平衡，只有當(dāng)一次管網(wǎng)調(diào)節(jié)平衡，才能夠進(jìn)行室溫調(diào)控等精細(xì)化調(diào)整。

水力計(jì)算軟件有很多，在實(shí)際操作中我們使用的是清華同方設(shè)計(jì)的HACNET軟件進(jìn)行水力計(jì)算，使用之前，需要知道熱源處所使用的泵參數(shù)(流量，揚(yáng)程，流量等)，本采暖季總供熱面積，各個(gè)熱力站面積和所需流量，以及所有一次管網(wǎng)的管徑管長。將一系列參數(shù)輸入進(jìn)軟件之后，即可完成水力計(jì)算圖，可模擬計(jì)算出本次供暖期所轄熱力站哪些資用壓頭不足，哪些資用壓頭過剩，可在供暖前提前進(jìn)行一次管網(wǎng)主干線及支干線閥門調(diào)節(jié)，以及在壓頭不足之處加裝回水加壓泵使管網(wǎng)熱量達(dá)到預(yù)平衡狀態(tài)。

附根據(jù)面積確定流量公式：Q=s×8(設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為8 t/(萬m2·h))。

其中，Q為總流量，t/h；s為面積，萬m2。

3 解決集中供熱管網(wǎng)水力失調(diào)的方法

3.1 通過附加阻力的方法解決熱力站資用壓頭剩余的問題

在設(shè)計(jì)熱網(wǎng)系統(tǒng)的時(shí)候，熱網(wǎng)上各個(gè)熱力站的供熱負(fù)荷以及流量不可能完全一樣，也就是說各個(gè)熱力站的實(shí)際阻力不可能完全相同。熱源處的循環(huán)泵流量，揚(yáng)程等參數(shù)是根據(jù)熱網(wǎng)上各個(gè)熱力站換熱器以及管網(wǎng)等阻力損失來確定的，所以說，只要設(shè)計(jì)沒有失誤，當(dāng)除去最不利環(huán)路的阻力，其余各環(huán)路都有一部分當(dāng)剩余壓頭，為了保證水力平衡，這部分剩余壓頭需要在供熱開始前加以消除。現(xiàn)在大部分供熱企業(yè)已經(jīng)在使用熱網(wǎng)平衡軟件進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，實(shí)際使用中，我們使用的是根據(jù)二次網(wǎng)供回水平均溫度來調(diào)節(jié)各個(gè)熱力站流量，也就是通過這個(gè)指標(biāo)來開關(guān)閥門增大或者減小熱力站資用壓頭，可以有效解決水力失調(diào)問題。這種加裝自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備解決剩余壓頭，能夠讓各個(gè)支線達(dá)到阻力平衡的方法，稱為附加阻力平衡技術(shù)。該技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠使循環(huán)泵達(dá)到最佳工況的同時(shí)，還能平衡熱網(wǎng)，節(jié)約多余熱量，對(duì)供熱企業(yè)來說，具有明顯節(jié)能效果。

3.2 通過附加壓頭解決熱力站資用壓頭不足的問題

當(dāng)熱源的循環(huán)水泵出現(xiàn)揚(yáng)程不足，或者說熱網(wǎng)超供熱半徑運(yùn)行時(shí)，僅僅通過附加阻力的辦法對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)是不能達(dá)到水力平衡的，除非對(duì)循環(huán)泵進(jìn)行更換或者改變一些管道的型號(hào)規(guī)格，眾所周知，一臺(tái)大型循環(huán)水泵造價(jià)不菲，而且很多熱源處場地有限，沒有更多地方安裝大型循環(huán)水泵，且現(xiàn)如今管道一般都是直埋，在路面更換管道不僅手續(xù)復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同樣耗資巨大，這不符合企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)際中，我們一般通過在熱力站一次網(wǎng)回水安裝加壓泵來彌補(bǔ)資用壓頭不足的問題，這種使得各環(huán)路達(dá)到阻力平衡的辦法，稱為附加壓頭平衡。這種技術(shù)僅需要一臺(tái)小型水泵就可解決熱網(wǎng)中某一個(gè)熱力站的資用壓頭不足問題，而且企業(yè)技術(shù)改造工程量小，具有省時(shí)省力，安全高效的特性。

在熱網(wǎng)系統(tǒng)中安裝回水加壓水泵這種方法早就得到了運(yùn)用，然而以往因?yàn)榧夹g(shù)不成熟，變頻價(jià)格較高，供熱企業(yè)安裝的都是老式的公頻回水加壓泵，這對(duì)加壓泵的選型要求較高，如果選型偏大，那么就會(huì)出現(xiàn)“搶水”現(xiàn)象，也就是安裝了加壓泵的熱力站循環(huán)流量偏大，同一支線的其余未安裝加壓泵或者加壓泵選型較小熱力站流量不足的情況，更加影響管網(wǎng)平衡。不過目前變頻技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，就算設(shè)備選型偏大，也可以通過變頻器降低頻率減小加壓泵做功，不會(huì)影響同支線上其余熱力站，以往的“搶水”問題完全能夠避免。

綜上所述，附加壓頭平衡技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：

第一，無需改變?cè)袩峋W(wǎng)系統(tǒng)，只需要非常小的工程量，投入資金也不大，就可達(dá)到整個(gè)熱網(wǎng)水力平衡。

第二，減少能耗。當(dāng)熱源處資用壓差增大既可滿足末端資用壓頭不足熱力站，也可以在資用壓頭不足熱力站安裝回水加壓泵，因?yàn)楫?dāng)循環(huán)水泵資用壓頭增大時(shí)，電能以及熱量輸出會(huì)同時(shí)增加，造成近端熱力站資用壓頭過剩，熱用戶室溫偏高情況發(fā)生。當(dāng)熱源處循環(huán)水泵能夠滿足絕大部分熱力站的資用壓頭時(shí)，可以在資用壓頭不足熱力站安裝適當(dāng)?shù)募訅罕?，也可以解決水力失衡問題，同時(shí)小型水泵運(yùn)行所耗電能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大型水泵加大資用壓差時(shí)所需要電能。

3.3 在管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中解決問題

首先，在供暖準(zhǔn)備期，統(tǒng)計(jì)上個(gè)采暖季供熱效果較差熱力站，加裝或更換回水加壓泵，同時(shí)更換上個(gè)采暖季發(fā)現(xiàn)的一次管網(wǎng)跑冒滴漏處管道，對(duì)電控閥等設(shè)備損壞、失靈的進(jìn)行更換，確保下個(gè)采暖季高效穩(wěn)定運(yùn)行。

其次，在運(yùn)行當(dāng)中，組織專門人員定期檢查管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及管網(wǎng)薄弱點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理，確保系統(tǒng)水力平衡，保證設(shè)備完好性。

最后，在運(yùn)行當(dāng)中，熱網(wǎng)上的熱力站出現(xiàn)停電，漏水情況經(jīng)常發(fā)生，在熱力站退出或者加入熱網(wǎng)時(shí)，要及時(shí)調(diào)節(jié)熱源處循環(huán)水泵資用壓差，重新平衡管網(wǎng)，防止資用壓頭過?；蛘卟蛔闱闆r發(fā)生。

4 結(jié)語

對(duì)于供熱企業(yè)來說，水力失衡是經(jīng)常出現(xiàn)的問題，管理人員必須熟悉熱網(wǎng)工況，提高運(yùn)行人員調(diào)節(jié)能力，重視熱網(wǎng)初調(diào)節(jié)，做好熱網(wǎng)初調(diào)節(jié)，才能最大可能避免大面積熱網(wǎng)不平衡的發(fā)生，使熱網(wǎng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行，保障廣大熱用戶溫暖過冬。