石家莊裕西隔壓熱力站混水改造方案探討

祝成智　王宗滿(mǎn)　徐志濱

摘要：石家莊裕西隔壓熱力站一級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)溫度130/70℃，二級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)溫度115/55℃，由于種種原因一直沒(méi)達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)，供熱效果不理想，在保證供熱管網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，熱力公司對(duì)站內(nèi)設(shè)施進(jìn)行了混水改造，降低了一級(jí)管網(wǎng)的回水溫度，提高了二級(jí)管網(wǎng)的供水溫度，最終取得了比較滿(mǎn)意的供熱效果。

關(guān)鍵詞：隔壓熱力站；混水改造方案；一級(jí)管網(wǎng)；二級(jí)管網(wǎng)；供水溫度；回水溫度 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TU995 文章編號(hào)：1009-2374（2015）15-0028-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.014

1 概況

石家莊鹿華熱電廠與供熱轄區(qū)地勢(shì)高差較大（首站與市區(qū)地形高差約78m），且供熱半徑較遠(yuǎn)（約20km），為保證管網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，2012年在距鹿華熱電廠11km處建設(shè)了裕西隔壓熱力站。隔壓熱力站為大型的水-水熱力站，一級(jí)管網(wǎng)來(lái)自鹿華熱電廠，經(jīng)過(guò)換熱后的二級(jí)管網(wǎng)作為三級(jí)熱力站熱源，站內(nèi)設(shè)有9臺(tái)75MW和3臺(tái)70MW板式換熱器，設(shè)計(jì)供熱能力為885MW。有5臺(tái)二級(jí)管網(wǎng)循環(huán)水泵并聯(lián)運(yùn)行，其中4臺(tái)工頻泵、1臺(tái)為變頻泵，每臺(tái)泵額定流量為4300m3/h。一級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)為：壓力2.5MPa，溫度130/70℃，流量12800t/h，二級(jí)管網(wǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)為：壓力1.6MPa，溫度115/55℃，流量12900t/h。

2 改造原因

鹿華熱電廠2013年對(duì)機(jī)組進(jìn)行了高背壓改造，為提高電廠運(yùn)行安全及乏汽利用率，電廠要求一級(jí)管網(wǎng)回水溫度不能高于58℃，因此在實(shí)際運(yùn)行中一級(jí)管網(wǎng)供回水參數(shù)受到限制。根據(jù)2013年和2014年采暖期隔壓熱力站運(yùn)行記錄報(bào)表，隔壓熱力站實(shí)際運(yùn)行中一級(jí)管網(wǎng)供水溫度最高為109.4℃，最低為70.7℃，一級(jí)管網(wǎng)回水溫度最高為57.3℃，最低為45.5℃。通過(guò)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可以看出，隔壓熱力站原設(shè)計(jì)時(shí)采用的一級(jí)管網(wǎng)參數(shù)較高，而鹿華熱電廠在高背壓改造之后，實(shí)際外供隔壓熱力站的一級(jí)管網(wǎng)參數(shù)較低，與設(shè)計(jì)值差距較大。同樣由于換熱器實(shí)際運(yùn)行中一級(jí)管網(wǎng)流量、溫度與設(shè)計(jì)值不同，導(dǎo)致板式換熱器的實(shí)際效率達(dá)不到廠家標(biāo)定的理論換熱效率。兩方面因素導(dǎo)致隔壓熱力站實(shí)際運(yùn)行時(shí)二級(jí)管網(wǎng)溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)值。根據(jù)2013年和2014年采暖期隔壓熱力站運(yùn)行記錄報(bào)表，二級(jí)管網(wǎng)供水溫度最大為82.1℃，最小為58℃，與設(shè)計(jì)溫度115℃存在較大差距，使得供熱效果不理想。為了提高供熱質(zhì)量，供熱公司決定對(duì)隔壓熱力站一、二級(jí)管網(wǎng)之間進(jìn)行部分混水，以此來(lái)提高二級(jí)管網(wǎng)供水溫度，降低一級(jí)管網(wǎng)回水溫度。

3 混水改造方案

結(jié)合隔壓熱力站實(shí)際情況，五臺(tái)循環(huán)水泵中只有一臺(tái)為變頻泵，且廠房?jī)?nèi)沒(méi)有額外增加循環(huán)水泵和變頻器的空間?？紤]到混水量要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，四臺(tái)工頻泵無(wú)法滿(mǎn)足調(diào)節(jié)要求，因此最終確定最大混水量按一臺(tái)變頻泵的額定流量考慮，即最大混水量為4000t/h。根據(jù)隔壓熱力站運(yùn)行數(shù)據(jù)，一級(jí)管網(wǎng)供水母管壓力平均為1.18MPa，二級(jí)管網(wǎng)供水母管壓力為1.0MPa，由此看出一級(jí)管網(wǎng)供水管壓力始終高于二級(jí)管網(wǎng)供水管壓力，直接在一級(jí)管網(wǎng)母管和二級(jí)管網(wǎng)母管之間設(shè)置一連通管即可實(shí)現(xiàn)部分一級(jí)管網(wǎng)高溫?zé)崴烊攵?jí)管網(wǎng)供水管中。為了防止運(yùn)行瞬態(tài)情況下的壓力反差，連通管上設(shè)置止回閥，并在止回閥前后均設(shè)電動(dòng)蝶閥，在閥組下游的管道上設(shè)流量測(cè)量裝置。

為了使本次混水改造不對(duì)原供熱管網(wǎng)流量造成影響，保持一、二級(jí)管網(wǎng)水量平衡，需將二級(jí)管網(wǎng)回水補(bǔ)充至一級(jí)管網(wǎng)回水管中，補(bǔ)充水量與供水連通管混水量相同。根據(jù)隔壓熱力站實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，變頻泵出口壓力基本不小于1.2MPa，一級(jí)管網(wǎng)回水母管壓力平均為1.12MPa，因此從變頻泵出口加設(shè)回水連通管至回水母管，即可實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)回水從二級(jí)管網(wǎng)補(bǔ)充至一級(jí)管網(wǎng)。在回水連通管接口至板換前回水母管之間設(shè)置電動(dòng)蝶閥，在回水連通管上也設(shè)置電動(dòng)蝶閥，在實(shí)際運(yùn)行中按是否需要混水的要求，兩個(gè)閥門(mén)切換使用。在需要混水時(shí)，開(kāi)啟供水連通管、回水連通管上的電動(dòng)蝶閥，同時(shí)關(guān)閉變頻循環(huán)水泵至板換之間的蝶閥。根據(jù)實(shí)際管網(wǎng)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以通過(guò)變頻泵對(duì)實(shí)際混水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，變頻泵最大流量為4000t/h?；焖髁靠赏ㄟ^(guò)設(shè)置在供、回水連通管上的流量測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量。在不需要混水或者管網(wǎng)出現(xiàn)異常情況需要切斷混水時(shí)，關(guān)閉供水、回水連通管上的電動(dòng)蝶閥，同時(shí)開(kāi)啟變頻泵與板換之間的閥門(mén)。新增電動(dòng)蝶閥、流量計(jì)和變頻泵的控制加到原DCS控制系統(tǒng)，可以根據(jù)設(shè)定的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻泵和電動(dòng)蝶閥的開(kāi)度?；焖脑煜到y(tǒng)流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1：

圖1 一、二次熱網(wǎng)混水流程簡(jiǎn)圖

4 混水溫度計(jì)算

根據(jù)2013年11月至2014年3月期間隔壓熱力站運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)反算出的換熱器平均效率為0.96（由于篇幅所限不再列出計(jì)算過(guò)程），該換熱效率比較符合板式換熱器的實(shí)際情況。由于實(shí)測(cè)一級(jí)管網(wǎng)流量均在11500t/h左右，本次計(jì)算按11500t/h進(jìn)行設(shè)定，其他數(shù)據(jù)均以隔壓熱力站實(shí)際運(yùn)行記錄為準(zhǔn)。對(duì)一、二級(jí)管網(wǎng)供、回水溫度各取典型的4組數(shù)據(jù)，以及對(duì)所有運(yùn)行記錄445組數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行計(jì)算，一、二級(jí)管網(wǎng)混水量按4000t/h考慮，混水溫度的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1：

表1 混水量為4000t/h時(shí)的混水溫度

序號(hào) 熱網(wǎng)流量（t/h） 混水前熱網(wǎng)溫度

（℃） 混水后熱網(wǎng)溫度（℃） 混水效果

（溫度變化）

一級(jí)管網(wǎng) 二級(jí)管網(wǎng) 一級(jí)管網(wǎng)供水 一級(jí)管網(wǎng)回水 二級(jí)管網(wǎng)供水 二級(jí)管網(wǎng)回水 二級(jí)管網(wǎng)供水 一級(jí)管網(wǎng)回水 二級(jí)管網(wǎng)供水 一級(jí)管網(wǎng)回水

1 11500 16979 103.50 55.70 79.10 49.30 84.85 53.47 5.75 2.23

2 11500 16953 103.00 55.30 78.70 48.90 84.43 53.07 5.73 2.23endprint

3 11500 15104 76.70 47.20 63.70 42.00 67.14 45.39 3.44 1.81

4 11500 18368 77.40 48.20 62.30 45.30 65.59 47.19 3.29 1.01

5 11500 16806 99.10 56.00 76.60 49.00 81.96 53.57 5.36 2.43

6 11500 16997 99.30 55.90 76.80 49.20 82.10 53.57 5.30 2.33

7 11500 20972 82.70 44.50 61.00 41.00 65.14 43.28 4.14 1.22

8 11500 21120 81.10 44.60 58.00 40.00 62.38 43.00 4.38 1.60

9 11500 16979 102.50 55.00 78.70 49.10 84.31 52.95 5.61 2.05

10 11500 16892 102.40 55.50 78.40 48.60 84.08 53.10 5.68 2.40

11 11500 21138 80.30 45.10 59.00 40.00 63.03 43.33 4.03 1.77

12 11500 21007 80.20 44.80 58.00 40.00 62.23 43.13 4.23 1.67

13 11500 16936 99.90 55.90 77.00 49.30 82.41 53.60 5.41 2.30

14 11500 16936 99.70 55.20 77.10 49.20 82.44 53.11 5.34 2.09

15 11500 21212 83.90 45.40 61.00 41.00 65.32 43.87 4.32 1.53

16 11500 21224 83.40 45.30 61.00 41.00 65.22 43.80 4.22 1.50

平均 11500 17811 91.03 50.74 69.96 45.11 74.69 48.78 4.73 1.96

從上表計(jì)算結(jié)果可以看出，因一、二級(jí)管網(wǎng)供水溫度相差較大，回水溫度相差較小，因此混水后供水溫度的變化比回水溫度變化明顯，在混水量為4000t/h時(shí)，二級(jí)管網(wǎng)供水溫度平均升高4.73℃，一級(jí)管網(wǎng)回水溫度平均降低1.96℃。

5 對(duì)管網(wǎng)安全性的影響

隔壓熱力站是為分隔一、二級(jí)管網(wǎng)而建，來(lái)自鹿華電廠的一級(jí)管網(wǎng)熱水經(jīng)過(guò)隔壓熱力站換熱后直接返回電廠，市區(qū)二級(jí)管網(wǎng)熱水僅在隔壓熱力站與市區(qū)各三級(jí)站之間流動(dòng)，兩個(gè)管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物理隔離，不受相互影響，管網(wǎng)運(yùn)行安全性較高。

二級(jí)管網(wǎng)混水后，通過(guò)連通管將兩級(jí)管網(wǎng)直接連通，兩級(jí)管網(wǎng)壓力波動(dòng)、瞬變，管道及附件破裂漏水等都將相互影響，管網(wǎng)運(yùn)行安全性有所降低。為了盡可能減小一、二級(jí)管網(wǎng)之間水錘的相互影響，在布置連通管時(shí)，考慮采用彎頭改變流體方向，以此方式削弱水錘的傳播，彎頭的壁厚適當(dāng)加大，并在彎頭處設(shè)置支架。

供回水連通管均設(shè)有電動(dòng)蝶閥，當(dāng)一、二級(jí)管網(wǎng)發(fā)生破裂、漏水等異常情況時(shí)，可以關(guān)閉閥門(mén)以切斷一、二級(jí)管網(wǎng)之間的連通，切斷后恢復(fù)為改造前的運(yùn)行狀態(tài)，管網(wǎng)特性與混水前相同。為了降低電動(dòng)閥門(mén)故障或內(nèi)漏的影響，供水連通管上設(shè)有兩個(gè)電動(dòng)蝶閥。為了防止和減緩連通管電動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)引起管網(wǎng)壓力的瞬變，應(yīng)要求閥門(mén)的啟閉時(shí)間不少于20秒。隔壓熱力站二級(jí)管網(wǎng)循環(huán)泵設(shè)有旁路管道，通過(guò)旁路管道將二級(jí)管網(wǎng)回水管母管與泵出口母管相連，旁路管上設(shè)有止回閥以防止水擊。當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵斷電的瞬間，熱網(wǎng)循環(huán)泵入口側(cè)壓力上升，出口側(cè)壓力急劇下降，在此壓差作用下旁路上的止回閥開(kāi)啟，入口側(cè)循環(huán)水流入出口側(cè)管網(wǎng)系統(tǒng)，從而降低泵入口側(cè)管道壓力增高的幅度，減緩、防止水擊危害。

6 結(jié)論與建議

（1）通過(guò)一、二級(jí)管網(wǎng)的混水措施，可以降低一級(jí)管網(wǎng)的回水溫度，提高二級(jí)管網(wǎng)供水溫度，能夠在一定程度上解決鹿華熱電廠高背壓改造帶來(lái)一級(jí)管網(wǎng)熱水品質(zhì)較低的問(wèn)題。根據(jù)2014年采暖季運(yùn)行的數(shù)據(jù)來(lái)看，基本與混水計(jì)算溫度相符；（2）在實(shí)際運(yùn)行中，對(duì)管網(wǎng)的壓力要做實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，要求一級(jí)管網(wǎng)供水壓力不低于1.15MPa、不超過(guò)1.5MPa，并設(shè)置壓力報(bào)警值，到報(bào)警值時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)報(bào)警，如果壓力持續(xù)降低（或升高）時(shí)通過(guò)連鎖裝置將混水連通管上的電動(dòng)蝶閥自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)變頻泵與板換之間的電動(dòng)蝶閥自動(dòng)開(kāi)啟。同樣，如果二級(jí)管網(wǎng)壓力變化超過(guò)設(shè)定值，在系統(tǒng)報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)切斷一、二級(jí)管網(wǎng)之間的連通管；（3）一、二級(jí)管網(wǎng)之間增設(shè)連通管后，降低了隔壓熱力站所起到的隔壓能力，將出現(xiàn)一、二級(jí)管網(wǎng)相互影響的情況，一定程度上降低了管網(wǎng)運(yùn)行的安全性。通過(guò)對(duì)閥門(mén)啟閉時(shí)間的限制，可以避免或減緩連通管閥門(mén)操作對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行的影響，采用高質(zhì)量的閥門(mén)在一定程度上提高了安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范（CJ34-2010）[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[2] 李珊化，康慧.實(shí)用集中供熱手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[3] 賀平，孫剛，王飛.供熱工程[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

（責(zé)任編輯：周 瓊）endprint