利用水力計算校核熱源供熱能力實例探討

雷佳莉 陳卓 楊玉鵬

摘? 要：以某園區(qū)供熱廠供熱現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，在已知供熱管網(wǎng)各段管徑及負(fù)荷的情況下，根據(jù)供熱行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，進(jìn)行水力計算，計算阻力損失，校核熱源廠供熱能力是否能夠滿足近年熱負(fù)荷發(fā)展的需求，對無法達(dá)到供熱需求的用戶提出解決方案，給該區(qū)域供熱管網(wǎng)建設(shè)發(fā)展提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：水力計算;枝狀網(wǎng);沿程阻力;供熱能力

中圖分類號：TU832? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）09-0000-00

0 前言

供暖屬于民生保障行業(yè)，隨著某園區(qū)用戶對生活質(zhì)量要求的不斷提高，對供暖的質(zhì)量和要求也越來越嚴(yán)格，因此，供熱管網(wǎng)的發(fā)展越來越受到各方的關(guān)注。園區(qū)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致園區(qū)內(nèi)熱用戶不斷增加，現(xiàn)狀管網(wǎng)已與規(guī)劃初期管網(wǎng)布置出現(xiàn)了較大的差異，在對現(xiàn)狀管網(wǎng)的進(jìn)行部分改造和擴(kuò)建過程中，供熱管網(wǎng)的水力計算是實現(xiàn)高質(zhì)量的管網(wǎng)設(shè)計、運行調(diào)度以及供暖保障的必要條件。

本文根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，對現(xiàn)狀供熱管網(wǎng)整體分析和考慮，為近年負(fù)荷增加后管網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展提供參考[1]。

1 供熱概況

某供熱廠現(xiàn)有58MW燃?xì)鉄崴仩t2臺，29MW燃?xì)鉄崴仩t2臺，總供熱能力174MW，供熱廠現(xiàn)有熱網(wǎng)循環(huán)泵3臺（兩用一備運行），每臺額定流量900t/h，揚程50m。

供熱廠現(xiàn)狀供熱負(fù)荷約72MW，供熱管網(wǎng)枝狀分布，主管線總長度約6.km（單程），管徑DN250-DN800不等。

供熱廠未來發(fā)展負(fù)荷共計約170.5MW，供熱管網(wǎng)枝狀分布，在現(xiàn)狀管網(wǎng)主干線不改變的基礎(chǔ)上進(jìn)行改建，增加分支;管網(wǎng)主干線總長約6.5km（主管單程），管徑DN250-DN800不等[2]。

2 采暖負(fù)荷

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》（CJJ34-2010）相關(guān)數(shù)據(jù)根據(jù)供熱面積及綜合熱負(fù)荷指標(biāo)，計算用戶采暖熱負(fù)荷。

Qh=qhAc·10-3

其中，Qh為采暖熱負(fù)荷，kW;qh為采暖熱指標(biāo)，W/m2;Ac為采暖建筑物的建筑面積，m2。

經(jīng)計算，供熱廠現(xiàn)狀采暖負(fù)荷為71.4MW，近發(fā)展負(fù)荷共計170.5MW。

計算負(fù)荷見表1和表2。

3 水力計算

3.1 水力計算的主要任務(wù)

本次水力計算的主要任務(wù)是按已知的熱媒流量和管道直徑，計算管道的沿程阻力損失，根據(jù)管網(wǎng)水力計算結(jié)果，校核管網(wǎng)循環(huán)水泵的流量及揚程，為負(fù)荷增加后管網(wǎng)的建設(shè)提供參考[3]。

3.2 水力計算基本原理

當(dāng)流體沿管道流動時，由于流體分子間及其管壁間的摩擦，產(chǎn)生損失能量;當(dāng)流體流過管道的一些附件（如閥門、彎頭、大小頭、三通、散熱器等）時，由于流動方向或流速的改變，產(chǎn)生局部旋渦或撞擊，產(chǎn)生損失能量;前者稱為沿程阻力損失，后者稱為局部阻力損失[1]。

在實際工程設(shè)計中，水力計算一般采用“當(dāng)量局部阻力法”或“當(dāng)量長度法”進(jìn)行。

本次采用“當(dāng)量長度法”進(jìn)行水力計算。水力計算的基本公式，可表示為

ΔP=（1+α）R·L×10-3 （kPa）

式中：R-管道比摩阻，Pa/m;L-管段平面長度，m;α-局部與沿程阻力比0.3。

3.3 管網(wǎng)流量計算

根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》，計算熱網(wǎng)管網(wǎng)流量，公式如下：

其中 Gn-采暖熱負(fù)荷設(shè)計流量，t/h;Qn-采暖熱負(fù)荷，kw;c-水的比熱容KJ/㎏·℃;t1，t2-設(shè)計供、回水溫度，℃。

3.4 水力計算參數(shù)

本次水力計算的基本參數(shù)見表3。

3.5水力計算結(jié)果分析

3.5.1現(xiàn)狀供熱負(fù)荷下水力計算分析

供熱廠現(xiàn)狀供熱負(fù)荷約71.4MW，共計用戶13供熱廠干線總循環(huán)水量1228.1t/h，最大管徑DN800;最不利管網(wǎng)長度6350m;管網(wǎng)當(dāng)量長度：8255m。管網(wǎng)最不利點為13#用戶換熱站。至該換熱站管網(wǎng)供水管壓力降115.6KPa;管網(wǎng)回水管壓力降：115.6KPa，供回程總壓降231.2Kpa。

具體水力計算，詳見表4。

按照設(shè)計供回水溫度60℃計算，從供熱廠至最遠(yuǎn)13#用戶換熱站處的最不利環(huán)路的阻力為231.2KPa，即管網(wǎng)阻力約23.12m;考慮用戶端換熱站內(nèi)阻力15m，總阻力位38.12m。供熱廠循環(huán)水泵揚程50m（供熱廠內(nèi)阻力10m），總阻力48.12m（<50m）;循環(huán)泵單臺額定流量900t/h，數(shù)量3臺，2用1備，額定流量1800t/h，總流量1023.4t/h（<1800t/h），所以供熱廠內(nèi)循環(huán)泵系統(tǒng)能夠滿足現(xiàn)狀熱負(fù)荷下的供熱需求。

3.5.2近年發(fā)展負(fù)荷下水力計算分析

供熱廠近年供熱負(fù)荷約170.5MW，共計用戶19個，供熱廠干線總循環(huán)水量2932.6t/h，最大管徑DN800;最不利管網(wǎng)長度6350m;管網(wǎng)當(dāng)量長度：8255m。管網(wǎng)最不利點為14#用戶換熱站。至該換熱站管網(wǎng)供水管壓力降197.8Kpa;管網(wǎng)回水管壓力降：197.8Kpa，供回程總壓力將395.6Kpa。

具體水力計算，詳見表5。

按照設(shè)計供回水溫度60℃計算，從供熱廠至最遠(yuǎn)15#用戶換熱站處的最不利環(huán)路的阻力為356.9KPa，即管網(wǎng)阻力約35.7m;考慮用戶端換熱站內(nèi)阻力15m，總阻力位50.7m。供熱廠循環(huán)水泵揚程50m（供熱廠內(nèi)阻力15m），總阻力65.7m（>50m）;循環(huán)泵單臺額定流量900t/h，數(shù)量3臺，2用1備，額定總流量2700t/h，總流量2443.9t/h（<2700t/h），所以供熱廠內(nèi)循環(huán)泵系統(tǒng)揚程無法滿足現(xiàn)狀熱負(fù)荷下的供熱需求。

供熱廠現(xiàn)狀循環(huán)泵揚程50m，廠內(nèi)阻力按15m計算，末端換熱站內(nèi)阻力按15m計算，水泵富裕壓頭為25m，根據(jù)水力計算結(jié)果，供回程阻力允許在125Kpa以下，該循環(huán)泵系統(tǒng)最遠(yuǎn)可供至8#用戶，之后用戶供熱效果不佳。

3.5.3近年發(fā)展負(fù)荷情況下水力不足解決方案

由于園區(qū)附近無調(diào)峰熱源，且園區(qū)內(nèi)規(guī)劃調(diào)峰熱源近3年內(nèi)無法保證實施，為保證后端用戶用熱需求，本文提出在各用戶換熱站一次側(cè)設(shè)置加壓泵的方案（圖1二級泵系統(tǒng)）。

所謂二級泵系統(tǒng)，是在各換熱站的一次側(cè)管道加裝水泵，以滿足本站流量及克服耦合管至本站的管網(wǎng)阻力，熱源側(cè)循環(huán)泵不再克服全程阻力損失。

二級泵運行方案的優(yōu)點在于：一是根據(jù)本換熱站的熱負(fù)荷變頻調(diào)節(jié)，改善一次水分配不平衡的問題，二是在大網(wǎng)循環(huán)泵故障時，本換熱站可以繼續(xù)運行，保障供暖。

根據(jù)水力計算的結(jié)果，計算各站二級泵參數(shù)如表6所示。

4 結(jié)語

本文以某供熱廠現(xiàn)狀供熱管網(wǎng)為基礎(chǔ)，針對現(xiàn)狀負(fù)荷與近年發(fā)展負(fù)荷兩種情況，根據(jù)行業(yè)規(guī)范進(jìn)行了水力計算，并對發(fā)展負(fù)荷下水力不足的情況給出了二級泵系統(tǒng)的解決方案，為管網(wǎng)后期改造及發(fā)展提供了參考依據(jù)，對實際供熱有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]賀平，孫剛，王飛，等.供熱工程一第4版[M].中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2][2] 陳真，余聰.供熱項目改造中水力計算及管徑確定方法[J].山西建筑，2018（9）：125-126.

[3] 動力管道設(shè)計手冊編寫組.動力管道設(shè)計手冊（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020.

收稿日期：2020-08-27

作者簡介：雷佳莉（1986—），女，河北衡水人，碩士研究生，工程師，從事能源動力工程設(shè)計工作。