暖通工程師淺談城市集中供熱管網(wǎng)水力平衡問題

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熱力管線工程運行是否正常直接關(guān)系到居民生活質(zhì)量，在設(shè)計過程中應(yīng)遵循技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用的原則，作為一項系統(tǒng)工程，從管網(wǎng)的設(shè)計到管道的 制造、安裝及管網(wǎng)的啟動運行，每個環(huán)節(jié)都直接影響著工程的成敗。而一項好的設(shè)計可以使產(chǎn)品的性能得以充分發(fā)揮，可以最大限度地減少施工中的困難，可以降低工程造價。因此，我們的設(shè)計一定要做到嚴謹合理，為工程的成功提供可靠的前提保證，如若不然，不僅增加工程造價，同時還由于設(shè)計不當而削弱了熱力管線運行的安全性和可靠性。

由于水力失調(diào)，引起的冷熱不均，至今仍然是困擾本行業(yè)的難題。

積極推廣熱計量收費，是實現(xiàn)水力平衡、消除冷熱不均的關(guān)鍵技術(shù)措施。文中就節(jié)流式水力平衡、有源式水力平衡技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，進行了具體分析，提出了二種解決方案。

一、完善節(jié)流式水力平衡

系統(tǒng)水力失調(diào)是由于系統(tǒng)各環(huán)路未實現(xiàn)阻力平衡而導致的。因此，要實現(xiàn)系統(tǒng)水力平衡必須著手于系統(tǒng)的阻力平衡。達到系統(tǒng)阻力平衡有兩種方法：一是靠調(diào)節(jié)閥通過節(jié)流改變管網(wǎng)阻力而實現(xiàn)。稱為節(jié)流式水力平衡;一種是通過分布式變頻水泵的變速改變管網(wǎng)的流通率亦即改變官網(wǎng)阻力而完成，稱為有源式水力平衡。

多年來，國內(nèi)外就節(jié)流式水力平衡方法進行了許多研究，利用超聲波流量計，即可快速一次性地完成系統(tǒng)水力平衡，多年在許多實際工程中應(yīng)用效果良好。隨著技術(shù)的進步，目前在利用調(diào)節(jié)閥進行節(jié)流調(diào)節(jié)的過程中，出現(xiàn)了二個比較突出的新問題，需要進一步解決。

其一是正確選用調(diào)節(jié)閥，目前存在的主要問題是調(diào)節(jié)效果不理想：系統(tǒng)近端的超流量沒有減下來，系統(tǒng)末端虧缺的流量沒有補起來，結(jié)果冷熱不均的現(xiàn)象沒有達到徹底解決。咎其原因，除了調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)外，大多數(shù)的情況是產(chǎn)品選用不當：我國產(chǎn)品樣本，目前多數(shù)只給出口徑和流量的控制范圍，選用人員根據(jù)要求的調(diào)節(jié)流量就確定了調(diào)節(jié)閥型號和口徑大小。這種粗糙的選用方法，存在明顯的缺陷。

為了保證調(diào)節(jié)閥閥權(quán)度能在0.25-0.3以上的范圍工作，調(diào)節(jié)閥的選用必須根據(jù)Kv值的大小確定，應(yīng)該逐漸改變以前只按口徑、流量大小選用調(diào)節(jié)閥的做法。調(diào)節(jié)閥的Kv值是指閥端壓差為0.1MPa 時各種開度下的流量值。這是產(chǎn)品出廠前，預(yù)先在實驗臺上標定好并且列在樣本上的數(shù)據(jù)。利用Kv值選用調(diào)節(jié)閥口徑的好處是在選擇的過程中，要進行流量、端壓的計算，并做閥權(quán)度的校核。如果發(fā)現(xiàn)閥權(quán)度值小于允許值(這種情況常常發(fā)生在供熱、空調(diào)系統(tǒng)的近端)，則要采取措施，提高調(diào)節(jié)閥的閥權(quán)度值。這些措施，對于恒溫閥，要采取預(yù)設(shè)定值的設(shè)置;對于調(diào)節(jié)閥，則要串連適當?shù)氖謩悠胶忾y或差壓調(diào)節(jié)閥，目的是為了消除多余的資用壓頭，減少凋節(jié)閥的端差壓力，進而提高閥權(quán)度.采用這種調(diào)節(jié)閥的選用方法，其調(diào)節(jié)功能一定能有明顯改善。

其二是調(diào)節(jié)閥如何適應(yīng)變流量調(diào)節(jié)，這里說得變流量調(diào)節(jié)不是指局部系統(tǒng)的變流量調(diào)節(jié)，而是指全系統(tǒng)總運行流量的變流量調(diào)節(jié)。前者是因局部用戶負荷需求變動進行的局部凋節(jié);后者是因室外氣溫變化引起負荷變化進行的全系統(tǒng)調(diào)節(jié)。特別是變頻調(diào)速水泵的廣泛應(yīng)用以來，這種系統(tǒng)總流量的變流量調(diào)節(jié)將會越來越普遍。

為適應(yīng)局部負荷需求的變動，各種調(diào)節(jié)閥都應(yīng)適應(yīng)全系統(tǒng)變流量調(diào)節(jié)，一般都是通過閥門的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，這時差壓調(diào)節(jié)閥、自力式平衡閥都能發(fā)揮其調(diào)節(jié)優(yōu)勢。但全系統(tǒng)變流量凋節(jié)中，隨著室外氣溫的變化，系統(tǒng)要以設(shè)計總流量的50-100%的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。我們選用調(diào)節(jié)閥，都是按照設(shè)計流量進行的，而在整個運行期間，只有最冷時刻才滿足設(shè)計流量，其他絕大多數(shù)時間里，運行流量都小于設(shè)計流量，這時差壓調(diào)節(jié)閥、自力式平衡閥的端差都小于設(shè)定值，為維持設(shè)定壓差，調(diào)節(jié)閥將逐漸增大開度，直至完全開啟，不再發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。因此，針對這一情況，提出簡單、有效的可行方案，已成為一件相當急迫的事情。我們知道，無論自力式平衡閥還是差壓調(diào)節(jié)閥，基本工作原理是一樣的。核心理念是維持一個設(shè)定的壓差恒定，借以實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能，其中一個重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，是設(shè)計一個通路，將末端壓力反饋至調(diào)節(jié)閥芯。如果我們在這個通路上安裝一個靈活的旋鈕，隨時都能很方便實現(xiàn)通路的開關(guān)。那么這個改裝后的差壓調(diào)節(jié)閥、自力式平衡閥就完全能夠適應(yīng)總流最的變流量調(diào)節(jié)了。具體的操作過程為：在系統(tǒng)初調(diào)節(jié)時，打開旋鈕，讓通路開通，發(fā)揮自力式平衡閥、差壓平衡閥原有的自動調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的初凋節(jié);等初調(diào)節(jié)完成后，關(guān)閉旋鈕，使通路關(guān)斷，讓自力式平衡閥、差壓調(diào)節(jié)閥變成一個手動平衡閥，這樣就可以放心地進行系統(tǒng)總流量的變流量調(diào)節(jié)了。施行這樣簡單的改裝，使一個凋節(jié)閥，同時發(fā)揮手動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)的功能.應(yīng)該是最經(jīng)濟實用的辦法。

二、推廣有源式水力平衡

推廣有源式水力平衡，減小管段阻力，提高管段的流通能力：利用變頻調(diào)速改變水泵的揚程和流量，借以改變管段阻力，實現(xiàn)系統(tǒng)的水力平衡。這種有源式的水力平衡，和節(jié)流式水力平衡相比較，在原理上是完全相同的。都是通過合理的阻力配備實現(xiàn)流量的平衡。但從節(jié)能的意義上觀察，則有很大的不同：靠節(jié)流增加管段阻力將造成電能無謂浪費;靠變速水泵減少管段阻力，將有明顯的節(jié)電效果。因此，有源式水力平衡比起節(jié)流式水力平衡一定會有更大的發(fā)展?jié)摿?。有源式水力平衡依靠的技術(shù)平臺就是水泵的變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用。

積極推廣有源式水力平衡，必須建立在廣泛應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的基礎(chǔ)上。因此，推廣有源式水力平衡.本身就是一項技術(shù)更新的重要舉措、實現(xiàn)有源水力平衡，在技術(shù)上應(yīng)該注意以下一些問題。

1、 優(yōu)化分布式變頻水泵設(shè)置。

分布式變頻水泵設(shè)置有無窮多個方案，節(jié)電最多的方案是最優(yōu)方案。在供熱系統(tǒng)中，除熱源循環(huán)泵外，其他循環(huán)泵設(shè)置在間接連接或混水連接的熱力站(熱用戶)中的方案是最優(yōu)方案，其裝機電功率只是傳統(tǒng)設(shè)計方法的1/3左右。對于間接連接系統(tǒng)，一次網(wǎng)熱力站循環(huán)泵最好設(shè)置在換熱器的回水一側(cè)，以防水溫過高。對于混水連接系統(tǒng)，最優(yōu)方案是在一次網(wǎng)、二次網(wǎng)上分別設(shè)置水泵;一次網(wǎng)的循環(huán)泵最好設(shè)置在回水管上，二次網(wǎng)的混水、加壓循環(huán)泵最好設(shè)置在供水管上，這樣，不但裝機電功率最省，而且水泵都置于低溫下運行，既經(jīng)濟又安全。在有源式水力平衡中，所有分布式水泵都必須進行變頻調(diào)速運行。依靠水泵的變速，調(diào)節(jié)熱力站(熱用戶)的資用壓頭和循環(huán)流量，即可實現(xiàn)系統(tǒng)水力平衡。另外，自動控制的合理設(shè)計，監(jiān)控儀表、設(shè)備的安全、可靠將是至關(guān)重要的。

2、 合理配置調(diào)節(jié)閥。

在有源式水力平衡系統(tǒng)中，根據(jù)具體情況，有必要設(shè)置一些配套的調(diào)節(jié)閥：

(1)首先是在混水連接系統(tǒng)里，應(yīng)設(shè)置電動調(diào)節(jié)閥。為了減少節(jié)流損失，電動調(diào)節(jié)閥盡量安裝在管徑小、流量小的管道上。

(2)在混合式的系統(tǒng)中，適當加裝一些調(diào)節(jié)閥?；旌鲜较到y(tǒng)是指分布式變頻水泵和傳統(tǒng)循環(huán)泵相結(jié)合的系統(tǒng)。在舊有系統(tǒng)的改造中。安裝在熱源處的傳統(tǒng)循環(huán)泵負責供熱系統(tǒng)近端熱用戶循巧流量的輸送，末端熱用戶的循環(huán)流量依靠自身的分布式變頻泵輸送。

(3)系統(tǒng)二次網(wǎng)加裝調(diào)節(jié)閥。目前許多熱力站規(guī)模比較大，二次網(wǎng)的狀況比較復(fù)雜，完全推廣有源式水力平衡有相當困難，因此，在二次網(wǎng)中適當安裝調(diào)節(jié)閥，依靠節(jié)流方式來實現(xiàn)水力平衡也是一種較為實際的方式。

(4)房間散熱器上加裝恒溫閥。不論采用節(jié)流式水力平衡還是有源式水力平衡，在系統(tǒng)最末端處即房間散熱器上都必須強制安裝恒溫閥，這是一道最后的節(jié)流水力平衡。一個供熱、空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)過層層水力平衡，最終的室溫要求是可以實現(xiàn)的。

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