智慧節(jié)能技術(shù)在熱網(wǎng)運(yùn)行管理方面的應(yīng)用和實(shí)踐

孫冰

摘? 要：高效、經(jīng)濟(jì)地為用戶提供合格的產(chǎn)品是熱電企業(yè)的首要任務(wù)，熱網(wǎng)系統(tǒng)作為熱電企業(yè)對(duì)外提供供熱服務(wù)的主要渠道，在做好保障供應(yīng)、穩(wěn)定供應(yīng)、安全供應(yīng)的同時(shí)，合理輸送、減少損失、提高效益是熱網(wǎng)管理的核心內(nèi)容。智慧節(jié)能技術(shù)在熱網(wǎng)運(yùn)行管理方面的應(yīng)用是通過對(duì)整個(gè)熱網(wǎng)及用戶數(shù)據(jù)的智能采集、分析、運(yùn)算，以能量平衡為基礎(chǔ)來查找熱網(wǎng)運(yùn)行中的薄弱環(huán)節(jié)，提高熱網(wǎng)的整體輸送效率。在為用戶提供優(yōu)質(zhì)能源的同時(shí)，進(jìn)一步降低損耗，節(jié)約資源，實(shí)現(xiàn)供、用方的“雙贏”。

關(guān)鍵詞：熱力管網(wǎng);智慧分析;節(jié)能降耗

中圖分類號(hào)：TU995 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）05-0180-03

1 概述

高效、經(jīng)濟(jì)地為用戶提供合格的能源產(chǎn)品是熱電企業(yè)的首要任務(wù)，熱網(wǎng)系統(tǒng)作為熱電企業(yè)對(duì)外提供供熱服務(wù)的主要渠道，在做好保障供應(yīng)、穩(wěn)定供應(yīng)、安全供應(yīng)的同時(shí)，合理輸送、減少損失、提高效益是熱網(wǎng)管理的核心內(nèi)容。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，采用新的技術(shù)手段來實(shí)施熱網(wǎng)管理的智能化、信息化是熱電企業(yè)熱網(wǎng)管理的必然趨勢(shì)。

智慧熱網(wǎng)是要面對(duì)海量信息數(shù)據(jù)，通過分析計(jì)算，查找可能存在的問題，進(jìn)一步挖掘節(jié)能的潛力。數(shù)據(jù)信息時(shí)刻都在生成，這些信息反映了整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的現(xiàn)狀。在這些信息中包含了用戶實(shí)際的熱能需求、輸送過程的損失、計(jì)量器具的誤差、人為干擾的因素等，如何從數(shù)據(jù)中將這些混雜的因素加以逐一剝離，找出問題的關(guān)鍵來加以消除，使得熱網(wǎng)系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠、傳輸更為經(jīng)濟(jì)、高效是我們要在智慧熱網(wǎng)中所要加以解決的問題。

2 熱力輸送過程中的主要損失及解決對(duì)策

目前熱力輸送主要是通過熱力管道進(jìn)行，熱力在整個(gè)輸送過程中能量呈逐步衰減狀態(tài)。能量衰減主要是由于各種損失所造成的。隨著輸送距離的增加，損失也在不斷的累計(jì)。主要的損失形式有：阻力損失、表面散熱損失、冷凝水排放損失、表計(jì)誤差損失、人為因素?fù)p失等。其中阻力損失、表面散熱損失、冷凝水排放損失占了損失的大部分， 而表計(jì)誤差損失、人為因素?fù)p失為偶發(fā)損失，雖然對(duì)整體而言占比不大，但是對(duì)特定點(diǎn)來說卻是影響很大，屬于需要優(yōu)先處理的問題。

2.1 阻力損失

阻力損失主要由管道結(jié)構(gòu)（局部阻力損失）及輸送速度（沿程阻力損失）決定的。局部阻力損失在管道設(shè)計(jì)確定后就固定下來了，沿程阻力損失是隨著流體運(yùn)動(dòng)速度而改變，速度越大，阻力越大。所以選擇合理的管道結(jié)構(gòu)和適合的輸送速度是降低阻力損失的關(guān)鍵。智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)是通過計(jì)算分析整個(gè)熱網(wǎng)中各管路段的阻力來尋找損失比例較高的管段，從而指導(dǎo)管理者調(diào)整用戶開口位置來綜合降低阻力損失。

2.2 表面散熱損失

表面散熱損失主要由管道表面與自然界存在溫差造成的。溫差越大、表面積越大熱損失就越大。選擇合適的保溫材料，提高熱阻，減少表面積是降低熱損失的關(guān)鍵。智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)通過仿真計(jì)算各段的表面散熱量與實(shí)際管損量的差別來查找出散熱損失較大區(qū)段，針對(duì)性的進(jìn)行加強(qiáng)保溫降低散熱損失。

2.3 冷凝水排放損失

這是一個(gè)與散熱損失有關(guān)聯(lián)性的熱損失。隨著散熱量的增加，部分水蒸汽冷凝成液相，當(dāng)積累到一定比例后必須要加以排放，可以從分段的散熱量來換算成冷凝水量加以計(jì)算。智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)通過用戶數(shù)據(jù)、散熱數(shù)據(jù)來計(jì)算出冷凝水量，更加合理地設(shè)置排放點(diǎn)，減少冷凝水排放熱損失。

2.4 表計(jì)誤差損失

表計(jì)誤差是必然存在的，不可避免，正負(fù)都有可能，在正常的誤差范圍內(nèi)是允許存在的。如何來判斷是否是正常誤差還是超差才是我們需要關(guān)注和解決的。智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)通過將管道沿線用戶作為一個(gè)連續(xù)鏈路來綜合判斷表計(jì)是否處于正常運(yùn)行的參考。通過建立歷史數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行比對(duì)來發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，進(jìn)一步減少因表計(jì)損壞帶來的計(jì)量失準(zhǔn)。

2.5 人為因素?fù)p失

這部分損失最不可控，常帶有突發(fā)性或隱蔽性。突發(fā)性的往往是計(jì)量系統(tǒng)因人為因素?fù)p壞，表現(xiàn)的結(jié)果為突然失去通訊信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)表計(jì)無計(jì)量停表，這個(gè)比較容易發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)也會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警，以便維保人員及時(shí)處理。對(duì)于隱蔽性的人為因素造成的計(jì)量重大偏差有時(shí)就難以在常規(guī)管理模式下在短時(shí)間里發(fā)現(xiàn)。因是故意所為，常常有專業(yè)人員參與，甚至通過技術(shù)手段來加以掩蓋，做的比較巧妙。智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)主要是通過建立溫度、壓力、流量的歷史數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，同時(shí)參照該用戶段管損來查找可能出現(xiàn)的問題用戶。

3 應(yīng)用實(shí)例及現(xiàn)實(shí)節(jié)能效果

利用仿真計(jì)算查找管網(wǎng)超標(biāo)散熱損失：

我公司目前對(duì)外供熱管道共計(jì)四條主管，其中供應(yīng)韓泰輪胎有限公司方向的一條口徑426mm的中壓管道（沿途有三家熱用戶，具體分布及參數(shù)如表1），通過多年數(shù)據(jù)的記錄，發(fā)現(xiàn)整段管損比其他管網(wǎng)大，一直也沒有找到癥結(jié)所在，2018年10月份通過實(shí)施了智慧熱網(wǎng)管理系統(tǒng)，通過仿真與管網(wǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，從中發(fā)現(xiàn)了問題所在，結(jié)合后續(xù)的改進(jìn)措施，使得各項(xiàng)損失得到有效的控制，有針對(duì)性地進(jìn)行改進(jìn)，使得供熱更加穩(wěn)定，管損持續(xù)降低，蒸汽品質(zhì)有所提高，做到了用戶滿意，企業(yè)節(jié)能增效的雙贏效果。具體如表1。

根據(jù)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)及尺寸，按照當(dāng)?shù)貧庀髼l件（平均氣溫21℃，平均風(fēng)速1.5m/s），運(yùn)用傳熱學(xué)原理（按照管內(nèi)溫度、保溫材料熱阻特性、環(huán)境溫度風(fēng)速等條件）分段仿真計(jì)算出各段的散熱損失。具體見表2、3。

實(shí)際的出口表計(jì)與各用戶的計(jì)量表計(jì)差值（質(zhì)量管損，含表計(jì)誤差）在4.46%左右，仿真計(jì)算管損與實(shí)際管損基本保持了一致。從管損的組成看，散熱損失占86%，冷凝水（含泄漏）熱損失占14%。所以重點(diǎn)應(yīng)關(guān)注散熱損失的情況。

其中從熱電廠出口到韓泰公司、禾欣實(shí)業(yè)、禾欣可樂麗的總管都是426口徑，但是單位長(zhǎng)度的熱損失卻差距較大，其中到韓泰公司這一段總管，承擔(dān)了全部的熱力輸送任務(wù)，管內(nèi)溫度也較高，在保溫層相同的情況下，表面溫度較高，散熱量較大，比其他管段平均高出了16%，也是符合實(shí)際情況的。就需要對(duì)保溫層進(jìn)行加厚，進(jìn)一步減少散熱量。改造前具體模擬計(jì)算結(jié)果如表4。

通過選擇典型段管線進(jìn)行加包4cm厚度硅酸鋁棉試驗(yàn)，并分期對(duì)前段10公里管線進(jìn)行作業(yè)，表面溫度明顯下降，經(jīng)實(shí)測(cè)，溫度平均降低5℃左右，通過計(jì)算在該試驗(yàn)管段，每百米散熱損失由原來的63305 kJ/百米·小時(shí)，降低到36371kJ/百米·小時(shí)，比原來降低了26935 kJ/百米·小時(shí)，降低率達(dá)到42.5%，整段減少熱損失達(dá)到2693400kJ/h（折標(biāo)煤92kg/h），整體管損下降到5.00%（減少1.016%），每年可節(jié)約標(biāo)煤800噸/年（原煤1120噸/年），每年實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益73萬元。

在整個(gè)熱網(wǎng)管路系統(tǒng)中，較為普遍的現(xiàn)象是出口段因蒸汽溫度高，單位面積表面散熱量較大，三條低壓管道，一條中壓管道[低壓出口參數(shù)0.8MPa/300℃/中壓2.5MPa/300℃），管道口徑800（低）/600（低）/400（低）/300（中）mm，保溫層厚度200mm]管道，也有同樣情況存在。由于管道更粗，表面積更大，單位長(zhǎng)度散熱損失就更大。經(jīng)模擬測(cè)算，在前段5km加包4cm厚度硅酸鋁棉，將使得表面溫度平均降低6℃左右。

具體分析計(jì)算如表5。每小時(shí)減少熱損失5380000kJ/h，折183kgce/h，每天可節(jié)約標(biāo)煤4.4噸，一年可節(jié)約標(biāo)煤1600噸，經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)150多萬元。

4 結(jié)束語

熱網(wǎng)的管理經(jīng)歷了人工抄表、無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)抄表、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)管理，正進(jìn)入到智能化管理時(shí)代，各項(xiàng)功能隨著互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的到來而進(jìn)入了一個(gè)嶄新階段。今后的智慧熱網(wǎng)不再滿足于抄表功能，更多的將關(guān)注于系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、合理性，高效率、低損耗地為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。我們的終極目標(biāo)是在提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時(shí)，智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)可以為每個(gè)用戶提供一個(gè)量身打造的更加合理的用熱方案，來進(jìn)一步提高用戶端用熱的合理性，從而使得系統(tǒng)的能源利用效率更高，為社會(huì)的節(jié)能貢獻(xiàn)出一份力量。

參考文獻(xiàn)：

[1][美]W.M.羅森諾.傳熱學(xué)手冊(cè)[M].科學(xué)出版社，1985.

[2]張紅兵.熱能工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)，1998.