三管制在枝狀熱水供熱管網改造中的應用

劉瑞峰，崔洪波，郝世杰

(1.雞西市特種設備協會 黑龍江 雞西 158100;2.沈陽渾南熱力有限責任公司 沈陽 110179;3.哈爾濱工業大學 哈爾濱 150006)

隨著熱用戶的增加，熱源容量需要增加，熱網也要隨之滿足新用戶入網的需要。近年來城市擴張，熱網不滿足供熱要求的情況越來越多，很多急需進行熱網改造，枝狀熱水供熱管網目前應用還是非常普遍。本文針對管網制式對比了兩管制改造方案和三管制改造方案在可靠性和經濟性方面的差異，所謂三管制改造方案簡單說就是將原有的供、回水干線作為三關制熱網供熱系統的兩根回水干管(或供水干管)，另外增設管徑大于原有管徑的供水干管(或回水干管)。算例為簡單的五用戶枝狀管網，經過可靠性指標及事故水力工況、材料特性系數比較后得出三管制方案既滿足了擴建需要，又實現了管網的輸送備用，大大提高了管網的可靠性，是一種既經濟又可靠的枝狀熱水管網改造方案。

1 三管制設計思路

圖1為兩供一回的三管制供熱系統的原理圖［1］。其中管線Ⅰ、Ⅱ為供水干管，管線Ⅲ為回水干管。正常工況下，閥門4、7、7’、7’’關閉。

當回水干管Ⅲ上如A點發生故障時，關閉回水干管閥門3、供水干管閥門2、用戶支線閥門6、6’、6’’以及 8、8’、8’’，打開閥門 4、7、7’、7’’，原來的供水干管Ⅱ變成回水干管，干管Ⅰ仍作為供水干管，系統成為一供一回制。

當故障管段發生在供水干管Ⅰ(Ⅱ)上時，只需關閉干管閥門1(2)和用戶支線閥門5、5’、5’’、(6、6’、6’’)，閥門 7、7’、7’’仍處于關閉狀態，保留一根供水干管，熱網變成一供一回式系統。

對于一根供水干管和兩根回水干管的情況與此類似。

圖1 兩供一回三管制系統示意圖

2 算例分析

根據上述思想，以圖2所示的算例管網為例，分析三管制在供熱改造中的應用。管網原設計熱負荷150 MW，每個換熱站的熱負荷為30 MW，供、回水溫度130℃/70℃，水力計算見表1。

2.1 雙管制改造方案

為了滿足擴建的需要，管網新增負荷150 MW，每個換熱站新增30 MW，若管網的管徑不變，原管網在擴建后負荷下運行，干線阻力損失和為78.15 mH2O，個別管段摩阻過大，造成管網壓力過高，若仍采用雙管制則要適當增大管徑，水力計算的結果見表2。

圖2 枝狀管網平面示意圖

表1 原枝狀算例熱網的水力計算表

表2 枝狀算例擴建后熱網的水力計算表

續表2 枝狀算例擴建后熱網的水力計算表

總熱負荷增加到300 MW的雙管擴建方案熱網的可靠性采用功能質量熱指標［1－2］評價。若熱網在為哈爾濱，供熱時間為179 d，即0.49 a。設閥門的故障流參數ωfa=0.002/a，管道的故障流參數 ωgl=0.05(km·a)［3］，則枝狀管網的可靠性指標計算見表3。

熱網系統的可靠性指標:

供熱系統的可靠性水平［2］:由街區鍋爐房和區域熱力站組成的供熱系統應取不低于0.85，由熱電廠組成的供熱系統應不低于0.90。所以熱源若為熱電廠則系統需采取結構備用的方案。

表3 枝狀管網可靠性計算表

2.2 三管制改造方案

采用三管制方案其水力計算結果見表4。

表4 三管制方案熱網水力計算表

從表4可以看出，管網干線的阻力損失降低，有利于管網穩定運行。循環水泵恰好不需要增設。

當事故管段發生在回水干管Ⅲ上以及當一根供水干管發生故障時，計算事故工況限額供熱水力工況，計算表明管網干管的壓降后者要遠遠小于前者，見表5及表6。(限額流量系數φ=0.5時當室外溫度為－40℃時，(對于典型建筑)故障允許修復時間可達 33 h［1］。)

表5 回水干管故障時的限額供熱工況水力計算表

表6 供水干管故障時的限額供熱工況水力計算表

總熱負荷增加到300 MW的三管制擴建方案熱網的可靠性功能質量熱指標評價可靠性以圖1為例，與雙管制不同，此處管段故障將轉入限額供熱不造成事故;閥門1、2、3、4故障造成全部用戶停止供熱;5號閥門故障時第一根供水干管關斷轉為一供一回限額供熱工況，相應用戶停止供熱;6號和7號閥門故障時第二根供水干管關斷轉為一供一回限額供熱工況，相應用戶停止供熱;8號閥門故障時回水干管關斷轉為第一根供水干管供水第二根供水干管變回水干管的限額供熱工況，相應用戶被關斷，則三管制可靠性計算如下。

表7 三管制可靠性計算表

三管制熱網的可靠性指標:

可見三管制方案可靠性非常高。

3 方案管網投資概算

3.1 雙管制擴建方案

(1)不考慮原有舊管道的回收利用。

(2)考慮舊管道回收利用。

3.2 三管制擴建方案

可見三管制管材消耗量小于雙管制擴建方案管材消耗量。

4 結論

文中以五個用戶的枝狀管網擴建為例，闡述三管制熱網的應用。隨著熱負荷加倍，管網需要擴建，以管網材料特性系數評價各種方案管材耗費量，得出三管制擴建方案能充分利用原有管網，擴建管材耗費量最少，經濟效益最佳。用可靠性理論評價了雙管制和三管制改造方案的可靠性，得出以熱電廠為熱源時，雙管制改造方案不滿足可靠性要求，而三管制改造方案輸送備用能力滿足可靠性要求，可靠性高。

［1］王 威.基于可靠性的熱網結構及輸送備用能力的研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業大學.2009.

［2］A.A.約寧.《供熱學》.北京:中國建筑工業出版社.1986.

［3］哈長鞠.復雜管網的分段和限額供熱系數的研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工業大學.2008.