KPF平衡閥在平衡調(diào)節(jié)中的應(yīng)用

張亞忠 沙寶良 侯隆月 張海巖（大慶油田有限責(zé)任公司礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部）

隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人們商品意識的增強(qiáng)，用熱居民對供熱質(zhì)量的要求也越來越高，供熱質(zhì)量不達(dá)標(biāo)是供熱上訪的主要因素。針對這一問題，在供熱設(shè)施、設(shè)備檢修過程中下了很大功夫，但是供熱效果仍不理想。關(guān)鍵問題在于忽視了供熱管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)，導(dǎo)致系統(tǒng)水力失調(diào)，住戶冷熱不均，出現(xiàn)供熱質(zhì)量不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象。因此，必須采取有效措施解決供熱系統(tǒng)水力失調(diào)問題。

1 現(xiàn)狀

物業(yè)管理三公司管理供熱面積573.31×104m2，附屬3座燃煤鍋爐房，9座燃油（燃?xì)猓╁仩t房，46座熱力站。負(fù)責(zé)登峰、鐵人、擁軍、豐收等22個住宅小區(qū)875棟住宅樓和附屬公共設(shè)施的供熱服務(wù)。

1.1 調(diào)節(jié)設(shè)施

2011年初，公司外網(wǎng)共計287條供熱環(huán)路，環(huán)路分、回水缸處主要使用閘閥、蝶閥、球閥等類型的閥門進(jìn)行二網(wǎng)流量調(diào)節(jié)，其中蝶閥、閘閥數(shù)量占總數(shù)的76% （表1）。

外網(wǎng)環(huán)路上，除奔二地區(qū)使用了K PF 平衡閥外，其他地區(qū)仍以閘閥、蝶閥為主。

1.2 存在問題

在平衡調(diào)節(jié)方面主要存在以下問題：

◇閘閥、蝶閥等閥門為快開特性閥門，不具備調(diào)控功能；

表1 閥門現(xiàn)狀統(tǒng)計

◇該類調(diào)節(jié)精度不足，有空回間隙，開度與流量不對應(yīng)，調(diào)節(jié)范圍不足；

◇環(huán)路上的流量無法計量，無法判斷單個環(huán)路流量是否滿足供熱用戶需求；

◇管網(wǎng)中各個環(huán)路的長度不同，循環(huán)阻力相差較大，造成流量分配不均。

鑒于上述原因，在平衡調(diào)節(jié)時，工人只能根據(jù)室內(nèi)溫度及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)調(diào)節(jié)，無法達(dá)到按需供熱的要求。當(dāng)系統(tǒng)存在水力失調(diào)現(xiàn)象時，傳統(tǒng)的做法是增大供熱管網(wǎng)的管徑或增大循環(huán)泵的流量，采用“大流量、小溫差”的供熱運(yùn)行方式緩解低溫問題，造成能源浪費(fèi)。

2 KPF平衡閥的選用

針對目前存在的問題，若要實(shí)現(xiàn)水力工況平衡，首先要加強(qiáng)外網(wǎng)調(diào)控手段，主要是裝設(shè)孔板、平衡閥、自力式平衡閥等。由于公司采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)的供熱運(yùn)行方式，且熱力站內(nèi)使用變頻泵，導(dǎo)致系統(tǒng)循環(huán)流量、壓力變動頻繁；若使用自力式平衡閥，則每改變循環(huán)流量或系統(tǒng)壓力波動時，都要對閥門進(jìn)行調(diào)整設(shè)定，給運(yùn)行管理帶來很大不便，所以不宜采用。孔板平衡措施由于管網(wǎng)實(shí)際安裝與計算工況很難相同，所以會有一定的誤差。而裝設(shè)具有流量標(biāo)定功能的K PF 平衡閥進(jìn)行管網(wǎng)的水力平衡調(diào)節(jié)，由于其成本低，且管網(wǎng)具有可調(diào)性，適合公司范圍內(nèi)使用。

K PF 平衡閥具有良好的流量調(diào)節(jié)特性及開度鎖定記憶裝置，配合使用專用智能儀表可測量單體建筑的供熱流量。該閥門可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡后、總流量增減時，各支路、各用戶的流量同比例增減，同步傳至每一個末端裝置，可有效避免流量失衡、各個環(huán)路相互干擾造成的熱量浪費(fèi)。

綜上所述，選擇在外網(wǎng)安裝使用K PF 平衡閥，加強(qiáng)調(diào)控手段，實(shí)施平衡調(diào)節(jié)。

3 KPF平衡閥的調(diào)節(jié)方法

3.1 國內(nèi)現(xiàn)有平衡調(diào)節(jié)技術(shù)

目前國內(nèi)平衡調(diào)節(jié)的主要方法有溫差法、比例法和CCR 法。溫差法是在用戶入口安裝壓力表、溫度計，觀察熱用戶處供水、回水溫差和熱源處的總供水、回水溫差的偏離程度大小，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對其用戶閥門進(jìn)行節(jié)流。該方法調(diào)節(jié)周期時間長，需要反復(fù)進(jìn)行，它適用于保溫較好的管網(wǎng)。但此調(diào)節(jié)方法屬于粗調(diào)，調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確。比例法是利用2臺便攜式超聲波流量計、步話機(jī)來完成的。比例法的基本原理為：如果2條并聯(lián)管路中的水流量以某比例流動（如1∶2），那么當(dāng)總流量在±30%范圍內(nèi)變化時，它們之間的流量比仍然保持不變（1∶2）。但用比例法調(diào)節(jié)時相互間不易協(xié)調(diào)，對操作人員素質(zhì)要求較高，并需要2臺相同的流量計。CCR 法由數(shù)據(jù)采集、計算機(jī)計算和現(xiàn)場調(diào)整三部分構(gòu)成。先測出被測管網(wǎng)的各管段阻力數(shù)S 值，再根據(jù)所要求的各支路流量計算出各調(diào)節(jié)閥相應(yīng)的開度，最后根據(jù)計算結(jié)果依次將各調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)到所計算的開度，使系統(tǒng)達(dá)到所要求的流量。此方法測量各管段實(shí)際阻力數(shù)S 值較為不易。

3.2 KPF綜合調(diào)節(jié)法的研究

通過分析上訴各類調(diào)節(jié)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合公司選擇使用K PF 平衡閥的現(xiàn)狀，提出一種新的外網(wǎng)調(diào)節(jié)方法，此方法具有比例法和CCR 法的一些特點(diǎn)，因此稱之為“K PF 綜合調(diào)節(jié)法”。該方法是計算出每棟單體建筑的理論循環(huán)流量，通過安裝K PF平衡閥，利用其專用智能儀表標(biāo)定通過閥門的實(shí)際流量，調(diào)節(jié)閥門開度，使實(shí)際流量趨近于理論流量，實(shí)現(xiàn)水力工況平衡。

3.2.1 計算理論流量

由公式（1）和公式（2）確定各類建筑的設(shè)計熱指標(biāo)：

式中：qp為計劃熱指標(biāo)；qd為設(shè)計熱指標(biāo)；ti為室內(nèi)溫度；toa為室外平均溫度。

式中：Q 為計劃用熱量；S 為供熱面積。

由公式（3）計算出單體建筑計劃供熱量：

式中：G 為環(huán)路理論流量；C 為水的比熱容；ts為供水溫度；tr為回水溫度。

然后計算出運(yùn)行高峰期每棟建筑的理論循環(huán)流量（在實(shí)際操作中，需根據(jù)實(shí)際供暖溫度、當(dāng)前室外天氣條件以及單體建筑在環(huán)路中所處的位置等相關(guān)信息綜合考慮理論流量）。

3.2.2 單體流量標(biāo)定

單體閥門的調(diào)節(jié)，將智能儀表與要進(jìn)行平衡調(diào)試的平衡閥閥體上的2個測壓小閥連接，對該平衡閥作二次開度調(diào)節(jié)。由于智能儀表中已儲存各型號平衡閥的性能曲線，在向儀表輸入二次開度值后，儀表即能獲得對應(yīng)于2個開度下的流量Q1、Q2及閥門在不同開度情況下的流通系數(shù)Kv1，Kv2。隨后，儀表即自行解聯(lián)立方程，求出系統(tǒng)其他部分的流通系數(shù)Kva。之后，向儀表輸入該平衡閥處要求流經(jīng)的理論流量Q3，儀表即能計算出該平衡閥在系統(tǒng)水力平衡時的開度值（由儀表顯示出圈數(shù)值）。最后將閥門調(diào)試到確定的理論閥門開度值，完成調(diào)試。按照此方式，對平衡閥進(jìn)行逐個標(biāo)定，即可完成外網(wǎng)的初調(diào)節(jié)工作。

使用K PF 綜合調(diào)節(jié)法對管網(wǎng)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)時有兩個假設(shè)條件：對某一平衡閥做調(diào)試時，系統(tǒng)其他部分看作一個阻力，用相應(yīng)的流通系數(shù)Kva表示；調(diào)節(jié)某一平衡閥2個任意開度過程中（并非2個極端位置），系統(tǒng)的阻力系數(shù)Kva保持不變，水泵揚(yáng)程H 保持不變。從實(shí)際調(diào)試的結(jié)果看，最后1個單體閥門調(diào)節(jié)后，最初的閥門流量變化率為3%，以上2個假設(shè)條件對最終的結(jié)果影響不大。

3.2.3 整體調(diào)節(jié)原則

K PF 綜合調(diào)節(jié)法遵循下述原則：

在站內(nèi)總體調(diào)節(jié)上，采取“先外后內(nèi)”的原則。即供熱運(yùn)行初期，首先將熱力站內(nèi)的循環(huán)流量調(diào)整到最大值；其次對外網(wǎng)環(huán)路進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，將每一個單體建筑的循環(huán)流量調(diào)整接近至理論流量，確定閥門開度；然后根據(jù)平衡調(diào)節(jié)的實(shí)際情況，調(diào)整熱力站分、回水缸處每一條環(huán)路的通過流量，確定閥門開度；最后將熱力站內(nèi)的循環(huán)流量降低到供熱運(yùn)行初期所需要的理論流量。

表2 環(huán)路流量調(diào)節(jié)統(tǒng)計

在外網(wǎng)調(diào)節(jié)上，采取“先近后遠(yuǎn)”的原則。首先利用專用智能儀表對相對于熱力站較近的平衡閥進(jìn)行流量標(biāo)定，這樣可以有效地增大中端和末端的使用流量；其次根據(jù)理論流量及實(shí)際測溫情況，適當(dāng)控制中端和末端的流量，使整個環(huán)路水力工況達(dá)到平衡。

由于K PF 平衡閥具備良好的等比例增長特性，系統(tǒng)平衡后，站內(nèi)流量調(diào)整時，可保證通過外網(wǎng)閥門的流量等比例增長，所以在完成初調(diào)節(jié)后，只需要針對具體情況進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，無需再對其他閥門進(jìn)行調(diào)整。

4 KPF平衡閥的應(yīng)用

公司在2011年實(shí)施的《小區(qū)采暖計量控制研究》項(xiàng)目中，啟用了奔二地區(qū)原有的79個K PF 平衡閥，并新安裝平衡閥41個，確保所有住宅樓及公設(shè)的入戶都安裝有K PF 平衡閥。2012年公司又采購并安裝了K PF 平衡閥224個，將各鍋爐房、熱力站的分、回水缸處的閥門更換為K PF 平衡閥。K PF平衡閥及專用智能儀如圖1所示。

圖1 KPF平衡閥及專用智能儀

在安裝K PF 平衡閥后，公司應(yīng)用K PF 綜合調(diào)節(jié)法完成了供熱管網(wǎng)初調(diào)節(jié)。以奔二地區(qū)西環(huán)路外網(wǎng)調(diào)節(jié)為例，理論流量與實(shí)際流量的對比見表2。

從表2可以看出，調(diào)節(jié)前近端流量遠(yuǎn)大于理論流量，末端流量還達(dá)不到理論流量，存在嚴(yán)重水力失調(diào)問題。應(yīng)用K PF 平衡法進(jìn)行逐步調(diào)節(jié)，當(dāng)住戶溫度基本都達(dá)標(biāo)后確定最終流量及閥門開度。但是，3-13#樓的閥門開得再大，也達(dá)不到理論流量，可判斷出該樓管網(wǎng)存在問題，需要夏季處理。

各環(huán)路的調(diào)節(jié)也是如此，以站內(nèi)安裝環(huán)路調(diào)節(jié)為例，理論流量為78.87m3/h，外網(wǎng)單體建筑物水力平衡調(diào)節(jié)后，實(shí)測流量為89.00m3/h，經(jīng)測溫普遍偏高，說明該環(huán)路流量設(shè)定偏高。以理論流量為依據(jù)，當(dāng)流量調(diào)節(jié)為69.50m3/h時測溫比較理想，最后將該環(huán)路流量下調(diào)至標(biāo)定值。

此外，奔二機(jī)廠環(huán)路上的原紅光修理廠超供問題長期被因保溫效果差造成的低溫所掩蓋，導(dǎo)致末端環(huán)路住宅樓低溫，經(jīng)過流量標(biāo)定、調(diào)節(jié)后，溫度達(dá)標(biāo)率明顯上升。還解決了西路2-7至2-14超供高溫、安裝環(huán)路整體高溫等諸多問題。在平衡調(diào)節(jié)中應(yīng)用K PF 平衡閥，不僅從根本上解決了水力失調(diào)問題，消除了冷熱不均現(xiàn)象，而且節(jié)約了熱能。

5 結(jié)論

K PF 平衡閥價格低廉，閥門可關(guān)斷，密閉性好，具有良好的流量調(diào)節(jié)特性，配合使用專用智能儀表可測量環(huán)路供熱流量。利用K PF 綜合調(diào)節(jié)法進(jìn)行外網(wǎng)水力工況平衡調(diào)節(jié)，解決了原來靠經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)的不足，實(shí)現(xiàn)了水力工況平衡。