石家莊裕西隔壓熱力站混水改造方案探討

祝成智　王宗滿　徐志濱

摘要：石家莊裕西隔壓熱力站一級管網設計溫度130/70℃，二級管網設計溫度115/55℃，由于種種原因一直沒達到設計參數，供熱效果不理想，在保證供熱管網安全穩定運行的情況下，熱力公司對站內設施進行了混水改造，降低了一級管網的回水溫度，提高了二級管網的供水溫度，最終取得了比較滿意的供熱效果。

關鍵詞：隔壓熱力站；混水改造方案；一級管網；二級管網；供水溫度；回水溫度 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU995 文章編號：1009-2374（2015）15-0028-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.014

1 概況

石家莊鹿華熱電廠與供熱轄區地勢高差較大（首站與市區地形高差約78m），且供熱半徑較遠（約20km），為保證管網運行安全穩定，2012年在距鹿華熱電廠11km處建設了裕西隔壓熱力站。隔壓熱力站為大型的水-水熱力站，一級管網來自鹿華熱電廠，經過換熱后的二級管網作為三級熱力站熱源，站內設有9臺75MW和3臺70MW板式換熱器，設計供熱能力為885MW。有5臺二級管網循環水泵并聯運行，其中4臺工頻泵、1臺為變頻泵，每臺泵額定流量為4300m3/h。一級管網設計參數為：壓力2.5MPa，溫度130/70℃，流量12800t/h，二級管網設計參數為：壓力1.6MPa，溫度115/55℃，流量12900t/h。

2 改造原因

鹿華熱電廠2013年對機組進行了高背壓改造，為提高電廠運行安全及乏汽利用率，電廠要求一級管網回水溫度不能高于58℃，因此在實際運行中一級管網供回水參數受到限制。根據2013年和2014年采暖期隔壓熱力站運行記錄報表，隔壓熱力站實際運行中一級管網供水溫度最高為109.4℃，最低為70.7℃，一級管網回水溫度最高為57.3℃，最低為45.5℃。通過實際運行數據可以看出，隔壓熱力站原設計時采用的一級管網參數較高，而鹿華熱電廠在高背壓改造之后，實際外供隔壓熱力站的一級管網參數較低，與設計值差距較大。同樣由于換熱器實際運行中一級管網流量、溫度與設計值不同，導致板式換熱器的實際效率達不到廠家標定的理論換熱效率。兩方面因素導致隔壓熱力站實際運行時二級管網溫度達不到設計值。根據2013年和2014年采暖期隔壓熱力站運行記錄報表，二級管網供水溫度最大為82.1℃，最小為58℃，與設計溫度115℃存在較大差距，使得供熱效果不理想。為了提高供熱質量，供熱公司決定對隔壓熱力站一、二級管網之間進行部分混水，以此來提高二級管網供水溫度，降低一級管網回水溫度。

3 混水改造方案

結合隔壓熱力站實際情況，五臺循環水泵中只有一臺為變頻泵，且廠房內沒有額外增加循環水泵和變頻器的空間。考慮到混水量要根據實際需要進行調節，四臺工頻泵無法滿足調節要求，因此最終確定最大混水量按一臺變頻泵的額定流量考慮，即最大混水量為4000t/h。根據隔壓熱力站運行數據，一級管網供水母管壓力平均為1.18MPa，二級管網供水母管壓力為1.0MPa，由此看出一級管網供水管壓力始終高于二級管網供水管壓力，直接在一級管網母管和二級管網母管之間設置一連通管即可實現部分一級管網高溫熱水混入二級管網供水管中。為了防止運行瞬態情況下的壓力反差，連通管上設置止回閥，并在止回閥前后均設電動蝶閥，在閥組下游的管道上設流量測量裝置。

為了使本次混水改造不對原供熱管網流量造成影響，保持一、二級管網水量平衡，需將二級管網回水補充至一級管網回水管中，補充水量與供水連通管混水量相同。根據隔壓熱力站實際運行數據，變頻泵出口壓力基本不小于1.2MPa，一級管網回水母管壓力平均為1.12MPa，因此從變頻泵出口加設回水連通管至回水母管，即可實現管網回水從二級管網補充至一級管網。在回水連通管接口至板換前回水母管之間設置電動蝶閥，在回水連通管上也設置電動蝶閥，在實際運行中按是否需要混水的要求，兩個閥門切換使用。在需要混水時，開啟供水連通管、回水連通管上的電動蝶閥，同時關閉變頻循環水泵至板換之間的蝶閥。根據實際管網溫度進行調節，可以通過變頻泵對實際混水流量進行調節，變頻泵最大流量為4000t/h。混水流量可通過設置在供、回水連通管上的流量測量裝置進行測量。在不需要混水或者管網出現異常情況需要切斷混水時，關閉供水、回水連通管上的電動蝶閥，同時開啟變頻泵與板換之間的閥門。新增電動蝶閥、流量計和變頻泵的控制加到原DCS控制系統，可以根據設定的溫度自動調節變頻泵和電動蝶閥的開度。混水改造系統流程簡圖見圖1：

圖1 一、二次熱網混水流程簡圖

4 混水溫度計算

根據2013年11月至2014年3月期間隔壓熱力站運行記錄數據反算出的換熱器平均效率為0.96（由于篇幅所限不再列出計算過程），該換熱效率比較符合板式換熱器的實際情況。由于實測一級管網流量均在11500t/h左右，本次計算按11500t/h進行設定，其他數據均以隔壓熱力站實際運行記錄為準。對一、二級管網供、回水溫度各取典型的4組數據，以及對所有運行記錄445組數據的平均值進行計算，一、二級管網混水量按4000t/h考慮，混水溫度的計算結果見表1：

表1 混水量為4000t/h時的混水溫度

序號 熱網流量（t/h） 混水前熱網溫度

（℃） 混水后熱網溫度（℃） 混水效果

（溫度變化）

一級管網 二級管網 一級管網供水 一級管網回水 二級管網供水 二級管網回水 二級管網供水 一級管網回水 二級管網供水 一級管網回水

1 11500 16979 103.50 55.70 79.10 49.30 84.85 53.47 5.75 2.23

2 11500 16953 103.00 55.30 78.70 48.90 84.43 53.07 5.73 2.23endprint

3 11500 15104 76.70 47.20 63.70 42.00 67.14 45.39 3.44 1.81

4 11500 18368 77.40 48.20 62.30 45.30 65.59 47.19 3.29 1.01

5 11500 16806 99.10 56.00 76.60 49.00 81.96 53.57 5.36 2.43

6 11500 16997 99.30 55.90 76.80 49.20 82.10 53.57 5.30 2.33

7 11500 20972 82.70 44.50 61.00 41.00 65.14 43.28 4.14 1.22

8 11500 21120 81.10 44.60 58.00 40.00 62.38 43.00 4.38 1.60

9 11500 16979 102.50 55.00 78.70 49.10 84.31 52.95 5.61 2.05

10 11500 16892 102.40 55.50 78.40 48.60 84.08 53.10 5.68 2.40

11 11500 21138 80.30 45.10 59.00 40.00 63.03 43.33 4.03 1.77

12 11500 21007 80.20 44.80 58.00 40.00 62.23 43.13 4.23 1.67

13 11500 16936 99.90 55.90 77.00 49.30 82.41 53.60 5.41 2.30

14 11500 16936 99.70 55.20 77.10 49.20 82.44 53.11 5.34 2.09

15 11500 21212 83.90 45.40 61.00 41.00 65.32 43.87 4.32 1.53

16 11500 21224 83.40 45.30 61.00 41.00 65.22 43.80 4.22 1.50

平均 11500 17811 91.03 50.74 69.96 45.11 74.69 48.78 4.73 1.96

從上表計算結果可以看出，因一、二級管網供水溫度相差較大，回水溫度相差較小，因此混水后供水溫度的變化比回水溫度變化明顯，在混水量為4000t/h時，二級管網供水溫度平均升高4.73℃，一級管網回水溫度平均降低1.96℃。

5 對管網安全性的影響

隔壓熱力站是為分隔一、二級管網而建，來自鹿華電廠的一級管網熱水經過隔壓熱力站換熱后直接返回電廠，市區二級管網熱水僅在隔壓熱力站與市區各三級站之間流動，兩個管網實現物理隔離，不受相互影響，管網運行安全性較高。

二級管網混水后，通過連通管將兩級管網直接連通，兩級管網壓力波動、瞬變，管道及附件破裂漏水等都將相互影響，管網運行安全性有所降低。為了盡可能減小一、二級管網之間水錘的相互影響，在布置連通管時，考慮采用彎頭改變流體方向，以此方式削弱水錘的傳播，彎頭的壁厚適當加大，并在彎頭處設置支架。

供回水連通管均設有電動蝶閥，當一、二級管網發生破裂、漏水等異常情況時，可以關閉閥門以切斷一、二級管網之間的連通，切斷后恢復為改造前的運行狀態，管網特性與混水前相同。為了降低電動閥門故障或內漏的影響，供水連通管上設有兩個電動蝶閥。為了防止和減緩連通管電動閥門的開關引起管網壓力的瞬變，應要求閥門的啟閉時間不少于20秒。隔壓熱力站二級管網循環泵設有旁路管道，通過旁路管道將二級管網回水管母管與泵出口母管相連，旁路管上設有止回閥以防止水擊。當熱網循環水泵斷電的瞬間，熱網循環泵入口側壓力上升，出口側壓力急劇下降，在此壓差作用下旁路上的止回閥開啟，入口側循環水流入出口側管網系統，從而降低泵入口側管道壓力增高的幅度，減緩、防止水擊危害。

6 結論與建議

（1）通過一、二級管網的混水措施，可以降低一級管網的回水溫度，提高二級管網供水溫度，能夠在一定程度上解決鹿華熱電廠高背壓改造帶來一級管網熱水品質較低的問題。根據2014年采暖季運行的數據來看，基本與混水計算溫度相符；（2）在實際運行中，對管網的壓力要做實時監測，要求一級管網供水壓力不低于1.15MPa、不超過1.5MPa，并設置壓力報警值，到報警值時系統能夠自動報警，如果壓力持續降低（或升高）時通過連鎖裝置將混水連通管上的電動蝶閥自動關閉，同時變頻泵與板換之間的電動蝶閥自動開啟。同樣，如果二級管網壓力變化超過設定值，在系統報警的同時自動切斷一、二級管網之間的連通管；（3）一、二級管網之間增設連通管后，降低了隔壓熱力站所起到的隔壓能力，將出現一、二級管網相互影響的情況，一定程度上降低了管網運行的安全性。通過對閥門啟閉時間的限制，可以避免或減緩連通管閥門操作對管網運行的影響，采用高質量的閥門在一定程度上提高了安全性。

參考文獻

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（責任編輯：周 瓊）endprint