供熱系統變動水力工況分析及應用

摘要：供熱系統水力工況變動或失調的分析以及在實際供暖系統中如何應用。

關鍵詞：水力工況變動 分析及應用

1 水力失調概況

設供熱系統的設計流量為G(m3/h)，實際流量為GS(m3/h)，其比值x稱為供熱系統的水力失調度：

X=GS/Gg

在供熱系統中，一定的流量總是與一定的壓力相對應，所以對水力工礦的變化進行分析時，流量的變化是首要考慮的因素。由此，供熱系統水力失調的程度可通過水利失調x來表示。若X=1，也就是設計流量Gg與實際流量GS相同，則供熱系統的水利工礦比較穩定；若X≥1或X≤1，則可判定供熱系統的水力工況非常不穩定。

2 變動水力工況分析

2.1 水力工況變動的基本規律

2.1.1 管網阻力特性系數的大小往往決定著供熱系統各用戶流量的比值。如果管網阻力特性數不變，各用戶流量的比值也不會變動。

2.1.2 如果任何一個供熱系統的用戶或區段的阻力特性發生變化，位于這個區段之后（以熱源為前）的所有區段（不含該區段）流量成一致等比失調。

2.2 定性變動水力工況分析（定性分析法）

2.2.1 恒壓點壓力變動

水泵的規格及型號、管網阻力系數都沒變，按上文闡述的基本規律可判定系統流量也未發生任何變動，也沒有出現水力失調的問題，所以水壓圖的形狀是固定的，如果恒壓點壓力出現變動，其會沿縱坐標軸上下平移。在這種情況下，流量不變，但系統壓力會發生較大的變動，水壓將無法達到系統運行的基本要求，應力求防止。

2.2.2 循環水泵出口閥門關小

ΔH3當水泵出口閥門關小時，系統S值必然增大，根據水泵工作點的變動，水泵揚程將略有增加，與此同時，系統流量G必有減少趨勢。其變動水壓為：水壓線陡降部分，表示因出口閥門節流引起的壓力損失。動水壓線斜率較原水壓圖平緩，表示由于水流量減少，管網壓力損失也減小。又因除水泵出口閥門關小外，系統用戶閥門均未調節，根據上述基本規律可知各用戶流量將成比例地減小。為了改善這種情況，我們除加強了對這些閥門的維修保養力度外，還制定了閥門的操作程序：

①起動前要檢查水泵及電機是否完好。

操作順序：關閉水泵出水閥；開啟進水閥，再開動電動機，當壓力

②表指針指到規定壓力值時，緩慢開啟出水閥，并逐漸調至所需的水量；停止水泵運轉時，在緩慢關閉出水閥后，立即停止電動機再關進水閥。

③在正常運行時，經常檢查水泵和電動機。

2.2.3 供熱系統某一用戶閥門開大

圖1虛線、實線分別代表水力工況變動前后的水壓圖。設3用戶閥門開大，則系統總S減小，根據水泵工作點變動，水泵揚程略有下降（也可近似看做不變），系統總量G增加。因Ⅰ管段動水壓線變陡，1用戶資用壓頭△H1減少，在△H1=S1G2L中，因S1未變，必有G1減小。

在Ⅱ干管中流量GⅡ=G-G1，則GⅡ增大，即Ⅱ干管動水壓線也變陡，導致2用戶資用壓頭減少又因△H2=S2G22，S2未變，必有G2減少。在Ⅲ干路中，GⅢ=G-G1-G2，則GⅢ增大最多。即Ⅲ干路動水壓線斜率變陡。在Ⅲ干路以后的官網中，因阻力系數為變，又因△H3減小，G4、G5將成比例地減少，Ⅳ、Ⅴ干管動水壓線變平緩。對于3用戶流量，因G3=G-G1- G2- G4- G5，必然G3增大。通過上述定性分析，3用戶閥門開大，只有3用戶流量G3增加，系統其它用戶流量都會變小，但3用戶之后所有用戶流的量會一致呈現出等比失調的情況；3用戶之前的所有用戶的流量會一致呈現不

等比失調的狀況，用戶與3用戶之間相距越近，水力失調程度越嚴

重。

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圖1 用戶閥門變動圖

2.2.4 干管泄漏

供熱系統中一般都會出現干管泄漏現象。當干管出現了泄漏問題，供熱系統中的并聯環路就會增多，相應的將會降低系統總阻力系數和揚程，同時也會增加系統流量，但會減少所有用戶的流量。此外，泄露點的上游段水力坡線會變陡，但下游段水力坡線將趨于平緩。系統回水干管泄露的具體狀況如圖2所示。泄露前水壓圖用虛線代替，泄露后水壓圖用實線代替。若泄漏點為回水干管上的A點，則會增多A點上游干管中的流量，相應的會降低下游干管流量，同時也大幅度降低了供水干管和回水干管的壓力。

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圖2 干管泄露圖

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2.2.5 干管堵塞

干管堵塞也是供熱系統中頻繁出現的一個故障。干管堵塞之后，會加大供熱系統總阻力特性系數，循環水泵揚程提高，總循環流量減少。在干管堵塞點的上游區段；在其下游區段，水停止流動。圖3為回水干管堵塞，堵塞點為B，恒壓點為循環水泵入口處。其中虛線為堵塞前水壓圖，實線為堵塞后水壓圖。因堵塞后循環水泵揚程增加，故Hgh

3 保證供暖系統正常運行的措施

3.1 保證熱用戶有足夠的資用壓頭

如果外網提供資用頭不足，不能消除用戶室內供暖系統的阻力，就無法確保系統正常運行。因為外網和用戶供熱系統之間分別采用了不同的連接方式，即系統阻力不同，要求的資源壓頭也不同，若外網和用戶之間采用簡單直接的連接方式，則要求的資源壓頭H（資）=2-5mH2O；若采用噴射泵連接方式，出于對噴射泵的動力的考慮，資源壓往往為H（資）=8-12mH2O；若通過熱交換器實現間接連接，則資源壓頭應為H（資）=3-5mH2O。

3.2 確保設備不壓壞

散熱設備是供熱系統中比較薄弱的構造。一般鑄鐵散熱器（四柱、M-132、翼型等）、含有稀土元素的鑄鐵散熱設備的承壓能力分別為0.4Mpa（即40mH2O）和0.6Mpa，鋼串片散熱器約為1.0-1.2M。

因為系統的供熱范圍過大，建筑物分別采用型號不同的散熱設備，因此，處于對安全因素的考慮，底層散熱設備的承壓能力往往不能大于40mH2O（即0.4Mpa），檢查條件是：

P底/Pg≤40mH2O

3.3 確保不到空

管網各點壓力水頭不允許存在負壓，也就是P/Pg≮0（表壓），若存在負壓，管道內流體溶有的氣體就會逸出，形成空氣隔層，出現水、氣分離的現象。若官網處在運行狀態，則流體會斷流，不利于系統正常運行；若官網停止運行，水也無法灌滿整個管道，頂部出現空氣。供熱系統自身無法將空氣排除，必須影響供熱效果。此外，空氣從水中逸出引發了電化反應，管道腐蝕程度會更加嚴重。

為避免這種問題的出現，設計管網的過程中，應確保水壓圖的設計科學、合理。因為供熱系統頂部水壓最小，所以系統頂部水壓符合設計規范后，才能確保整個系統不存在倒空現象，檢查系統不出現這種問題的水壓條件必須是：

P頂/Pg≥2-5mH2O

其中2-5 mH2O是考慮管網水壓波動而給定的富裕量。

3.4 確保不汽化

要確保管網不出現此類問題，必須使管網各點的水壓比相應水溫的飽和壓力要大。管網中若存在汽化現象，蒸汽和水混流，極易引發水擊現象，所以要采取措施防止這種情況的發生應。

雖然最容易出現倒空和汽化現象的部位都是系統頂部，但具體方位卻存在差異，一般通過P頂/Pg≥Pb/Pg2-5mH2O來檢查系統水壓變化情況。

如果系統的供、回水溫度達到95/70℃，系統水壓只需達到不發生倒空的條件，也就能避免汽化現象的發生。要確保供熱系統不汽化，還要重視高溫水系統（供水溫度大于100℃）。我礦生活區供暖系統由于運行時間大，管路腐蝕嚴重，在2002年冬季運行中出現很多問題，2003年在夏季檢修工作中我們圍繞局部管網設計不合理，水泵流量是否滿足，干管泄漏、干、支管堵塞等突出問題，進行技術改造，通過2003年冬季一個采暖期的運行，效果明顯。

參考文獻：

[1]《供暖工作與管理》2006版.

[2]《司爐讀本》2008版.

[3]《建筑設計手冊》規范中中關于供暖管網設計部分.