建筑工程供熱管網(wǎng)水力失調(diào)問題探析

王 軼 長治市城鎮(zhèn)熱力有限公司

1 前言

隨著城市化水平的不斷提高，我國大部分地區(qū)的建筑都分布了供熱管網(wǎng)，但是有時一些供熱管網(wǎng)運行時會出現(xiàn)水力失調(diào)等問題，進而導(dǎo)致供熱問題存在不安全、不穩(wěn)定的隱患。為了給住戶提供更加優(yōu)質(zhì)完備的服務(wù)，最大限度地避免這種問題的發(fā)生，使得管網(wǎng)的運行更加安全和可靠，應(yīng)針對水力失調(diào)的類型和原因制定有效的解決對策。

2 供熱管網(wǎng)水力平衡失調(diào)問題探析

在目前形勢下，城市供熱網(wǎng)絡(luò)具有以下兩種形勢。一種是一次水進行直接供熱，另一種是二次水間接供熱。從熱源角度講，分為鍋爐高溫熱水，還包括電廠蒸汽這樣的形式。在以往城市發(fā)展過程中，供熱都是以二次水間接供熱為主，但也存在部分利用一次水直接供熱。對于一次蒸汽直接供熱而言，進行一次水供熱，結(jié)構(gòu)十分簡單，同時投入較低低廉。但受安全性以及使用效率等多種因素影響，存在著較多的問題，最終不得不面臨著淘汰的局面。

2.1 設(shè)計不當

設(shè)計部門在進行管網(wǎng)設(shè)計時，通常需要確定管道的直徑、規(guī)格及調(diào)節(jié)設(shè)備。此外，如果管道的大小和種類與應(yīng)有的要求不相同，或者在測量運算時不夠詳盡、準確，都可能會導(dǎo)致發(fā)生水失調(diào)的概率加大。每個管道所需要運用的材料及材料的質(zhì)量也會直接會影響供熱效率。另外，很多供熱管網(wǎng)在設(shè)計時忽略了配備調(diào)節(jié)裝置，導(dǎo)致運行時無法準確快速調(diào)節(jié)流量，在一定程度上引發(fā)了水力失調(diào)問題。

2.2 施工不當

施工階段對整個管網(wǎng)之后的運行十分重要，管網(wǎng)的供熱運行同施工質(zhì)量、效率緊密相連。所以，施工人員應(yīng)嚴格按照供熱管道的設(shè)計圖紙進行施工。如果施工單位沒有針對施工技術(shù)進行交底，或者沒有嚴格管理施工人員，可能無法及時發(fā)現(xiàn)并解決施工中出現(xiàn)的問題，不可避免給供熱管網(wǎng)的運行留下安全隱患。

2.3 運行及維護不當

一旦供熱管網(wǎng)開始運行，那么誘發(fā)水力失調(diào)的原因?qū)⒆兊酶佣鄻印＠?，建筑?nèi)用戶的數(shù)量發(fā)生了變化，增加或減少散熱設(shè)備……這就需要相關(guān)部門在正式運行管網(wǎng)之前，對供熱管網(wǎng)進行精確調(diào)試，保證管道內(nèi)的流量符合標準，能滿足住戶對供熱的需求。此外，在長期使用某一供熱管網(wǎng)之后，還應(yīng)對供熱管網(wǎng)經(jīng)常進行檢修維護，定期更換已經(jīng)老化的管道，提升管網(wǎng)的性能，否則仍會引發(fā)水力失調(diào)問題。

3 供熱管網(wǎng)水力失調(diào)應(yīng)對措施

3.1 使用比例控制調(diào)節(jié)

如果在并聯(lián)的管路中，熱水量始終根據(jù)一個固定的比例流動。那么如果總流量在30%的范圍內(nèi)變化時，熱水在管內(nèi)的比例也將繼續(xù)保持，不發(fā)生改變。此法是利用2臺便攜式超聲波流量計，或可測得流量的閥門（如平衡閥新型入口裝置）及步話機（用于調(diào)節(jié)時人員之間的聯(lián)系）來完成的。但是，該調(diào)節(jié)方法需要操作人員具有較高的職業(yè)素質(zhì)，而且初期投入較大。

3.2 使用溫差控制調(diào)節(jié)

該種方法的原理是進行初次調(diào)節(jié)。首先需要在引入口插入一個壓力計，從而確保整個系統(tǒng)可以維持一定的熱穩(wěn)，同時讓管網(wǎng)內(nèi)供水的溫度始終維持在60℃以上。如果溫度沒有再發(fā)生變化，就可以把這個系統(tǒng)看作一個穩(wěn)定的系統(tǒng)。運行方式是先調(diào)節(jié)規(guī)模大、溫差大的住戶。進行第一部分調(diào)節(jié)后，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，再記錄溫差以及入口處的壓力和溫度，從而完成第二部分的調(diào)節(jié)，如此重復(fù)步驟。

3.3 CCR法

CCR法分為3個步驟：采集數(shù)據(jù)，使用計算機計算，在現(xiàn)場進行調(diào)整。這個方法首先需要精確地按照阻力分析和計算，調(diào)整出一個屬于全系統(tǒng)的新方法。這個方法的基本思路是先測量出各個管段之間的阻力，再依照原先要求的支路流量，計算出每一個調(diào)節(jié)閥所需要的開度，最終根據(jù)最后的結(jié)果把每個都換到最初計算的開度上，使得整個系統(tǒng)達到應(yīng)有的流量。這個方法可以減少成本。

3.4 綜合在一起進行調(diào)節(jié)

通常，這種方法可以分為兩種具體的操作模式：一種是使用動態(tài)平衡閥；另一種結(jié)合簡易快速和溫度調(diào)節(jié)兩種方法。這個方法與現(xiàn)在經(jīng)常使用的調(diào)節(jié)方法有所不同。綜合調(diào)節(jié)法需要投入的資金比較少，操作較為簡單，對目前討論的水力平衡問題有一定的參考作用，符合我國的國情。

3.5 保持動態(tài)平衡

經(jīng)常使用的閥門可以分為兩種不同的類型：自力式壓差控制閥和流量控制閥。流量控制閥管控的是管道內(nèi)熱水的流量，這樣做能確保管道內(nèi)的流量維持穩(wěn)定狀態(tài)。所以，使用該種控制閥的關(guān)鍵點在于根據(jù)供熱系統(tǒng)的總循環(huán)量和每個建筑之間的熱負荷，確定一個固定的熱水量。

每當這個閥門前面和后面的壓差加大時，可以通過閥門自動關(guān)小，確保管道內(nèi)的流量沒有增大；當每個閥門前后的壓差減小時，閥門則自動開大。此類方法操作簡單、便于運行，這種閥門可以在確定流量的系統(tǒng)中運用，但是變化流量的系統(tǒng)中一般不會使用這種閥門。

此外，壓差控制閥管控的是管道里面的壓差，該種控制閥可以使管內(nèi)的水壓差始終保持在原本預(yù)期的壓差值左右，這種控制閥適用于變流量系統(tǒng)，調(diào)試較為簡單，但是工作人員必須精確運算出系統(tǒng)內(nèi)的壓降。

3.6 調(diào)節(jié)裝置

當前常用在熱網(wǎng)中的熱力平衡裝置分別為平衡閥、普通截止閥和裝設(shè)孔板。其中，平衡閥需要人工手動調(diào)節(jié)壓力，儀器無法自行跟隨系統(tǒng)的變化而自行調(diào)節(jié)阻力，所以被稱為靜態(tài)平衡閥。平衡閥管控的是管道里面的阻力，在平衡好每個管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的阻力后，起到每個環(huán)路之間的阻力一致的作用。因為平衡閥安裝費用較高，且需要人工調(diào)節(jié)，故一般很少采用這種裝置。

3.7 水力平衡技術(shù)的應(yīng)用

水力平衡調(diào)節(jié)主要是根據(jù)系統(tǒng)的水力狀況對流量的分配進行調(diào)節(jié)，由于流量輸配受沿程阻力的影響導(dǎo)致流量不均衡，我們通常采取水力平衡技術(shù)來解決。水力平衡技術(shù)往往被運用于某一區(qū)域的供熱總網(wǎng)當中，使用過程中要完善專用調(diào)控設(shè)備的安裝，在安裝這一設(shè)備之后能夠有效解決供熱管網(wǎng)中存在的水力平衡問題。

現(xiàn)階段常用到的調(diào)控閥主要是電動調(diào)節(jié)閥，其主要是通過接收自動化控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的信號，來驅(qū)動閥門改變閥座和閥芯間的截面積大小，從而達到控制管道介質(zhì)溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)的目的，進而實現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)功能。在進行電動調(diào)節(jié)閥選擇過程中，需要對設(shè)計公稱壓力、公稱直徑、流量系數(shù)、介質(zhì)允許溫度范圍等參數(shù)給予綜合考慮。同時，如果要求保證流量和開啟高度呈現(xiàn)出正比例關(guān)系時，則需要選擇專用調(diào)節(jié)閥，其中最常見的有蝶閥和球閥，其均能夠達到預(yù)期的調(diào)節(jié)效果。

3.8 供熱管網(wǎng)分層管控技術(shù)的應(yīng)用

第一層管理也就是熱力站管理，在進行調(diào)控的過程中由管理人員進行數(shù)據(jù)信息的收集和監(jiān)控，同時，及時發(fā)現(xiàn)其中的異常數(shù)據(jù)，并進行相應(yīng)數(shù)據(jù)的傳輸。此外，通過運用調(diào)控中心的計算機系統(tǒng)還能實現(xiàn)針對數(shù)據(jù)的收集和處理，從而根據(jù)實際需求來進行數(shù)據(jù)相關(guān)命令的發(fā)布，以此來保證按照熱量需求進行分配，這樣就大大提高了供熱的效率和資源運用的有效性。

第二層管理的核心主要為監(jiān)控分站，使用監(jiān)控分站來實現(xiàn)對下屬區(qū)域中各個熱力站的實際運行狀況的監(jiān)督和管理。最后一層是中控室，主要運用流程在于：首先由下位機來實現(xiàn)控制指令的接收，控制指令主要通過監(jiān)控分站的轉(zhuǎn)發(fā)到達下位機，這種運行方式能有效提高下位機的運行安全性，在使用的過程中滿足熱量調(diào)控的目標。在下位機中主要運用到的調(diào)控方式為PLC控制器，這一控制器的主要功能在于進行信號測量、完成控制操作和進行預(yù)警。

3.9 城市供熱系統(tǒng)智能化控制分析

3.9.1 預(yù)警水錘現(xiàn)象

在密閉管路系統(tǒng)當中，受流體流量變化，會產(chǎn)生一定的壓力波，進而導(dǎo)致振動情況，這種現(xiàn)象稱之為水錘。由于是在一定時間內(nèi)造成的，因此將會具有較大的破壞性。在這段時間當中，管道流量變化，將造成管道壓強和沖擊，造成管道出現(xiàn)破裂，還會出現(xiàn)管線癟塌這樣的情況。

在供熱系統(tǒng)中，主要是以智能化監(jiān)管系統(tǒng)為主，不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測管道內(nèi)流量，針對預(yù)警水錘情況還能采取相關(guān)對策。對于停泵導(dǎo)致的水錘現(xiàn)象來講，所謂停泵水錘，具體而言，是指發(fā)生突然斷電，或者是相關(guān)原因造成的水泵停止運行。在水泵以及壓力管道中，水流速發(fā)生變化，進而造成壓力升降水力沖擊情況。如果出現(xiàn)停泵水錘這樣的情況，在水泵壓水管路中，擁有較大的起伏，還會出現(xiàn)斷流水錘。換言之，管路最高處中會出現(xiàn)負壓，如果壓強值低于飽和壓力，將會發(fā)生汽化，進而形成汽腔，使連續(xù)水流出現(xiàn)中斷現(xiàn)象。

另外，在供熱系統(tǒng)運行過程中，管段處流量出現(xiàn)較大變化時，在通信網(wǎng)絡(luò)下，數(shù)據(jù)能夠被及時反饋到監(jiān)控中心。在這個過程中，監(jiān)控中心會向控制點發(fā)出指令，并進行報警處理。當控制點接收到相關(guān)指令以后，及時將管道氣門開啟，這樣才能將管道當中的空氣及時排出，并減少增壓泵轉(zhuǎn)速，進而降低系統(tǒng)流量實際壓力。當搶險人員到達現(xiàn)場以后，針對不能進行有效預(yù)警處理的水錘現(xiàn)象，將會依據(jù)原預(yù)案，對解決措施進行深入性研究。

3.9.2 供熱智能化監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用要點

對于供熱智能化監(jiān)管系統(tǒng)而言，能夠?qū)崟r監(jiān)測供熱管網(wǎng)當中的數(shù)據(jù)參數(shù)，還能對供熱過程中的潛在問題進行預(yù)判，進而對問題進行及時地反饋，在真正意義上給予供熱質(zhì)量提供保障，降低人力物力等不必要的浪費，確保供熱系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

另外，有效運用智能化系統(tǒng)，能夠打破傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)人力，進而確保智能化實現(xiàn)經(jīng)濟節(jié)約。作為操作人員，應(yīng)給予一定的技術(shù)培養(yǎng)，確保在供熱系統(tǒng)中，能夠有效調(diào)整換熱站以及熱源，進而對城市供熱系統(tǒng)進行控制。不僅能夠減少投資成本，還能提升運行效率。

4 結(jié)束語

導(dǎo)致供熱管網(wǎng)出現(xiàn)水力失調(diào)問題的原因有多種，所以要根據(jù)具體的原因，采取多樣化策略和方法。逐步重視水力平衡的調(diào)試工作，達到熱網(wǎng)之間的水力平衡，確保用戶都可以享受比較優(yōu)質(zhì)的供熱體驗，全面推動我國供熱事業(yè)的蓬勃發(fā)展。