室外供熱管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化研究

【摘要】室外供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)水平，必須在熱用戶供熱質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下，通過投入資金多少、熱能輸送過程中的能量損失大小、運(yùn)行穩(wěn)定性高低以及熱網(wǎng)分匯點(diǎn)水力平衡效果好壞等標(biāo)準(zhǔn)來衡量。本文主要研究室外供熱管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略。

【關(guān)鍵詞】室外供熱管網(wǎng)；工程設(shè)計(jì)；優(yōu)化

為了體現(xiàn)集中供熱的優(yōu)越性，確保在規(guī)劃設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的熱用戶供熱質(zhì)量全部達(dá)標(biāo)，還應(yīng)當(dāng)確定集中供熱的熱源最大經(jīng)濟(jì)供熱半徑。因此，在熱網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，必須采取科學(xué)有效的辦法，解決技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的問題。

1 、優(yōu)化熱網(wǎng)的供熱管經(jīng)濟(jì)管徑和經(jīng)濟(jì)保溫層

熱能輸送過程中能量損失的重要指標(biāo)是壓力損失和散熱損失，而這兩種損失取決于熱網(wǎng)的供熱管經(jīng)濟(jì)管徑（也就是經(jīng)濟(jì)比摩阻下的管徑）和經(jīng)濟(jì)保溫層。在熱能輸送過程中，如果保溫材料體積不變，要減少壓力損失，供熱管管徑必須加大，資金投入自然增加；如果供熱管管徑不變，要減少散熱損失，保溫層厚度必須增加，資金投入也自然增加。因此，熱網(wǎng)供熱管管徑和保溫層厚度的選擇與熱能輸送過程中的能量損失和熱網(wǎng)資金投入是密不可分的，不可割裂開來，獨(dú)立選擇，必須在熱網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中合理優(yōu)化參數(shù)，科學(xué)確定供熱管經(jīng)濟(jì)管徑和經(jīng)濟(jì)保溫層。

2 、優(yōu)化熱網(wǎng)水力運(yùn)行穩(wěn)定性和熱網(wǎng)分匯點(diǎn)水力平衡標(biāo)準(zhǔn)

熱用戶供熱質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)范圍，要想使熱用戶完全不改變其熱能需求量是難以做到的，熱用戶改變熱能需要量影響其他熱用戶越小，熱網(wǎng)水力運(yùn)行穩(wěn)定性就越高，即實(shí)際工況偏離設(shè)計(jì)工況的程度越小。熱網(wǎng)中載熱體有很多供和回的分匯點(diǎn)，為了確保熱用戶供熱質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，必須考慮熱網(wǎng)分匯點(diǎn)水力平衡情況。在熱網(wǎng)設(shè)計(jì)中，每個(gè)分匯點(diǎn)都需要作水力平衡計(jì)算（利用計(jì)算機(jī)既快捷又精確），反復(fù)調(diào)整管徑，保證熱網(wǎng)在運(yùn)行過程中滿足熱用戶供熱質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。按照中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，熱網(wǎng)分匯點(diǎn)水力差應(yīng)小于25%，但設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)能使熱網(wǎng)分匯點(diǎn)水力平衡達(dá)到最大的理想化，效果會(huì)更好。因此，必須在熱網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中合理確定水力運(yùn)行穩(wěn)定性和分匯點(diǎn)水力平衡標(biāo)準(zhǔn)，盡量避免熱網(wǎng)水力運(yùn)行失調(diào)。

如果熱網(wǎng)中的供熱管統(tǒng)一選擇經(jīng)濟(jì)管徑，管網(wǎng)的輸送成本就會(huì)明顯減小，但忽視了熱網(wǎng)的水力運(yùn)行穩(wěn)定性和熱網(wǎng)分匯點(diǎn)的水力平衡，就會(huì)使得水力運(yùn)行穩(wěn)定性變差，并且不能按熱用戶的需求量供熱，這種熱網(wǎng)水力運(yùn)行失調(diào)狀態(tài)是不符合熱網(wǎng)技術(shù)要求的。辯證地對(duì)水力進(jìn)行分析，要想使熱網(wǎng)運(yùn)行的水力運(yùn)行穩(wěn)定性好，就要相對(duì)地提高進(jìn)入熱用戶供熱管的壓降或相對(duì)地降低熱網(wǎng)干管的壓降，也就是相對(duì)地減小進(jìn)入熱用戶供熱管的管徑或相對(duì)地增大熱網(wǎng)干管的管徑。因此，熱網(wǎng)水力運(yùn)行穩(wěn)定性問題可以在進(jìn)入熱用戶的管段上解決，那么，熱網(wǎng)的分匯點(diǎn)水力平衡工作也應(yīng)放在進(jìn)入熱用戶的管段上，正好兩項(xiàng)工作互相兼容、互相兼顧，一并操作完成，最終符合熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。解決水力運(yùn)行穩(wěn)定性和分匯點(diǎn)水力平衡與選擇供熱管經(jīng)濟(jì)管徑和經(jīng)濟(jì)保溫層的矛盾，是設(shè)計(jì)熱網(wǎng)過程中的突出問題，但是，為了更大地突出選擇經(jīng)濟(jì)管徑和經(jīng)濟(jì)保溫層的諸多優(yōu)點(diǎn)，必須著重考慮熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

熱網(wǎng)的合理設(shè)計(jì)必須考慮各種相互制約的因素，綜合分析比較，既要考慮管網(wǎng)的輸送成本最小，又要考慮熱網(wǎng)水力運(yùn)行穩(wěn)定性和熱網(wǎng)分匯點(diǎn)水力平衡，達(dá)到最佳效果。因此，在進(jìn)入熱用戶的管段上，可選擇兩種不同管徑的供熱管和其相匹配的保溫層厚度，實(shí)現(xiàn)分匯點(diǎn)水力平衡，如果載熱體限定流速，也可以選擇一種管徑的供熱管和其相匹配的保溫層厚度，另外加上調(diào)壓板，實(shí)現(xiàn)分匯點(diǎn)水力平衡；在進(jìn)入熱用戶管段以外的管段上，必須按優(yōu)化選擇經(jīng)濟(jì)管徑和經(jīng)濟(jì)保溫層來設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，采用上述熱網(wǎng)設(shè)計(jì)，熱網(wǎng)的熱能輸送成本最小化，水力運(yùn)行穩(wěn)定性較好，熱網(wǎng)分匯點(diǎn)的水力平衡也得以兼顧，并且能基本滿足熱用戶的供熱需求量，水力運(yùn)行符合熱網(wǎng)技術(shù)要求。

3、優(yōu)化熱源的最大經(jīng)濟(jì)供熱半徑

理論和多年的實(shí)踐證明，集中供熱與分散供熱相比，熱能利用率高，經(jīng)濟(jì)性較好，供給熱用戶相同的熱能成本明顯降低。但是集中供熱的優(yōu)越性也局限于一個(gè)范圍，這個(gè)范圍就是集中供熱熱源最大經(jīng)濟(jì)供熱半徑，超出了熱源最大經(jīng)濟(jì)供熱半徑，集中供熱的優(yōu)越性也就體現(xiàn)不出來了。所以，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)確定熱源的最大經(jīng)濟(jì)供熱半徑，以便在集中供熱工程中，考慮是否應(yīng)剔除那些在最大經(jīng)濟(jì)供熱半徑以外的用戶。

4、優(yōu)化熱網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的計(jì)算步驟

在熱網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，要做到技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性的完美結(jié)合，必須統(tǒng)一考慮、綜合分析，在堅(jiān)持熱能輸送成本最小的原則下，滿足熱網(wǎng)水力運(yùn)行穩(wěn)定性和熱網(wǎng)分匯點(diǎn)水力平衡的技術(shù)要求。熱網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的計(jì)算步驟如下：

（1）在載熱體參數(shù)和熱量已確定的情況下，對(duì)管網(wǎng)的輸送成本進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，合理優(yōu)化參數(shù)計(jì)算，確定出不同流量下熱網(wǎng)供熱管經(jīng)濟(jì)管徑和經(jīng)濟(jì)保溫層。

按要求計(jì)算出集中供熱網(wǎng)熱源的最大經(jīng)濟(jì)供熱半徑。（2）在熱網(wǎng)供熱管的管徑已確定情況下，合理計(jì)算出用以進(jìn)行水力平衡的經(jīng)濟(jì)保溫層厚度。（3）科學(xué)確定熱源輸出以滿足熱用戶供熱質(zhì)量全部達(dá)標(biāo)。（4）確認(rèn)熱網(wǎng)供熱管的管段和熱源間壓差最大熱用戶，除此之外的熱用戶，把最大壓差用戶的壓力作為基準(zhǔn)，選擇二個(gè)管徑和長度各異的供熱管并與之相配的經(jīng)濟(jì)保溫層厚度，如果較小管徑的供熱管載熱體超出了限定流速，則可選較大管徑的供熱管加上調(diào)壓板，實(shí)現(xiàn)分匯點(diǎn)水力平衡。（5）按照設(shè)計(jì)進(jìn)行安裝，安裝完畢后，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)水壓試驗(yàn)與調(diào)試，驗(yàn)收合格才能正式投入使用。

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