三管制在枝狀熱水供熱管網(wǎng)改造中的應(yīng)用

劉瑞峰，崔洪波，郝世杰

(1.雞西市特種設(shè)備協(xié)會 黑龍江 雞西 158100;2.沈陽渾南熱力有限責(zé)任公司 沈陽 110179;3.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱 150006)

隨著熱用戶的增加，熱源容量需要增加，熱網(wǎng)也要隨之滿足新用戶入網(wǎng)的需要。近年來城市擴張，熱網(wǎng)不滿足供熱要求的情況越來越多，很多急需進行熱網(wǎng)改造，枝狀熱水供熱管網(wǎng)目前應(yīng)用還是非常普遍。本文針對管網(wǎng)制式對比了兩管制改造方案和三管制改造方案在可靠性和經(jīng)濟性方面的差異，所謂三管制改造方案簡單說就是將原有的供、回水干線作為三關(guān)制熱網(wǎng)供熱系統(tǒng)的兩根回水干管(或供水干管)，另外增設(shè)管徑大于原有管徑的供水干管(或回水干管)。算例為簡單的五用戶枝狀管網(wǎng)，經(jīng)過可靠性指標(biāo)及事故水力工況、材料特性系數(shù)比較后得出三管制方案既滿足了擴建需要，又實現(xiàn)了管網(wǎng)的輸送備用，大大提高了管網(wǎng)的可靠性，是一種既經(jīng)濟又可靠的枝狀熱水管網(wǎng)改造方案。

1 三管制設(shè)計思路

圖1為兩供一回的三管制供熱系統(tǒng)的原理圖［1］。其中管線Ⅰ、Ⅱ為供水干管，管線Ⅲ為回水干管。正常工況下，閥門4、7、7’、7’’關(guān)閉。

當(dāng)回水干管Ⅲ上如A點發(fā)生故障時，關(guān)閉回水干管閥門3、供水干管閥門2、用戶支線閥門6、6’、6’’以及 8、8’、8’’，打開閥門 4、7、7’、7’’，原來的供水干管Ⅱ變成回水干管，干管Ⅰ仍作為供水干管，系統(tǒng)成為一供一回制。

當(dāng)故障管段發(fā)生在供水干管Ⅰ(Ⅱ)上時，只需關(guān)閉干管閥門1(2)和用戶支線閥門5、5’、5’’、(6、6’、6’’)，閥門 7、7’、7’’仍處于關(guān)閉狀態(tài)，保留一根供水干管，熱網(wǎng)變成一供一回式系統(tǒng)。

對于一根供水干管和兩根回水干管的情況與此類似。

圖1 兩供一回三管制系統(tǒng)示意圖

2 算例分析

根據(jù)上述思想，以圖2所示的算例管網(wǎng)為例，分析三管制在供熱改造中的應(yīng)用。管網(wǎng)原設(shè)計熱負(fù)荷150 MW，每個換熱站的熱負(fù)荷為30 MW，供、回水溫度130℃/70℃，水力計算見表1。

2.1 雙管制改造方案

為了滿足擴建的需要，管網(wǎng)新增負(fù)荷150 MW，每個換熱站新增30 MW，若管網(wǎng)的管徑不變，原管網(wǎng)在擴建后負(fù)荷下運行，干線阻力損失和為78.15 mH2O，個別管段摩阻過大，造成管網(wǎng)壓力過高，若仍采用雙管制則要適當(dāng)增大管徑，水力計算的結(jié)果見表2。

圖2 枝狀管網(wǎng)平面示意圖

表1 原枝狀算例熱網(wǎng)的水力計算表

表2 枝狀算例擴建后熱網(wǎng)的水力計算表

續(xù)表2 枝狀算例擴建后熱網(wǎng)的水力計算表

總熱負(fù)荷增加到300 MW的雙管擴建方案熱網(wǎng)的可靠性采用功能質(zhì)量熱指標(biāo)［1－2］評價。若熱網(wǎng)在為哈爾濱，供熱時間為179 d，即0.49 a。設(shè)閥門的故障流參數(shù)ωfa=0.002/a，管道的故障流參數(shù) ωgl=0.05(km·a)［3］，則枝狀管網(wǎng)的可靠性指標(biāo)計算見表3。

熱網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo):

供熱系統(tǒng)的可靠性水平［2］:由街區(qū)鍋爐房和區(qū)域熱力站組成的供熱系統(tǒng)應(yīng)取不低于0.85，由熱電廠組成的供熱系統(tǒng)應(yīng)不低于0.90。所以熱源若為熱電廠則系統(tǒng)需采取結(jié)構(gòu)備用的方案。

表3 枝狀管網(wǎng)可靠性計算表

2.2 三管制改造方案

采用三管制方案其水力計算結(jié)果見表4。

表4 三管制方案熱網(wǎng)水力計算表

從表4可以看出，管網(wǎng)干線的阻力損失降低，有利于管網(wǎng)穩(wěn)定運行。循環(huán)水泵恰好不需要增設(shè)。

當(dāng)事故管段發(fā)生在回水干管Ⅲ上以及當(dāng)一根供水干管發(fā)生故障時，計算事故工況限額供熱水力工況，計算表明管網(wǎng)干管的壓降后者要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前者，見表5及表6。(限額流量系數(shù)φ=0.5時當(dāng)室外溫度為－40℃時，(對于典型建筑)故障允許修復(fù)時間可達(dá) 33 h［1］。)

表5 回水干管故障時的限額供熱工況水力計算表

表6 供水干管故障時的限額供熱工況水力計算表

總熱負(fù)荷增加到300 MW的三管制擴建方案熱網(wǎng)的可靠性功能質(zhì)量熱指標(biāo)評價可靠性以圖1為例，與雙管制不同，此處管段故障將轉(zhuǎn)入限額供熱不造成事故;閥門1、2、3、4故障造成全部用戶停止供熱;5號閥門故障時第一根供水干管關(guān)斷轉(zhuǎn)為一供一回限額供熱工況，相應(yīng)用戶停止供熱;6號和7號閥門故障時第二根供水干管關(guān)斷轉(zhuǎn)為一供一回限額供熱工況，相應(yīng)用戶停止供熱;8號閥門故障時回水干管關(guān)斷轉(zhuǎn)為第一根供水干管供水第二根供水干管變回水干管的限額供熱工況，相應(yīng)用戶被關(guān)斷，則三管制可靠性計算如下。

表7 三管制可靠性計算表

三管制熱網(wǎng)的可靠性指標(biāo):

可見三管制方案可靠性非常高。

3 方案管網(wǎng)投資概算

3.1 雙管制擴建方案

(1)不考慮原有舊管道的回收利用。

(2)考慮舊管道回收利用。

3.2 三管制擴建方案

可見三管制管材消耗量小于雙管制擴建方案管材消耗量。

4 結(jié)論

文中以五個用戶的枝狀管網(wǎng)擴建為例，闡述三管制熱網(wǎng)的應(yīng)用。隨著熱負(fù)荷加倍，管網(wǎng)需要擴建，以管網(wǎng)材料特性系數(shù)評價各種方案管材耗費量，得出三管制擴建方案能充分利用原有管網(wǎng)，擴建管材耗費量最少，經(jīng)濟效益最佳。用可靠性理論評價了雙管制和三管制改造方案的可靠性，得出以熱電廠為熱源時，雙管制改造方案不滿足可靠性要求，而三管制改造方案輸送備用能力滿足可靠性要求，可靠性高。

［1］王 威.基于可靠性的熱網(wǎng)結(jié)構(gòu)及輸送備用能力的研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué).2009.

［2］A.A.約寧.《供熱學(xué)》.北京:中國建筑工業(yè)出版社.1986.

［3］哈長鞠.復(fù)雜管網(wǎng)的分段和限額供熱系數(shù)的研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué).2008.