供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)綜述

宇航

摘 要：我國集中供熱產(chǎn)業(yè)起步較晚，至今發(fā)展僅七十年，在設(shè)計階段和運行管理方面仍存在許多問題，2001年前，我國城鎮(zhèn)居民供暖大都采用單管垂直串聯(lián)的系統(tǒng)形式，垂直失調(diào)問題嚴重，供熱品質(zhì)較差;熱網(wǎng)調(diào)節(jié)設(shè)備不完善，系統(tǒng)的動態(tài)運行過程中水力熱力工況分配不均，造成了大量的能源浪費情況。本文介紹了供熱系統(tǒng)水力失調(diào)的概況及產(chǎn)生的原因，總結(jié)了當下設(shè)計和運行階段失衡的誘因，對常用的調(diào)節(jié)技術(shù)進行了闡述和分析，僅供參考。

關(guān)鍵詞：供熱管網(wǎng);水力平衡;調(diào)節(jié)技術(shù)

1水力失調(diào)的原因

引起供熱系統(tǒng)水力失調(diào)的因素眾多，主要總結(jié)為以下幾點：（1）設(shè)計負荷失真，選型不當造成管網(wǎng)水力失調(diào)。為實現(xiàn)各回路的水力平衡，往往通過調(diào)整各回路管徑等方式使各個回路的阻力盡可能相等。但由于管徑具有固定規(guī)格而非連續(xù)變化，實際運行中沿程阻力、局部阻力與設(shè)計情況存在差別，使得供熱系統(tǒng)在運行時并不能直接達到設(shè)計的狀態(tài)，造成水力失調(diào)。（2）在施工過程中，由于材料供應(yīng)不及時、工期延誤等原因，施工隊為趕工期，施工工藝無法滿足設(shè)計要求和相關(guān)規(guī)范，出現(xiàn)偷工減料和雜物進入供熱管網(wǎng)造成局部堵塞，甚至出現(xiàn)過濾器等設(shè)備閥門裝反等問題。（3）在運行過程中，一些老舊小區(qū)大部分用戶屬于陳舊的上供下回式單管系統(tǒng)設(shè)計，老式系統(tǒng)在熱網(wǎng)流量、熱量調(diào)節(jié)方面有很大的欠缺之處，老舊管網(wǎng)中閥門節(jié)點普遍存在生銹現(xiàn)象。用戶私拆、室內(nèi)管線布置更改及室內(nèi)散熱器更換，從整體上均使管網(wǎng)特性產(chǎn)生變化。管網(wǎng)局部用戶的變化使得流量分配與原來的情況不符，這時的管網(wǎng)特性需要重新分配流量來解決新產(chǎn)生的水力失調(diào)狀況。

2供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)整過程

水力平衡調(diào)節(jié)的目的在于降低水力不平衡，讓管網(wǎng)的流量分配按照最初的設(shè)計工況進行。水力平衡調(diào)節(jié)可以按照集中調(diào)節(jié)、局部調(diào)節(jié)和個體調(diào)節(jié)分類，也可分為初調(diào)節(jié)和運行調(diào)節(jié)，兩種分類方式的維度不同。對任何一個供熱二次管網(wǎng)，水力失調(diào)產(chǎn)生的根本原因是各用戶阻力分布不合理。因此，水力平衡調(diào)整的關(guān)鍵在于通過調(diào)整用戶側(cè)阻力，將管網(wǎng)阻力分布調(diào)整到合理狀態(tài)，本文基于流體網(wǎng)絡(luò)理論，提出一種改變用戶側(cè)阻力的水力平衡調(diào)整方法，具體實施步驟如下：（1）測量管網(wǎng)實際運行參數(shù)計算管段特性參數(shù)。在某一穩(wěn)定工況下，測量管網(wǎng)的實際運行參數(shù)，包括管網(wǎng)中各用戶的實際流量、典型節(jié)點的壓力值（例如末端用戶的供回水總管或水泵進出口），現(xiàn)場測量供回水干路管段的管徑、長度及局部阻力部件（如閥門、變徑、三通等）。（2）確定管網(wǎng)的實際水力工況。建立供熱管網(wǎng)水力工況的數(shù)學模型，通過對實際管網(wǎng)各段阻力特性參數(shù)的確定計算出各用戶的實際阻力特性數(shù)及管網(wǎng)的實際阻力分布。（3）計算管網(wǎng)的理想水力工況。根據(jù)用戶實際情況，確定該穩(wěn)定工況下用戶的規(guī)定流量，根據(jù)管網(wǎng)水力工況的數(shù)學模型計算出各用戶的理想阻力特性數(shù)及管網(wǎng)的理想阻力分布。（4）制定水力平衡調(diào)整方案。只要使各用戶達到計算的理想阻力特性數(shù)，那么各用戶就可以達到理想的流量分配。由理想阻力分布和實際阻力分布得出用戶需增加的阻力特性數(shù)值，根據(jù)閥門開度與閥門阻力特性數(shù)的關(guān)系式，得出待調(diào)用戶入口蝶閥所需達到的開度值，在現(xiàn)場調(diào)整時，一次性將待調(diào)用戶入口處的蝶閥直接調(diào)至所求的理想開度，就能使各用戶達到理想的阻力特性值，整個供熱管網(wǎng)也會達到理想的阻力分布，進而達到各用戶的理想流量分配。至此，整個管網(wǎng)達到水力平衡，調(diào)整結(jié)束。

3供熱管網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)技術(shù)

3.1傳統(tǒng)供熱管網(wǎng)水力調(diào)節(jié)方法

按照調(diào)節(jié)方法分類，供熱管網(wǎng)水力調(diào)節(jié)可以分為比例調(diào)節(jié)法、阻力系數(shù)法、補償法、回水溫度調(diào)節(jié)法、計算機法、模擬阻力法、自力式調(diào)節(jié)法等，無論何種方法都需要配合閥門裝置來實現(xiàn)。其中比例調(diào)節(jié)法、補償調(diào)節(jié)法是傳統(tǒng)供熱管網(wǎng)運營中最常用的調(diào)節(jié)方法。比例調(diào)節(jié)法的原理依據(jù)是根據(jù)管網(wǎng)流量特性，當各用戶之間并聯(lián)時，用戶流量按照與熱源之間的距離由近及遠按照各管段的阻抗值進行分配，當上游管段阻抗變化時，將引起下游用戶流量分配變化，且下游各用戶的流量變化比例相同。因此只需從最遠端用戶開始依次進行調(diào)節(jié)，并使當前調(diào)節(jié)用戶的失調(diào)比例與最遠端用戶的失調(diào)比例相同，這樣當最后一個用戶調(diào)節(jié)完后所有用戶將存在等比例失調(diào)，最后調(diào)節(jié)總干管閥門即可使所有用戶達到水力平衡。補償調(diào)節(jié)法同樣是首先把最遠端用戶失調(diào)度調(diào)到一個基準值，此時引起下游用戶水力失調(diào)度變化，再通過調(diào)節(jié)用戶分支的平衡閥或安裝在總干管的閥門使下游用戶的失調(diào)度恢復到基準值，當所有用戶調(diào)節(jié)完后供熱管網(wǎng)恢復水力平衡。無論是比例調(diào)節(jié)法還是補償調(diào)節(jié)法，都運用了管網(wǎng)水力特性的基本原理，從最遠端用戶開始由遠及近依次調(diào)節(jié)各用戶及各支路阻抗，最終實現(xiàn)水力再平衡。但是由于實際工程中管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜、熱用戶多、用戶距離遠，整個調(diào)節(jié)過程需要人工進行反復測量和調(diào)節(jié)，工作量大、調(diào)節(jié)效率低。

3.2模擬調(diào)節(jié)法

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，可以以水力計算模型為基礎(chǔ)，通過編程對水力調(diào)節(jié)過程進行模擬分析，計算出要實現(xiàn)理想工況下節(jié)點流量平衡和回路壓力平衡所需的理想阻抗，從而制定調(diào)節(jié)方案。這種方法是計算機技術(shù)和傳統(tǒng)水力調(diào)節(jié)方法的結(jié)合，省去了反復調(diào)節(jié)的過程，大大提高了調(diào)節(jié)效率。只需按照理想開度對用戶閥門進行調(diào)節(jié)，即可實現(xiàn)理想工況下的流量分配。若系統(tǒng)中存在用戶資用壓力不足或閥門選型不合理等問題，輸出的閥門開度可能會出現(xiàn)錯誤值或大于1的情況，此時應(yīng)根據(jù)管段壓降、管段管徑、閥門阻力特性等進行具體分析，提出改進意見。

4結(jié)束語

為了提高熱源效率，優(yōu)化集中供熱管網(wǎng)設(shè)計和運行水平，國內(nèi)外專家學者和從業(yè)人員在熱源效率測量計算、管網(wǎng)水力計算、水力工況分析、水力平衡調(diào)節(jié)等進行了大量的研究和探索，并取得了巨大成就。本文總結(jié)了引起水力失衡的原因，并對現(xiàn)有的水力調(diào)節(jié)方法作了介紹。供熱系統(tǒng)的水力調(diào)控是一個長期且復雜的工作，不論是科研工作者還是工程人員，都必須提高對管網(wǎng)的認識。隨著城市的發(fā)展和供熱面積的擴大，管網(wǎng)的控制必須全方面地考慮，從設(shè)計階段因地制宜，到運行階段科學的調(diào)控，全周期做好管網(wǎng)水力工況檢測和調(diào)節(jié)工作。

參考文獻

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