分布式變頻系統在供熱管網中的應用探究

尹熙俊

摘 要：分布式變頻系統可以降低供熱一級管網壓力，提高整體管網安全性。是保障供熱系統良好穩定運行的重要手段。本文首先大概闡述了分布式變頻系統的運行方式，再分析分布變頻系統在供熱管網中的應用優勢，最后針對具體應用展開探究，以供參考。

關鍵詞：分布式變頻系統;供熱;管網安全

前言：隨著人們生活質量的提高，對供熱安全的重視程度逐漸提升。傳統的以供熱首站循環泵為主的供熱方式安全風險較大，在供熱負荷較高的情況下，一級供熱管網需要承擔較大的運行壓力，極易引發管網漏泄，甚至造成安全事故。而分布式變頻系統通過將運行壓力分散開，再進行變頻，不僅能夠節約能源，還能夠降低以及供熱管網的壓力，提高供熱的安全性。

一、分布式變頻系統概述

我國供熱系統正處于全面發展階段，大面積供熱地區多處于北方。專家預計，2023年，我國的集中供熱范圍可以達到119.3億平方米。在供熱范圍逐漸擴大的趨勢下，如何提高供熱的穩定性，降低供熱事故發生頻率成為了值得探討的議題。供熱的基礎是保證人民的生命財產安全，需要提高供熱的安全性，降低供熱過程中的隱患。隨著供熱面積的逐漸擴大，傳統供熱方式致使供熱一級管網承受較大的運行壓力，極易因為負荷過重產生一系列連鎖問題。供熱管網壓力大的首要原因就是供熱系統單一，為了解決該問題，專家研發出分布式變頻供熱系統。

分布式變頻系統將每個熱交換站中，在一級供熱管網回水管路上加裝一臺熱水循環泵。通過變頻器，控制水泵出力[1]。其中，熱網首站循環泵泵用來控制水循環，保證管網基本流量穩定。每個換熱站通過一級管網的熱網循環水泵進行一次網的水循環。二次管網循環水泵，主要負責用戶側。該系統中水泵數量較多，水泵點裝機容量較低，運行電耗小，供熱一級管網所承受的運行壓力較小。由于管網負荷較小，安全性得以提升。

二、分布式變頻系統優勢

集中供熱系統主要包含五個環節。熱源是產生熱量的源頭，是供熱系統中必不可少的部分。它通過消耗能源產出熱量，并輸送到一級管網。一級管網負責將熱源廠生產的熱能運輸到換熱站。通常情況下，能源的運輸方式是高溫高壓水。換熱站將高溫高壓水降溫降壓，再傳輸到二次管網。二次管網將接收到低溫低壓水傳輸到用戶設施。經過以上環節，實現集中供熱。一級管網作為高溫高壓水的直接接收和運輸渠道，運行壓力較大，故障率高，老化速度快。在此基礎上，分布式變頻系統應用具有實際意義。

（一）降低能耗

分布式變頻系統可以降低能源的浪費，實現節能目標。通過變頻設計，可以隨著供熱需求的變化而進行自身調節，避免在設計時預留過多造成的資源浪費。該系統在各個環節多處使用自動化技術，實現首站和熱力站的自動控制。通過自動控制，智能的貼合供熱系統的供熱需求。降低多余能耗的同時，降低人工操作在供熱系統中的占比。這不僅能夠降低人力成本，降低人工操作失誤比率，還能夠提升供熱系統的安全性，避免檢修、維護人員的生命安全受到威脅。如果僅靠人工操作，調控的精準度難以得到保證，調節周期也相對較長，會造成能源的消耗。

（二）穩定性強

該系統采用零壓點壓差的控制技術，能夠提高水循環的穩定性。將系統負荷進行統一處理，在流量變化時，降低壓差變化。通過系統自行調節的方式，提高用戶的便捷性，為供熱對象提供良好的服務。另外。主循環泵承受壓力得以降低，只需承受零壓點位置前的壓降。在轉速發生變化時，主循環泵受影響較低，穩定性較強，運行效率較高。

（三）降低管網壓力

傳統的供熱系統通常在系統運行后逐漸增加管網壓力，沒有進行科學合理的提前規劃，很容易造成管網壓力過大。而分布式變頻系統中的主循環泵可以根據負荷的變化進行調節，大大地緩解了管網的壓力。在后期供熱范圍發生變化時，可以實時進行自我調整，平衡一級管網的負荷。提高管網的使用壽命同時，還能夠通過調節降低管網因異常工作發生故障，影響供熱的穩定性和安全性。另外，該系統有利于緩解水泵的氣蝕情況，提高水泵的運行安全。該系統運行較為平滑，通過變頻設計降低實際的操作頻率，提高使用年限。

三、分布式變頻系統在供熱管網中的應用

（一）應用方案

分布式變頻系統可以降低供熱一級管網的運行壓力，提高管網安全性。在供熱過程中，首站循環泵泵和熱力站循環泵相互獨立。將壓力分攤出去，而不是集中在一端?？梢匀≈虚g數值為壓力交匯點，此時壓力交匯點前的管網阻力損失集中在主循環泵上，而之后的集中在用戶泵上。此舉能夠將管網系統的壓力分攤出去，極大的降低管網壓力。壓力集中在主循環泵和熱力站循環泵上，各自壓力均處在可以承受的范圍內，不至于超負荷作業，提高了整個管網系統的安全性和穩定性。避免某個環節因負荷過重發生故障，造成安全隱患。該系統下，管網壓力可以降低到115.2mH2O。在零壓點壓差的作用下，降低節流損失，提高管網的輸送效率。

（二）分布式變頻設備選擇

一般情況下，10萬平方米左右的熱力站需要配備15kW、22kW、30kW的一級網分布式循環泵。15萬平方米的熱力站則需要配備30kW、37kW、55kW的一級網分布式循環泵。20萬平方米的熱力站則需要配備45kW、55kW的一級網分布式循環泵。25萬平方米的熱力站則需要配備45kW、75kW的一級網分布式循環泵。30萬平方米的熱力站則需要配備75kW、90kW的一級網分布式循環泵[2]。以上每個循環泵均需配備一臺變頻器，以及備用循環泵。20萬平方米及以上的熱力站還需在安裝一臺供熱機組的基礎上，預留一臺。

（三）事故工況模擬分析

如果在供熱過程中發生事故工況，分布式變頻系統會進行一系列調控，保證供熱系統的安全性，具體流程如下。

如果首站循環泵發生故障，停止工作，系統會在一分鐘后將壓管閥門自動關閉。關閉時長大約在10秒左右，在此過程中，首站流量逐漸增加，均壓管流量逐漸降低，起到保護作用。具體流量變化如下圖。

均壓管閥門關閉后，首站和均壓管流量開始發生變化，變化到一定值后趨于穩定。首站流量處于較高水平，此時，部分換熱站因為閥門的關閉，流量的變化導致流量波動。如圖所示。

在均壓管閥門關閉后，部分換熱站的流量開始下降，下降幅度較小。達到某一定值后，趨于平穩。經數據統計可知，流量波動與熱源距離越小，穩定的速度就越快。管網在穩定后，與初始值相比，供熱量會發生一定的下降。如圖所示。

熱源循環泵故障后，一級網流量依舊可以穩定在原值的一半以上。大多數換熱站依舊能夠保持部分流量，不至于整體停工。與管網距離較遠的換熱站流量相對較大，基本都能達到故障工況的相關標準。另外，均壓管閥門關閉后，熱能損耗較小，供熱水流溫度較高，能夠緩解供熱事故工況的不良影響。大多換熱站也能夠保持七成以上的供熱量，據此可以看出分布式變頻系統能夠提升供熱系統的安全性。

通過事故工況分析，可以看出，分布式變頻系統在供熱出現問題后會進行自我調節。通過分布式管網調節各分布泵的流量，由于分布泵流量和與首站的循環流量相比較大，可以使二者流量合流。首站出口熱量與出站熱量差距較小，管網熱力變化較小。分布式變頻系統能夠保證管網系統的安全性，提升供熱系統穩定性。

結論：

分布式變頻系統可以通過分壓降低一級管網的壓力，將壓力轉移到主循環泵和用戶泵上，延長管網的使用壽命，降低管網發生故障的概率，保證管網安全。與此同時，該系統還能在供熱系統發生故障時，保持供電的穩定性和安全性。

參考文獻：

[1]李奎偉，康健，劉勇.降低供熱系統運行壓力的改造方案對比分析[J].區域供熱，2020（01）：23-25+49.

[2]張嬌嬌.分布式變頻供熱系統熱網優化及節能策略研究[D].沈陽建筑大學，2019.