淺談?chuàng)Q熱站及二次網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)能措施

胡成利

（沈陽皇姑熱電有限公司，遼寧 沈陽 110000）

在我國(guó)北方冬季采暖地區(qū)，各住宅小區(qū)普遍采用由熱源到換熱站、再到熱用戶的供熱模式。換熱站及二次網(wǎng)系統(tǒng)做為熱能中轉(zhuǎn)站，起著很重要的做用。由于設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等各方面因素的影響，換熱站及二次網(wǎng)系統(tǒng)存在著大量能源浪費(fèi)的情況。為了達(dá)到有效節(jié)能的目的，減少能源的浪費(fèi)，需要通過必要的技術(shù)手段，在不同的階段充分考慮節(jié)能降耗的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)換熱站的高效管理及節(jié)能運(yùn)行。

1 概念

設(shè)計(jì)部門在做換熱站設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要就選址與承建方進(jìn)行溝通，站址選好后就可以按部就班的進(jìn)行設(shè)計(jì)工作了。換熱站設(shè)計(jì)有很多值得關(guān)注的細(xì)節(jié)，這些細(xì)節(jié)直接影響到未來的能源消耗，處理好設(shè)計(jì)上的細(xì)節(jié)工作才能保障投資的合理化與能源充分利用。

1.1 換熱站選址

相對(duì)小區(qū)整個(gè)供熱管網(wǎng)而言，換熱站宜選擇在管網(wǎng)的中心區(qū)域，這樣也就減小供熱半徑，縮短了最不利環(huán)路的長(zhǎng)度，有利于管網(wǎng)的水力平衡，改善供熱效果，從節(jié)約能源方面考慮，供熱半徑縮小相應(yīng)管道的沿程與局部阻力損失也會(huì)減小，循環(huán)泵的揚(yáng)程必然會(huì)減小，消耗能源也隨之減少。

因此，住宅小區(qū)在規(guī)劃時(shí)應(yīng)充分考慮換熱站的選址問題，在減少初投資與附屬設(shè)施投資的前提下，盡量讓換熱站選擇在管網(wǎng)的中心區(qū)域。

1.2 循環(huán)泵選擇

換熱站的節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，首先取決于站內(nèi)設(shè)備的配置。其中循環(huán)泵是換熱站中的耗電大戶，既要保證投資的合理，又要經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1） 循環(huán)泵流量由下式確定：

G= (1.1～1.2) 3.6Qt/CpΔt kg/h

式中：G—循環(huán)泵流量，kg/h；

Qt—計(jì)算熱負(fù)荷，W；

Δt—循環(huán)溫差，℃；

Cp—循環(huán)水平均比熱，KJ/kg℃；

(1.1～1.2) —附加余量。

因此，在熱負(fù)荷確定和循環(huán)溫差恒定的情況下，循環(huán)泵的單位流量幾乎是一定的。循環(huán)泵流量不宜過大，更不能過小。實(shí)踐證明目前和今后一段時(shí)間內(nèi)，循環(huán)泵的流量仍將控制在3kg/m2～3.5kg/m2，個(gè)別情況和地段也不要大于4kg/m2，否則就會(huì)增加無效的電耗、浪費(fèi)能源。

2） 循環(huán)泵的揚(yáng)程

循環(huán)泵是為供熱系統(tǒng)中水的循環(huán)提供動(dòng)力，循環(huán)泵的揚(yáng)程按下式確定:

H=H1+ H2+ H3+ H4+ (3～5) m

式中：H—循環(huán)泵揚(yáng)程m；

H1—換熱器內(nèi)部阻力m；

H2—循環(huán)水供、回水干管阻力m；

H3—最不利用戶系統(tǒng)內(nèi)部阻力m；

H4—二次網(wǎng)除污器、過濾器阻力m；

(3～5) —附加余量m。

換熱站循環(huán)泵的揚(yáng)程是為了克服二次網(wǎng)循環(huán)阻力的，但在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，循環(huán)泵選型揚(yáng)程偏高是普遍現(xiàn)象（尤其老小區(qū)的換熱站），一般為40m～60m 的揚(yáng)程，實(shí)際運(yùn)行中循環(huán)泵克服二次網(wǎng)循環(huán)阻力一般僅需15m～30m，循環(huán)泵的富裕壓頭全部消耗在站內(nèi)設(shè)備的節(jié)流降壓上，造成了相當(dāng)大的電能損耗。如果減少站內(nèi)不必要的壓頭損失，無效電耗將大大降低，其經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。

1.3 減少換熱站系統(tǒng)的阻力損失

1） 減少換熱器內(nèi)部阻力

小區(qū)供熱大多采用板式換熱器，板式換熱器總的流體阻力可用下式表示：

ΔP=f× (L/d) (ρV2/2) ×n (Pa)

式中：ΔP—板式換熱器總阻力Pa；

ρ—流體密度kg/m3；

V—流道中速度m/s；

n—流程數(shù)；

f—板片通道摩擦阻力系數(shù)；

(L/d) —板式換熱器內(nèi)部構(gòu)造參數(shù)。

從上式中可以看出影響流體阻力的因素主要有流體的流速、板式換熱器內(nèi)部構(gòu)造、板片通道摩擦阻力系數(shù)以及流程數(shù)。

由于換熱站一、二次側(cè)供回水流量不同，在城市集中供熱系統(tǒng)中，國(guó)內(nèi)所采用的一次熱媒的溫度一般為130～70℃、110～70℃，二次熱媒的溫度一般為80～60℃。在這樣的設(shè)計(jì)參數(shù)下，板式換熱器二次熱媒流道中的流量一般為一次熱媒流道內(nèi)流量的二倍甚至更多，因此涉及選型時(shí)要以不等截面換熱器為首選，板式換熱器推薦流速范圍為0.3～0.8m/s，在選擇換熱器的時(shí)候有必要校核一下一次側(cè)特別是二次側(cè)的水流速，看是否在此推薦范圍內(nèi)。

換熱器內(nèi)部污垢變厚不能及時(shí)的消除不僅使板片通道摩擦阻力系數(shù)增大，換熱器內(nèi)部阻力增高，更多消耗循環(huán)水泵的揚(yáng)程，而且會(huì)減弱換熱器的傳熱系數(shù)，使換熱器的換熱效果大打折扣。因此，有必要在換熱器的一、二次進(jìn)出水管均設(shè)置沖洗管，在一、二次進(jìn)水管上加設(shè)Y 型除污器，在運(yùn)行期間對(duì)換熱器進(jìn)行定期的沖洗（一般換熱站最少為兩臺(tái)換熱器，可以視室外環(huán)境溫度而選擇交替沖洗），定期打開Y 型除污器清理雜物，這樣可以保持換熱器理想的運(yùn)行環(huán)境，亦可以延長(zhǎng)換熱器的運(yùn)行壽命。

2） 減少除污器、過濾器的阻力損失

除污器、過濾器的功能與結(jié)構(gòu)注定了它們的阻力損失會(huì)很大，減小阻力損失的最好辦法是根據(jù)除污器、過濾器出口壓力變化，及時(shí)排污、清洗濾網(wǎng)。經(jīng)過多年運(yùn)行的換熱站，在每年的檢修過程中發(fā)現(xiàn)，除污器中沒有大的雜質(zhì)時(shí)，除污器就可以取消了（只留過濾器即可，取消除污器可用于其它換熱站建設(shè)）。這樣可減少一部分阻力損失，降低運(yùn)行成本。

3） 減少站內(nèi)管路系統(tǒng)上的阻力損失

站內(nèi)管路系統(tǒng)是換熱站的重要組成部分，它負(fù)擔(dān)著設(shè)備與設(shè)備之間的聯(lián)通任務(wù)。這部分管段產(chǎn)生的阻力一般會(huì)被忽略，為了減小阻力，節(jié)約能源，設(shè)計(jì)中管道應(yīng)盡量少走彎路。同時(shí)，如果有熱負(fù)荷增加的情況發(fā)生時(shí)，需要從新核定管路系統(tǒng)阻力。

4） 將三通連接改為22°引流角連接，擴(kuò)散管角控制在7～12°

在循環(huán)泵的出口和入口與母管之間的連接，習(xí)慣于正三通的連接，由于這種連接破壞了管內(nèi)層流的流動(dòng)狀態(tài)，因而產(chǎn)生局部阻力較大，增加循環(huán)泵無效電耗。如果按22°引流角連接，擴(kuò)散管角控制在7～12°制作，會(huì)取得明顯效果。

5） 控制水的流速，是減少無效電耗的關(guān)鍵

依據(jù)管段附件（閥門、三通、擴(kuò)散管） 的阻力與水的流速平方成正比關(guān)系即R=∮V2/2g，計(jì)算管件的局部阻力，因而控制水的流速是降低管件阻力的關(guān)鍵，但由于泵內(nèi)流速一般在6m/s 左右，出口流速也能達(dá)到5m/s 以上，如果不擴(kuò)徑降低水的流速，那么一個(gè)止回閥的局部阻力就達(dá)到9mH2O，如果擴(kuò)徑后將水的流速降到1.5m/s，那么，同樣一個(gè)止回閥它的局部阻力還不到1 mH2O，相差近9 倍；同樣，習(xí)慣于按三通連接的分支入口管和分支出口管，其局部阻力是4.5 mH2O，如果按22°引流角連接，其局部阻力可接近于零。因此，在安裝循環(huán)泵的出入口管件前，一定要根據(jù)泵的額定流量計(jì)算水的流速，并確定出入口擴(kuò)散管的大小。

水的流速按下式計(jì)算：

V=3.69×10-4×G/D2

式中：V—流速m/s；

G—水泵額定流量m3/h；

D—出入口管徑m；

水的流速控制在1.5m/s，最大不超過2m/s。

另外，為確保循環(huán)泵的正常運(yùn)行，防止汽蝕等不良后果，建議泵的吸入母管和壓出母管內(nèi)的水流速控制在1.2m/s，最大不超過1.5m/s。

1.4 加強(qiáng)二次網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)

二次網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)是整個(gè)供熱過程中最重要的步驟。供熱的目的是在保障每個(gè)熱用戶都達(dá)到所需要的溫度的前提下，還要節(jié)能減排。要實(shí)現(xiàn)這一目的，就必須首先保障每個(gè)熱用戶所需要的熱水流量，盡量做到不多不少。流量少了，室內(nèi)溫度不夠；流量多了，室溫過高，浪費(fèi)電能和熱能。總之，熱網(wǎng)控制平衡后有如下好處：①解決冷熱不均現(xiàn)象、提高收費(fèi)率、減少維護(hù)量。②節(jié)省熱能、電能20%左右、節(jié)水、增加供熱面積。

目前，我國(guó)熱網(wǎng)平衡調(diào)控設(shè)備種類很多，如手動(dòng)調(diào)節(jié)閥、自力式流量閥、自力式壓差閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、便攜式超聲波流量計(jì)等，這些設(shè)備的應(yīng)用，促使熱網(wǎng)平衡工作的推廣，提高了我國(guó)供熱行業(yè)節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

1.5 減少管網(wǎng)泄漏損失

管網(wǎng)泄漏普遍存在于供熱管網(wǎng)中，大的管網(wǎng)泄漏會(huì)造成供熱系統(tǒng)嚴(yán)重的事故，小的管網(wǎng)泄漏損失的不僅僅是水能、電能，還包括熱能。因此，減少管網(wǎng)漏點(diǎn)損失，在安全節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中起著至關(guān)重要的作用。

管網(wǎng)漏點(diǎn)查找是一件比較困難的工作。目前，常用的做法是區(qū)域定位法，就是在泄漏管網(wǎng)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)根據(jù)管網(wǎng)系統(tǒng)走向、利用截?cái)嗑?、支線井、進(jìn)戶井，進(jìn)行不同區(qū)域的劃分，在劃分后的區(qū)域內(nèi)利用截?cái)嗑?、支線井、進(jìn)戶井做關(guān)斷閥門操作。同時(shí)，在換熱站內(nèi)，根據(jù)補(bǔ)水水表記錄不同時(shí)間內(nèi)補(bǔ)水量變化，判斷該區(qū)域是否存在漏點(diǎn)，不斷縮小區(qū)域、配合測(cè)漏儀器鎖定漏點(diǎn)。

2 結(jié)語

節(jié)能減排是我國(guó)新時(shí)期發(fā)展的一項(xiàng)重大國(guó)策，對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)都有著重大影響。對(duì)于供熱行業(yè)，深入的節(jié)能活動(dòng)，實(shí)施一項(xiàng)改造創(chuàng)新，利用好每一份可控資源，通過嚴(yán)格管理、細(xì)化設(shè)計(jì)和技術(shù)提升，切實(shí)降低消耗，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)約生產(chǎn)。