集中供熱系統(tǒng)的水力失衡原因及調(diào)節(jié)策略

朱劍麗

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司小店第二供熱分公司，山西 太原 030000)

近年來，我國城市集中供暖系統(tǒng)不斷完善，使用規(guī)模不斷擴(kuò)大，已經(jīng)成為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵工程。但是，在集中供熱系統(tǒng)使用中，水力失衡問題較為嚴(yán)重，降低集中供暖的質(zhì)量以及效率，存在用戶輸送熱量不均勻的現(xiàn)象。因此，針對集中供暖系統(tǒng)水力失衡現(xiàn)象開展全面的剖析，提升水力失衡問題調(diào)節(jié)效果。

1 集中供熱系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

集中供暖系統(tǒng)是以熱水以及蒸汽為熱源傳播媒介，通過城市熱力管網(wǎng)工程完成熱源輸送，將產(chǎn)生的熱源向城市需要部位輸送的一種形式。集中供熱系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在安全性、環(huán)保性、節(jié)能性三部分，首先，基于安全性方面考量，集中供暖系統(tǒng)在運行中對于工程人員的專業(yè)要求較高，在員工招聘中采用統(tǒng)一招募的形式，招聘具有相關(guān)資格證書的工作人員，積極開展崗前培訓(xùn)，保證工作人員的專業(yè)技術(shù)能夠靈活應(yīng)用到集中供暖系統(tǒng)運行中，提供安全保證。同時，定期開展設(shè)備維修檢查工作，保證集中供暖系統(tǒng)運行穩(wěn)定，避免由于設(shè)備故障問題引發(fā)安全事故。其次。在環(huán)保方面來講，熱源廠以及熱電聯(lián)項目的普遍特點為熱源較為集中，采用的大型脫硫除塵的環(huán)保型設(shè)備，保證集中供暖系統(tǒng)排放達(dá)標(biāo)，預(yù)防其對環(huán)境的影響。另外，集中供暖系統(tǒng)的節(jié)能效果較高，大型的熱源廠的的燃燒率通常在70%～80%之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于小型熱源廠。而當(dāng)前集中供暖系統(tǒng)發(fā)展中，采用冷卻水作為主要供暖紐帶，在供暖中通過可回收的冷凝水發(fā)電，提升能源的利用率，實現(xiàn)節(jié)能發(fā)展的目標(biāo)[1]。

2 集中供熱系統(tǒng)水力失衡的表現(xiàn)

2.1 室內(nèi)溫度分布不均勻

在城市集中供暖中，供暖對象之間與供熱站距離不等，在建筑工程項目中以一棟為單位形成系統(tǒng)，導(dǎo)致供熱系統(tǒng)的分布不均勻。在集中供暖系統(tǒng)運行中，受距離的影響，各個環(huán)路分的流量分布存在問題，熱量輸送不均勻，進(jìn)而出現(xiàn)室內(nèi)溫度冷熱不均勻的情況[2]。

2.2 運行設(shè)備耗電快

在集中供熱系統(tǒng)運行中出現(xiàn)水利失衡的情況，系統(tǒng)為了保證室內(nèi)的達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)溫度，加大對溫度較低用戶的補(bǔ)給，通過“大流量、小溫差”的形式提升室內(nèi)溫度，該形式下的供熱設(shè)備的定額功率不達(dá)標(biāo)，循環(huán)水泵等設(shè)備的能量輸送效率低，存在電能源浪費的情況[3]。

2.3 熱力站能耗高

在集中供暖系統(tǒng)運行中出現(xiàn)水力失衡問題時，室內(nèi)的整體溫度不達(dá)標(biāo)，為了滿足用戶對于室內(nèi)溫度的需求，熱力站不斷加大能源消耗，以實現(xiàn)提升溫度的目標(biāo)，存在能源浪費的情況。

3 集中供熱系統(tǒng)水力失衡原因

3.1 管網(wǎng)設(shè)計問題

為了緩解住房緊張問題，建筑工程項目的施工規(guī)模不斷擴(kuò)大，進(jìn)而以往的供熱系統(tǒng)外管網(wǎng)以及換熱站建設(shè)不能滿足A小區(qū)的要求，需要采用分工模式設(shè)計。在管網(wǎng)設(shè)計施工中，施工企業(yè)為了降低成本消耗，沒有在外網(wǎng)設(shè)計調(diào)節(jié)閥，將二降低二次管網(wǎng)供熱效果，誘發(fā)集中供暖系統(tǒng)出現(xiàn)水力失衡的問題[4]。

3.2 管道交叉施工問題

在集中供暖系統(tǒng)管網(wǎng)工程施工中，經(jīng)常存在管網(wǎng)交叉施工作業(yè)的情況，部分接頭以及彎曲部位的施工難度較高，管網(wǎng)施工不當(dāng)將會導(dǎo)致管網(wǎng)堵塞的情況，同時沒有安裝自動放氣裝置，進(jìn)而影響熱源供應(yīng)。

3.3 人為因素

受人為因素的影響，部分用戶在沒有經(jīng)過允許的情況下擅自更改集中供熱散熱設(shè)備，影響水力運行情況。其次，隨著集中供暖系統(tǒng)不斷發(fā)展，整體運行時間加長，供熱管道等相關(guān)設(shè)備存在老化的現(xiàn)象，后續(xù)維修養(yǎng)護(hù)不及時，將會誘發(fā)水力失衡問題[5]。

4 改善集中供暖系統(tǒng)中水力失衡措施

4.1 強(qiáng)化集中供暖系統(tǒng)設(shè)計

在集中供暖系統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計施工中，技術(shù)人員需要對原有管網(wǎng)工程進(jìn)行改造審計，保證后期設(shè)計工作穩(wěn)定開展。集中供暖系統(tǒng)液壓不平衡是管網(wǎng)工程設(shè)計重點，設(shè)計人員一定要提升重視程度，保證供熱管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量。在傳統(tǒng)集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計人員對于水力失衡問題的重視程度不高，水力數(shù)據(jù)計算的精度不高，也是誘發(fā)集中供暖系統(tǒng)出現(xiàn)水力失衡問題的關(guān)鍵因素。因此，為了解決這一問題，提升熱管網(wǎng)水力問題計算，全面掌握管網(wǎng)工程的數(shù)據(jù)信息，優(yōu)化設(shè)計方案，保證循環(huán)水泵、功能泵等設(shè)備設(shè)計電放費合理性，預(yù)防集中供暖系統(tǒng)水力失衡問題的發(fā)生。同時，在設(shè)計期間，提升設(shè)計方案的經(jīng)濟(jì)適用性，升級集中供熱系統(tǒng)管網(wǎng)整體布局，避免出現(xiàn)液壓不平衡的問題[6]。

4.2 適當(dāng)增加集中供暖系統(tǒng)動力頭數(shù)量

針對集中供熱系統(tǒng)管網(wǎng)容量不足、水泵運行功率較低引發(fā)的水力失衡問題，需要對系統(tǒng)進(jìn)行壓力改造以及升級，開展水泵增產(chǎn)措施是關(guān)鍵?；诩泄嵯到y(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計特點，以滿足用戶的實際熱量需求為原則，最大限度的提升系統(tǒng)管網(wǎng)循環(huán)能力，選擇大功率的揚程水泵，提升集中供熱系統(tǒng)管網(wǎng)循環(huán)調(diào)節(jié)效果?；趯嶋H情況出發(fā)，適當(dāng)添加集中供熱系統(tǒng)動力頭數(shù)量，彌補(bǔ)傳統(tǒng)只用水頭數(shù)量以及功率不足的情況。另外，積極調(diào)整附加壓頭安裝位置以及數(shù)量，強(qiáng)化集中供熱系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果，避免出現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)水力失衡的問題[7]。

4.3 優(yōu)化集中供暖系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能

在信息時代發(fā)展背景下，集中供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力要求不斷提升，改善調(diào)節(jié)功能能夠降低集中供熱系統(tǒng)水力失衡的風(fēng)險?，F(xiàn)階段，為了保證集中供熱系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，積極開展熱網(wǎng)管道設(shè)計改造施工，將雙管供熱的形式引入集中供熱系統(tǒng)中，通過雙管網(wǎng)的優(yōu)勢提升集中供熱管網(wǎng)熱量測量精度。在系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制中，提升其水力調(diào)節(jié)能力，保證集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)流量與功率滿足要求，避免出現(xiàn)水力失衡的風(fēng)險。

4.4 完善系統(tǒng)運行方式

集中供熱系統(tǒng)具有地域性、結(jié)構(gòu)性、功能性的特點，同時不同地域的集中供熱系統(tǒng)的運行方式不同，基于當(dāng)?shù)赜脩舻男枨蠼⑨槍π缘募泄嵯到y(tǒng)運行體系，避免出現(xiàn)水力失衡的問題。在運行過程中以“大流量、小溫差”的原則，保證系統(tǒng)熱量分布的均勻性，改善局部室內(nèi)溫度不達(dá)標(biāo)的情況，同時，能夠有效的控制室內(nèi)溫度，避免出現(xiàn)溫度過高造成能源浪費，最大限度的提升集中供熱系統(tǒng)的適用性以及實用性，強(qiáng)化液壓平衡控制效果。

4.5 開展運行質(zhì)量監(jiān)督檢查

要想預(yù)防集中供暖系統(tǒng)運行中出現(xiàn)水力失衡的問題，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督檢查是非常必要的，也是預(yù)防水力失衡問題的關(guān)鍵手段。首先，相關(guān)管理人員要提升水力失衡問題的重視程度，明確劃分企業(yè)相關(guān)工作人員崗位職責(zé)劃分，管理制度明確規(guī)定相關(guān)工作流程，施工技術(shù)人員需要嚴(yán)格按照制度開展工作，保證各項工作落實到位，及時發(fā)現(xiàn)集中供熱系統(tǒng)水力失衡問題，基于實際情況制定調(diào)節(jié)控制方案，保證水力失衡調(diào)節(jié)控制質(zhì)量。其次，完善熱力企業(yè)獎懲制度，進(jìn)而提升員工的工作積極性，保證相關(guān)監(jiān)督制度落實到位，保證供熱系統(tǒng)管網(wǎng)水利系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。企業(yè)定期開展工作考評活動，針對規(guī)定期間內(nèi)員工的工作情況進(jìn)行總結(jié)反饋，秉承科學(xué)原理的原則，及時基于員工肯定，針對表現(xiàn)優(yōu)異的員工進(jìn)行精神以及物質(zhì)獎勵，激發(fā)員工的參與度[8]。

4.6 培養(yǎng)員工的責(zé)任意識

集中供熱系統(tǒng)水力失衡調(diào)整工作中，技術(shù)人員是直接參與者，技術(shù)人員的責(zé)任意識以及工作能力直接影響水力系統(tǒng)調(diào)節(jié)工作質(zhì)量。首先，一定要加強(qiáng)施工團(tuán)隊建設(shè)，保證技術(shù)人員的專業(yè)水平以及專業(yè)素養(yǎng)達(dá)標(biāo)。其次，提升城市集中供暖系統(tǒng)整體管理水平，強(qiáng)化管理人員的責(zé)任意識，定期開展系統(tǒng)運行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。制定規(guī)范化操作流程，提升水力系統(tǒng)管理質(zhì)量，及時處理水力失衡等問題。另外，構(gòu)建獨立的管理機(jī)制，明確劃分管理人員的崗位職責(zé)，基于相關(guān)管理制度開展供熱系統(tǒng)維修檢修工作，通過分級監(jiān)督管理模式，提升監(jiān)督力度，預(yù)防水力失衡問題發(fā)生，保證城市集中供熱系統(tǒng)運行穩(wěn)定性[9]。

5 集中供熱系統(tǒng)水力失衡改造分析

5.1 工程概述

A建筑工程集中供暖系統(tǒng)采用雙管閉式系統(tǒng)，在實際運行中能夠利用系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)管內(nèi)流量。在A建筑工程集中供暖系統(tǒng)管網(wǎng)調(diào)節(jié)施工中，基于用戶的實際需求，當(dāng)進(jìn)行管內(nèi)壓力或者流量調(diào)節(jié)。如果集中供熱系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力下降，需要及時減小管道上游流量，實現(xiàn)后面管道增壓的效果。因此，管道內(nèi)部的壓力與流量呈現(xiàn)反比例關(guān)系，如果整體供暖闡述不變的情況下，管網(wǎng)內(nèi)部壓差變化將會直接影響流量，誘發(fā)水力失衡問題的發(fā)生。因此，下文對A集中供暖系統(tǒng)水力失衡管網(wǎng)改造提出以下建議[10]。

5.2 改造方案

5.2.1 變頻泵+靜態(tài)平衡閥

雙管閉式系統(tǒng)改造施工中，采用變頻泵+靜態(tài)平衡閥的形式，以循環(huán)水泵調(diào)節(jié)為著手點，利用控制器對室外的溫度以及管網(wǎng)供熱回水的溫度進(jìn)行檢測，將檢測的數(shù)據(jù)信息上傳至程序系統(tǒng)中，通過系統(tǒng)程序計算得出最終結(jié)果，并連接控制信號，基于數(shù)據(jù)顯示不同的信號信息，進(jìn)而實現(xiàn)控制A建筑工程集中供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵流量的目的。

5.2.2 定頻泵+動態(tài)流量控制閥

定頻泵+動態(tài)流量控制閥模式下，A建筑工程集中供熱系統(tǒng)循環(huán)水泵以恒定流量運行，不僅能夠預(yù)防水力失衡問題，將還能夠降低能源消耗。在改造施工中，保證換熱站與用戶距離半徑在供熱半徑的80%以內(nèi)，同時，安裝施工前計算好定頻泵+動態(tài)流量控制閥的熱力范圍，保證在有效范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)熱力失效的情況。

5.2.3 定頻泵+動態(tài)壓差控制閥+熱量表

不同的采暖期循環(huán)水泵的流量控制不同，動態(tài)壓差控制閥安裝在用戶熱力入口部位，基于用戶的實際需求調(diào)節(jié)管道流量。熱量表是國家分戶熱計算的重要設(shè)備，如果安裝動態(tài)壓差控制閥后，不安裝熱量表，將會引發(fā)更為嚴(yán)重的水力失衡問題。

5.3 預(yù)防項目水力失衡措施

5.3.1 安裝平衡裝置

集中供熱系統(tǒng)運行中，基于熱源供應(yīng)情況自動調(diào)節(jié)管內(nèi)助力，保證熱網(wǎng)系統(tǒng)水力平衡。但是，受不良因素的影響，存在阻力調(diào)節(jié)失效的情況，為了避免水力失衡問題的發(fā)生，在管網(wǎng)中安裝阻力調(diào)節(jié)裝置，保證供熱管道內(nèi)部的阻力處于穩(wěn)定的狀態(tài)。在調(diào)節(jié)中，安裝阻力平衡設(shè)備，基于供暖系統(tǒng)的實際情況，保證管道阻力數(shù)值符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。在實際操作中，阻力平衡裝置安裝涉及的內(nèi)容較多，具有一定的施工難度，相關(guān)技術(shù)人員一定要重視施工安裝質(zhì)量，結(jié)合項目情況，保證阻力平衡裝置安裝質(zhì)量達(dá)標(biāo)，發(fā)揮出水力平衡調(diào)節(jié)的作用[11]。另外，安裝平衡閥，利用管道內(nèi)流量氣壓控制水力平衡，構(gòu)建系統(tǒng)化的閥體協(xié)管機(jī)制，保證集中供熱系統(tǒng)水力平衡。

5.3.2 開展比例調(diào)節(jié)技術(shù)

采用超聲波流量計，以并聯(lián)的管網(wǎng)流量為標(biāo)準(zhǔn)開展測量工作，該手法的測量精度較高，整體流量調(diào)節(jié)效果較好。但是，超聲波流量計對于技術(shù)人員的要求高，需要其具備高水準(zhǔn)的技術(shù)基礎(chǔ)才能保證后續(xù)工作穩(wěn)定開展。另外，借助變頻技術(shù)也是調(diào)節(jié)集中供熱系統(tǒng)管網(wǎng)內(nèi)部流量的重要手段，能夠?qū)芫W(wǎng)內(nèi)部水量實施監(jiān)督以及控制，整體的調(diào)節(jié)效果較好，能夠有效的預(yù)防供暖系統(tǒng)水力失衡的問題，提升能源利用率。

5.3.3 采用附加壓頭

集中供暖系統(tǒng)管網(wǎng)調(diào)整升級施工中，出現(xiàn)循環(huán)水泵的實際揚程不足，也會誘發(fā)水力失衡的問題，而循環(huán)水泵揚程處理中，需要更換水泵以及部分管道的規(guī)格，進(jìn)而整體的維修成本較高。因此，為了避免這一問題的發(fā)生，在施工中采用揚程低、流量小的水泵，進(jìn)而達(dá)到增加用戶水管壓力，同時，能夠更好的控制管道內(nèi)部流量，如發(fā)現(xiàn)管道阻力值不均勻，需要及時開展平衡調(diào)節(jié)。在當(dāng)前發(fā)展背景下，供熱管網(wǎng)系統(tǒng)水力平衡系統(tǒng)預(yù)防措施不斷完善，以節(jié)能環(huán)保為原則，降低系統(tǒng)運行的能源消耗，提升城市整體供暖效果。

6 結(jié)語

城市集中供暖系統(tǒng)出現(xiàn)水力失衡問題的誘因較多，其表現(xiàn)形式不同，技術(shù)人員需要結(jié)合項目的實際情況以及相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)，布置針對性的調(diào)節(jié)處理措施，降低水力失衡問題二次發(fā)生的風(fēng)險，積極制定水力失衡預(yù)防方案，提升集中供暖系統(tǒng)管網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。