供熱循環(huán)系統(tǒng)中的各種阻力分析

【摘要】供熱循環(huán)系統(tǒng)的阻力主要來(lái)自兩個(gè)方面，一是熱水在輸送管道中流動(dòng)產(chǎn)生的阻力，沿程阻力；二是由于各種水力和供熱設(shè)備對(duì)水的流動(dòng)產(chǎn)生的阻力，局部阻力。系統(tǒng)的沿程阻力，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)工程的具體情況進(jìn)行適度的超前設(shè)計(jì)。對(duì)于局部阻力，不同的產(chǎn)品有不同的標(biāo)準(zhǔn)。供熱系統(tǒng)最不利環(huán)路中的局部阻力和沿程阻力的大小決定了選用循環(huán)水泵揚(yáng)程的大小，如果工程原設(shè)計(jì)的安全余量比較大時(shí)，在實(shí)際運(yùn)行中局部阻力的變化就比較突出，因此，有必要對(duì)供熱系統(tǒng)中，涉及最不利環(huán)路的各種阻力，尤其是局部阻力進(jìn)行仔細(xì)的分析。

【關(guān)鍵詞】阻力分析；熱源阻力；除污器阻力；熱用戶阻力

1 熱源阻力

供熱系統(tǒng)的熱源有兩種形式，一是熱水鍋爐直接供暖，另一種是換熱器換熱間接供暖。

1.1鍋爐

供熱系統(tǒng)中使用的鍋爐大多是熱水鍋爐，根據(jù)其額定發(fā)熱量的大小分為7MW、14 MW、29 MW、58 MW等多種規(guī)格，根據(jù)其熱媒參數(shù)應(yīng)用較多的是95/70℃、115/70℃兩種參數(shù)的鍋爐。鍋爐在通過(guò)額定水量的情況下，其阻力應(yīng)在40～80Kpa之間。在供暖實(shí)際運(yùn)行中，鍋爐的阻力經(jīng)常超出此范圍，造成鍋爐阻力增大的原因主要是鍋爐通過(guò)的實(shí)際水量大于其額定的循環(huán)水量。

在鍋爐的銘牌參數(shù)里，并不提供額定循環(huán)水量的數(shù)據(jù)，鍋爐的額定循環(huán)水量可按下式計(jì)算：G=860Q/CΔt

其中：G 理論溫差下鍋爐的循環(huán)水量，即額定循環(huán)水量，單位m3/h；

Q 鍋爐的額定發(fā)熱量，也即額定功率，單位Mw；

Δt 鍋爐的額定進(jìn)水溫度與出水溫度之差，單位℃；

860 單位換算系數(shù)；

假定鍋爐在設(shè)計(jì)流量下運(yùn)行，取額定阻力為0.05Mpa，對(duì)115/70℃和95/70℃鍋爐，其在20℃溫差下實(shí)際運(yùn)行阻力分別是ΔP115sj=ΔP115 ed× G202/ G202=0.05×3012/1342=0.252Mpa；ΔP75sj=ΔP75 ed× G202/ G202=0.05×3012/2412=0.078Mpa，由上述計(jì)算可以看出，兩種不同的鍋爐在溫差發(fā)生變化（即流量產(chǎn)生變化）時(shí)其阻力分別增大了0.202Mpa和0.028Mpa。

如果不能采用變頻技術(shù)（例如受原設(shè)計(jì)水泵選型的影響，并因?yàn)榧夹g(shù)條件的限制），或者受外網(wǎng)設(shè)計(jì)的影響（外網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)于安全，余量過(guò)大，單純進(jìn)行量調(diào)節(jié)可能引發(fā)嚴(yán)重的水力失調(diào)），可以在供暖系統(tǒng)上采取適當(dāng)?shù)拇胧?，如在?jì)算分析的基礎(chǔ)上，在鍋爐房?jī)?nèi)設(shè)置鍋爐旁通管道，其管徑應(yīng)經(jīng)過(guò)詳細(xì)的水力計(jì)算后選擇，旁通管路上適宜采用流量控制閥、調(diào)節(jié)閥，不宜采用碟閥、閘閥等具有快開(kāi)流量特性的閥門(mén)，以防止難于調(diào)節(jié)。同時(shí)系統(tǒng)干線應(yīng)安裝流量計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)流量計(jì)的指示進(jìn)行旁通閥門(mén)的開(kāi)度調(diào)節(jié)。但是應(yīng)該注意，一定要對(duì)系統(tǒng)的干線總流量的監(jiān)測(cè)，其數(shù)值應(yīng)在系統(tǒng)循環(huán)泵的特性曲線允許范圍內(nèi)，其流量值應(yīng)接近離心式循環(huán)泵的最佳流量點(diǎn)，以保證其在最佳情況下運(yùn)行，否則如果系統(tǒng)流量超出水泵特性曲線的最高值，將引起循環(huán)泵出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象，嚴(yán)重的將損壞水泵。

1.2換熱器

水換熱供熱系統(tǒng)中比較常用的換熱器是平面板式換熱器，其本身對(duì)于熱媒參數(shù)和循環(huán)流量的要求不像鍋爐那樣嚴(yán)格，但過(guò)高的循環(huán)流量同樣會(huì)引起換熱器阻力的增加，影響外線用戶端，其阻力增加的規(guī)律基本與鍋爐的規(guī)律相近。

1.3 除污器

除污器安裝在循環(huán)泵進(jìn)口前，目的是清除管道中的雜質(zhì)保證水泵和鍋爐的運(yùn)行安全。除污器的阻力一般在0.02Mpa左右。除污器阻力增大的原因主要是：（1）除污器堵塞；（2）除污器自身的不足，如除污器的過(guò)濾孔板通流面積過(guò)小，將使除污器的阻力顯著增大。

1.4循環(huán)泵進(jìn)出口阻力

水泵進(jìn)出口阻力的大小取決于進(jìn)出口上各種水力元件的特性和進(jìn)出口管道的特性，管道沿程的阻力遵循如下公式：ΔP=6.88*10-3（k0.25） G2/ρDn5.25，也即同樣與流量（流速）的平方成正比例關(guān)系。由此可知，對(duì)水泵進(jìn)出口的管徑進(jìn)行適度的增加，進(jìn)出口管道上采用的水力元件盡量采用阻力系數(shù)較小的部件，將有效的減少這部分阻力，從而節(jié)省電能，提高外線的循環(huán)效果。尤其是有的離心式水泵的進(jìn)出口口徑不一致時(shí)，對(duì)出口進(jìn)行適度的擴(kuò)徑就更加必要。

2 熱用戶

對(duì)供暖單位而言，一般情況下與熱用戶界限的劃分是以進(jìn)戶井為界，面向負(fù)載，井內(nèi)閥門(mén)以外的屬于熱用戶系統(tǒng)。對(duì)一般住宅來(lái)說(shuō)，室內(nèi)系統(tǒng)形式不同，其阻力大小是不同的，一般在進(jìn)行外線設(shè)計(jì)的估算時(shí)，用戶系統(tǒng)的阻力考慮在0.03～0.05Mpa左右，近年來(lái)新建的用戶系統(tǒng)基本都是分戶控制形式，由于分戶控制系統(tǒng)不能充分利用系統(tǒng)的自然循環(huán)壓頭，且其折算的管徑和局部阻力系數(shù)都要比上供下回式系統(tǒng)略大，因此其系統(tǒng)阻力要比傳統(tǒng)的上供下回式大，對(duì)于用戶室內(nèi)的低溫地?zé)彷椛洳膳到y(tǒng)，其系統(tǒng)阻力將進(jìn)一步增大，達(dá)到接近0.08Mpa。這是筆者在工作實(shí)踐中實(shí)際得出的數(shù)據(jù)。

3 閥門(mén)井

閥門(mén)井作為連接用戶和外線管道的中間環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的做法是井內(nèi)設(shè)置供、回水閥門(mén)和過(guò)濾器，一般過(guò)濾器在運(yùn)行一個(gè)采暖期后都在檢修的過(guò)程中逐步的拆除，閥門(mén)井內(nèi)的阻力一般在0.02Mpa左右。大面積的集中供熱很容易出現(xiàn)水力失調(diào)，造成近熱遠(yuǎn)冷的現(xiàn)象，這讓很多的供暖單位分外頭疼，于是近年來(lái)各種新型的水力控制元件陸續(xù)出現(xiàn)，比如自力式流量控制閥。該閥要求有比較大的落差才能正常的工作，在供熱系統(tǒng)的各個(gè)分支資用壓頭差別不大卻能夠造成水力失調(diào)的時(shí)候，其是不能有效起作用的。因此，加工精良的傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥只要精心操作也能夠很好的起到調(diào)節(jié)水力失調(diào)的作用。

4 結(jié)論

供暖系統(tǒng)的阻力狀況直接決定供暖單位設(shè)備運(yùn)行時(shí)的能耗狀況，決定供暖運(yùn)行的實(shí)際效果，因此對(duì)供暖系統(tǒng)的各種阻力，在設(shè)計(jì)和施工及運(yùn)行中應(yīng)給予足夠的重視，合理控制其數(shù)值，以有效的減少運(yùn)行費(fèi)用，提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和用戶使用效果，但是也要避免高估冒進(jìn)，留出過(guò)大的余量，否則將導(dǎo)致初投資急劇增加，于供熱單位也不利。對(duì)于鍋爐房?jī)?nèi)部，其阻力值適宜控制在0.08Mpa以下，外線和進(jìn)戶井阻力一般控制在不超過(guò)0.1Mpa（與外線長(zhǎng)度有關(guān)），用戶內(nèi)部控制在0.05Mpa左右，這樣的阻力分配是比較合理的，也能夠滿足絕大多數(shù)供暖企業(yè)的運(yùn)行要求，并有適度的超前。

作者簡(jiǎn)介： 劉宗德，男，（1972.8-），工程師；現(xiàn)從事建筑施工與管理

（作者單位：丹東市第二建筑工程公司）