智慧節(jié)能技術在熱網(wǎng)運行管理方面的應用和實踐

孫冰

摘? 要：高效、經(jīng)濟地為用戶提供合格的產(chǎn)品是熱電企業(yè)的首要任務，熱網(wǎng)系統(tǒng)作為熱電企業(yè)對外提供供熱服務的主要渠道，在做好保障供應、穩(wěn)定供應、安全供應的同時，合理輸送、減少損失、提高效益是熱網(wǎng)管理的核心內容。智慧節(jié)能技術在熱網(wǎng)運行管理方面的應用是通過對整個熱網(wǎng)及用戶數(shù)據(jù)的智能采集、分析、運算，以能量平衡為基礎來查找熱網(wǎng)運行中的薄弱環(huán)節(jié)，提高熱網(wǎng)的整體輸送效率。在為用戶提供優(yōu)質能源的同時，進一步降低損耗，節(jié)約資源，實現(xiàn)供、用方的“雙贏”。

關鍵詞：熱力管網(wǎng);智慧分析;節(jié)能降耗

中圖分類號：TU995 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）05-0180-03

1 概述

高效、經(jīng)濟地為用戶提供合格的能源產(chǎn)品是熱電企業(yè)的首要任務，熱網(wǎng)系統(tǒng)作為熱電企業(yè)對外提供供熱服務的主要渠道，在做好保障供應、穩(wěn)定供應、安全供應的同時，合理輸送、減少損失、提高效益是熱網(wǎng)管理的核心內容。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，采用新的技術手段來實施熱網(wǎng)管理的智能化、信息化是熱電企業(yè)熱網(wǎng)管理的必然趨勢。

智慧熱網(wǎng)是要面對海量信息數(shù)據(jù)，通過分析計算，查找可能存在的問題，進一步挖掘節(jié)能的潛力。數(shù)據(jù)信息時刻都在生成，這些信息反映了整個熱網(wǎng)系統(tǒng)運行的現(xiàn)狀。在這些信息中包含了用戶實際的熱能需求、輸送過程的損失、計量器具的誤差、人為干擾的因素等，如何從數(shù)據(jù)中將這些混雜的因素加以逐一剝離，找出問題的關鍵來加以消除，使得熱網(wǎng)系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠、傳輸更為經(jīng)濟、高效是我們要在智慧熱網(wǎng)中所要加以解決的問題。

2 熱力輸送過程中的主要損失及解決對策

目前熱力輸送主要是通過熱力管道進行，熱力在整個輸送過程中能量呈逐步衰減狀態(tài)。能量衰減主要是由于各種損失所造成的。隨著輸送距離的增加，損失也在不斷的累計。主要的損失形式有：阻力損失、表面散熱損失、冷凝水排放損失、表計誤差損失、人為因素損失等。其中阻力損失、表面散熱損失、冷凝水排放損失占了損失的大部分， 而表計誤差損失、人為因素損失為偶發(fā)損失，雖然對整體而言占比不大，但是對特定點來說卻是影響很大，屬于需要優(yōu)先處理的問題。

2.1 阻力損失

阻力損失主要由管道結構（局部阻力損失）及輸送速度（沿程阻力損失）決定的。局部阻力損失在管道設計確定后就固定下來了，沿程阻力損失是隨著流體運動速度而改變，速度越大，阻力越大。所以選擇合理的管道結構和適合的輸送速度是降低阻力損失的關鍵。智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)是通過計算分析整個熱網(wǎng)中各管路段的阻力來尋找損失比例較高的管段，從而指導管理者調整用戶開口位置來綜合降低阻力損失。

2.2 表面散熱損失

表面散熱損失主要由管道表面與自然界存在溫差造成的。溫差越大、表面積越大熱損失就越大。選擇合適的保溫材料，提高熱阻，減少表面積是降低熱損失的關鍵。智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)通過仿真計算各段的表面散熱量與實際管損量的差別來查找出散熱損失較大區(qū)段，針對性的進行加強保溫降低散熱損失。

2.3 冷凝水排放損失

這是一個與散熱損失有關聯(lián)性的熱損失。隨著散熱量的增加，部分水蒸汽冷凝成液相，當積累到一定比例后必須要加以排放，可以從分段的散熱量來換算成冷凝水量加以計算。智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)通過用戶數(shù)據(jù)、散熱數(shù)據(jù)來計算出冷凝水量，更加合理地設置排放點，減少冷凝水排放熱損失。

2.4 表計誤差損失

表計誤差是必然存在的，不可避免，正負都有可能，在正常的誤差范圍內是允許存在的。如何來判斷是否是正常誤差還是超差才是我們需要關注和解決的。智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)通過將管道沿線用戶作為一個連續(xù)鏈路來綜合判斷表計是否處于正常運行的參考。通過建立歷史數(shù)據(jù)庫，進行比對來發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，進一步減少因表計損壞帶來的計量失準。

2.5 人為因素損失

這部分損失最不可控，常帶有突發(fā)性或隱蔽性。突發(fā)性的往往是計量系統(tǒng)因人為因素損壞，表現(xiàn)的結果為突然失去通訊信號，現(xiàn)場表計無計量停表，這個比較容易發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)也會及時發(fā)出報警，以便維保人員及時處理。對于隱蔽性的人為因素造成的計量重大偏差有時就難以在常規(guī)管理模式下在短時間里發(fā)現(xiàn)。因是故意所為，常常有專業(yè)人員參與，甚至通過技術手段來加以掩蓋，做的比較巧妙。智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)主要是通過建立溫度、壓力、流量的歷史數(shù)據(jù)庫進行比對，同時參照該用戶段管損來查找可能出現(xiàn)的問題用戶。

3 應用實例及現(xiàn)實節(jié)能效果

利用仿真計算查找管網(wǎng)超標散熱損失：

我公司目前對外供熱管道共計四條主管，其中供應韓泰輪胎有限公司方向的一條口徑426mm的中壓管道（沿途有三家熱用戶，具體分布及參數(shù)如表1），通過多年數(shù)據(jù)的記錄，發(fā)現(xiàn)整段管損比其他管網(wǎng)大，一直也沒有找到癥結所在，2018年10月份通過實施了智慧熱網(wǎng)管理系統(tǒng)，通過仿真與管網(wǎng)的實際數(shù)據(jù)進行對比分析，從中發(fā)現(xiàn)了問題所在，結合后續(xù)的改進措施，使得各項損失得到有效的控制，有針對性地進行改進，使得供熱更加穩(wěn)定，管損持續(xù)降低，蒸汽品質有所提高，做到了用戶滿意，企業(yè)節(jié)能增效的雙贏效果。具體如表1。

根據(jù)管網(wǎng)結構及尺寸，按照當?shù)貧庀髼l件（平均氣溫21℃，平均風速1.5m/s），運用傳熱學原理（按照管內溫度、保溫材料熱阻特性、環(huán)境溫度風速等條件）分段仿真計算出各段的散熱損失。具體見表2、3。

實際的出口表計與各用戶的計量表計差值（質量管損，含表計誤差）在4.46%左右，仿真計算管損與實際管損基本保持了一致。從管損的組成看，散熱損失占86%，冷凝水（含泄漏）熱損失占14%。所以重點應關注散熱損失的情況。

其中從熱電廠出口到韓泰公司、禾欣實業(yè)、禾欣可樂麗的總管都是426口徑，但是單位長度的熱損失卻差距較大，其中到韓泰公司這一段總管，承擔了全部的熱力輸送任務，管內溫度也較高，在保溫層相同的情況下，表面溫度較高，散熱量較大，比其他管段平均高出了16%，也是符合實際情況的。就需要對保溫層進行加厚，進一步減少散熱量。改造前具體模擬計算結果如表4。

通過選擇典型段管線進行加包4cm厚度硅酸鋁棉試驗，并分期對前段10公里管線進行作業(yè)，表面溫度明顯下降，經(jīng)實測，溫度平均降低5℃左右，通過計算在該試驗管段，每百米散熱損失由原來的63305 kJ/百米·小時，降低到36371kJ/百米·小時，比原來降低了26935 kJ/百米·小時，降低率達到42.5%，整段減少熱損失達到2693400kJ/h（折標煤92kg/h），整體管損下降到5.00%（減少1.016%），每年可節(jié)約標煤800噸/年（原煤1120噸/年），每年實現(xiàn)經(jīng)濟效益73萬元。

在整個熱網(wǎng)管路系統(tǒng)中，較為普遍的現(xiàn)象是出口段因蒸汽溫度高，單位面積表面散熱量較大，三條低壓管道，一條中壓管道[低壓出口參數(shù)0.8MPa/300℃/中壓2.5MPa/300℃），管道口徑800（低）/600（低）/400（低）/300（中）mm，保溫層厚度200mm]管道，也有同樣情況存在。由于管道更粗，表面積更大，單位長度散熱損失就更大。經(jīng)模擬測算，在前段5km加包4cm厚度硅酸鋁棉，將使得表面溫度平均降低6℃左右。

具體分析計算如表5。每小時減少熱損失5380000kJ/h，折183kgce/h，每天可節(jié)約標煤4.4噸，一年可節(jié)約標煤1600噸，經(jīng)濟效益可達150多萬元。

4 結束語

熱網(wǎng)的管理經(jīng)歷了人工抄表、無線網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)抄表、互聯(lián)網(wǎng)絡管理，正進入到智能化管理時代，各項功能隨著互聯(lián)網(wǎng)+時代的到來而進入了一個嶄新階段。今后的智慧熱網(wǎng)不再滿足于抄表功能，更多的將關注于系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、合理性，高效率、低損耗地為用戶提供優(yōu)質服務。我們的終極目標是在提供優(yōu)質服務的同時，智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)可以為每個用戶提供一個量身打造的更加合理的用熱方案，來進一步提高用戶端用熱的合理性，從而使得系統(tǒng)的能源利用效率更高，為社會的節(jié)能貢獻出一份力量。

參考文獻：

[1][美]W.M.羅森諾.傳熱學手冊[M].科學出版社，1985.

[2]張紅兵.熱能工程設計手冊[M].化學工業(yè)，1998.