控制供熱管網(wǎng)水力失調(diào)提高供熱效能的措施

姚旭光

摘要：簡要闡述城市供熱管網(wǎng)系統(tǒng)水力失調(diào)的產(chǎn)生原因及采取的控制措施

供熱系統(tǒng)是由熱源、管網(wǎng)、用戶組成的一個復(fù)雜系統(tǒng)。供熱管網(wǎng)在運行中普遍存在水力失調(diào)的問題，造成近端過熱、遠(yuǎn)端過冷的狀況。這不但降低了供熱系統(tǒng)的效率，而且惡化了供熱質(zhì)量，使得供熱系統(tǒng)能耗和運行費用大幅度增加。采取技術(shù)措施實現(xiàn)供熱管網(wǎng)的水力平衡，消除供熱管網(wǎng)水力失調(diào)運行工況，對提高管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性，改善供熱質(zhì)量，節(jié)約能源具有重要作用。解決水力平衡失調(diào)問題是節(jié)能及提高供熱品質(zhì)的首要問題

由于供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的高度非線性和耦合度，對于區(qū)域熱網(wǎng)的水利失調(diào)問題的解決比較困難。很多熱網(wǎng)建成后就存在問題，進(jìn)行一次或多次改造后，往往問題剛解決，新問題又來了，即使非常有經(jīng)驗的專家，對一些老大難問題也難以解決。水力平衡技術(shù)的應(yīng)用是改善供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀和促進(jìn)節(jié)能改造的有效途徑，它投資少、見效快，具有顯著的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

水力失調(diào)產(chǎn)生的原因

一、水力失調(diào)的根本原因：是由于在該運行狀態(tài)下熱網(wǎng)特性不能在用戶需要的流量下實現(xiàn)各用戶環(huán)路的阻力相等。室外管網(wǎng)一般都是異程系統(tǒng)，各個環(huán)路的阻力不同。最不利環(huán)路的路程最長，阻力最大，管網(wǎng)流量不足；而路程越短的環(huán)路其阻力也就越小，其中阻力最小的環(huán)路，流量超額數(shù)倍的很常見。如果不采取有效的措施，準(zhǔn)確地匹配各個環(huán)路的阻力差，水力失調(diào)是不可避免的。

二、設(shè)計導(dǎo)致的失調(diào)：室外管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，通常所遵循的原則是滿足最不利點所必需的資用壓頭。這樣就會使其他管段的自用壓頭有不同程度的富裕量。在自然狀態(tài)下來分配給各個管段流量，同時，為系統(tǒng)擴(kuò)容預(yù)留余量，不能以最不利環(huán)路的阻力匹配其它環(huán)路的阻力，只能盡量減少各個環(huán)路的阻力，而這樣做的結(jié)果只能使有利環(huán)路更加有利，不利環(huán)路仍然不利，必然產(chǎn)生了水力失調(diào)。

三、改造導(dǎo)致的失調(diào)：由于供暖規(guī)模的迅速擴(kuò)大，系統(tǒng)中的水力失調(diào)越來越明顯。在熱網(wǎng)需要擴(kuò)大供熱范圍和供熱負(fù)荷時，需要對熱網(wǎng)進(jìn)行必要的擴(kuò)建和改造，網(wǎng)路流量重新分配，破壞了原有的平衡狀態(tài)，這也是水力失調(diào)的重要原因。

解決水力失調(diào)的途徑

一、在熱用戶入口處增加中繼泵

熱網(wǎng)末端一些熱用戶不熱是因循環(huán)流量不夠，其實質(zhì)是供回水壓頭不足。于是，在效果欠佳的熱用戶入口加裝壓力泵，提高熱用戶的壓頭，可以作為一種解決方法。它的特點是降低了循環(huán)水泵的能耗，對于供熱半徑大的熱網(wǎng)節(jié)能效果更加顯著。

采用這種方法也存在一定的缺點，如果沒有實施有效的調(diào)節(jié)，這些加壓水泵會存在“搶水”問題，即安裝加壓水泵的用戶循環(huán)水流量增加了，而其前面的沒有安裝加壓頭水泵的用戶的循環(huán)流量卻明顯減少了。有時甚至為解決局部問題，導(dǎo)致整體出現(xiàn)更多問題的現(xiàn)象。

二、更換大流量、高揚程循環(huán)水泵

隨著熱網(wǎng)半徑的不斷擴(kuò)大，熱網(wǎng)的水力失調(diào)現(xiàn)象將加劇。通常采用更換大流量、高揚程循環(huán)水泵的方法增大末端環(huán)路的流量，以減緩管網(wǎng)的水力失調(diào)狀況。這種方法雖然可以緩解末端用戶不熱的問題，但會帶來近端用戶過熱的問題。而且由于小溫差運行，熱量浪費嚴(yán)重，運行成本很高。

三、用附加阻力消除用戶剩余的資用壓頭

在系統(tǒng)設(shè)計時，熱網(wǎng)各個用戶的環(huán)路的阻力實現(xiàn)完全的平衡是很難做到的，為了消除剩余壓頭，可以采用附加阻力設(shè)備調(diào)控的方法進(jìn)行解決。

1. 穩(wěn)態(tài)調(diào)控設(shè)備

穩(wěn)態(tài)調(diào)控設(shè)備也可稱為定阻力設(shè)備，包括節(jié)流孔板、普通閥門、平衡閥等。它們共同的特點是：通過人工調(diào)節(jié)設(shè)定其開度，匹配各個環(huán)路的阻力，消除剩余壓頭，以實現(xiàn)水力平衡。其中，節(jié)流孔板的阻力設(shè)定后無法調(diào)節(jié)而且調(diào)節(jié)精度不高；普通閥門經(jīng)常應(yīng)用是閘閥、截止閥。這兩種閥門的調(diào)節(jié)性均較差，做不到線性調(diào)節(jié)，如閘閥當(dāng)開度達(dá)到50%后，其流量基本就不再隨開度而增大了。因此雖然普通閥門的阻力可以調(diào)節(jié)，卻沒有定量的手段，所以它們基本無法滿足使用要求。

平衡閥與普通閥門構(gòu)造不同之處在于閥芯形狀不同、有開度指示、開度鎖定裝置及測壓小閥。在管網(wǎng)平衡調(diào)試時，可以通過專用智能儀表，顯示流經(jīng)閥門的流量值。由于其設(shè)計構(gòu)造上的特點，平衡閥具有較好的直線型流量特性，可以通過手動調(diào)節(jié)來匹配管網(wǎng)系統(tǒng)中各個環(huán)路的阻力，使系統(tǒng)實現(xiàn)水力平衡，但它的調(diào)試比較繁瑣，管網(wǎng)系統(tǒng)越大，調(diào)試也越困難；當(dāng)管網(wǎng)系統(tǒng)擴(kuò)容后，其阻力特性改變，又需重新進(jìn)行調(diào)試；平衡閥的調(diào)節(jié)效果因人而異，其系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。

平衡閥也是一種定量的調(diào)節(jié)裝置，只能在管網(wǎng)系統(tǒng)壓差穩(wěn)定的前提下才能做到流量平衡調(diào)節(jié)。如遇壓差變化或負(fù)荷增減時，全系統(tǒng)又需要重新做流量平衡調(diào)節(jié)，這種閥不能進(jìn)行動態(tài)下的平衡，

2.動態(tài)調(diào)控設(shè)備：

動態(tài)調(diào)控設(shè)備也可稱為自力式變阻力設(shè)備，主要包括自力式流量控制閥、自力式壓差控制閥等。

自力式流量控制閥和自力式壓差控制閥與上述穩(wěn)態(tài)調(diào)控調(diào)節(jié)方式不同，它的作用不是保證流量分配比例，而是保證該閥門所負(fù)責(zé)的支路上流量（壓差）保持不變。因此當(dāng)供熱網(wǎng)增加新用戶后，原有支路的流量受到影響后它可以自動調(diào)節(jié)來適應(yīng)這種變化，從而保持該支路的流量不變，原有支路的自力式流量（壓差）控制閥不需要重新進(jìn)行調(diào)整。它們能夠根據(jù)閥門前后壓差的變化自動調(diào)節(jié)閥門的阻力，保持流量或壓差的恒定，流量或壓差還可以隨時設(shè)定調(diào)整。變阻力設(shè)備適用于動態(tài)系統(tǒng)中克服動態(tài)失調(diào)，也可用于穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)克服穩(wěn)態(tài)失調(diào)

自力式流量調(diào)節(jié)閥是一種利用管道系統(tǒng)自身具有的壓差，作用在自動調(diào)節(jié)的閥瓣上，不需要外加動力，即可以自動消除系統(tǒng)剩余壓頭，確保流量恒定的功能。它的調(diào)試只需根據(jù)設(shè)計流量值，使用專用工具旋轉(zhuǎn)流量設(shè)定調(diào)節(jié)閥，調(diào)至流量刻度線與設(shè)計流量值相同即可，一經(jīng)設(shè)定后，不受管道系統(tǒng)壓差變化或負(fù)荷增減的影響，可以始終保持熱網(wǎng)流量的恒定。

自力式壓差控制閥與自力式流量控制閥的調(diào)節(jié)原理基本相似。在各個支路上或熱力入口處安裝自力式壓差控制閥，調(diào)整該壓差控制閥的設(shè)定旋鈕，使其壓差指示值達(dá)到設(shè)計資用壓頭的要求。由于有時管路實際壓力值與設(shè)計值的差異較大差異，造成實際流量達(dá)不到設(shè)計流量，從而造成冷熱不均勻。因此，自力式流量控制閥與自力式壓差控制閥相比調(diào)節(jié)更加準(zhǔn)確。

自力式流量控制閥具有自動控制流量恒定和自動消除供熱系統(tǒng)剩余壓頭的特性，因此可在復(fù)雜的供熱系統(tǒng)中，實現(xiàn)一次設(shè)定后便保持供熱介質(zhì)流量恒定不變的效果。即使在供熱介質(zhì)壓力或熱用戶用熱情況頻繁變化時，也能恒定供熱介質(zhì)流量，從而解決了供熱系統(tǒng)水力失調(diào)問題。

實踐證明，安裝使用自力式流量控制閥是實現(xiàn)運行動態(tài)調(diào)節(jié)、降低運行成本、節(jié)約能源的有效措施?！?/p>