供熱管網水力平衡調節技術綜述

宇航

摘 要：我國集中供熱產業起步較晚，至今發展僅七十年，在設計階段和運行管理方面仍存在許多問題，2001年前，我國城鎮居民供暖大都采用單管垂直串聯的系統形式，垂直失調問題嚴重，供熱品質較差;熱網調節設備不完善，系統的動態運行過程中水力熱力工況分配不均，造成了大量的能源浪費情況。本文介紹了供熱系統水力失調的概況及產生的原因，總結了當下設計和運行階段失衡的誘因，對常用的調節技術進行了闡述和分析，僅供參考。

關鍵詞：供熱管網;水力平衡;調節技術

1水力失調的原因

引起供熱系統水力失調的因素眾多，主要總結為以下幾點：（1）設計負荷失真，選型不當造成管網水力失調。為實現各回路的水力平衡，往往通過調整各回路管徑等方式使各個回路的阻力盡可能相等。但由于管徑具有固定規格而非連續變化，實際運行中沿程阻力、局部阻力與設計情況存在差別，使得供熱系統在運行時并不能直接達到設計的狀態，造成水力失調。（2）在施工過程中，由于材料供應不及時、工期延誤等原因，施工隊為趕工期，施工工藝無法滿足設計要求和相關規范，出現偷工減料和雜物進入供熱管網造成局部堵塞，甚至出現過濾器等設備閥門裝反等問題。（3）在運行過程中，一些老舊小區大部分用戶屬于陳舊的上供下回式單管系統設計，老式系統在熱網流量、熱量調節方面有很大的欠缺之處，老舊管網中閥門節點普遍存在生銹現象。用戶私拆、室內管線布置更改及室內散熱器更換，從整體上均使管網特性產生變化。管網局部用戶的變化使得流量分配與原來的情況不符，這時的管網特性需要重新分配流量來解決新產生的水力失調狀況。

2供熱管網水力平衡調整過程

水力平衡調節的目的在于降低水力不平衡，讓管網的流量分配按照最初的設計工況進行。水力平衡調節可以按照集中調節、局部調節和個體調節分類，也可分為初調節和運行調節，兩種分類方式的維度不同。對任何一個供熱二次管網，水力失調產生的根本原因是各用戶阻力分布不合理。因此，水力平衡調整的關鍵在于通過調整用戶側阻力，將管網阻力分布調整到合理狀態，本文基于流體網絡理論，提出一種改變用戶側阻力的水力平衡調整方法，具體實施步驟如下：（1）測量管網實際運行參數計算管段特性參數。在某一穩定工況下，測量管網的實際運行參數，包括管網中各用戶的實際流量、典型節點的壓力值（例如末端用戶的供回水總管或水泵進出口），現場測量供回水干路管段的管徑、長度及局部阻力部件（如閥門、變徑、三通等）。（2）確定管網的實際水力工況。建立供熱管網水力工況的數學模型，通過對實際管網各段阻力特性參數的確定計算出各用戶的實際阻力特性數及管網的實際阻力分布。（3）計算管網的理想水力工況。根據用戶實際情況，確定該穩定工況下用戶的規定流量，根據管網水力工況的數學模型計算出各用戶的理想阻力特性數及管網的理想阻力分布。（4）制定水力平衡調整方案。只要使各用戶達到計算的理想阻力特性數，那么各用戶就可以達到理想的流量分配。由理想阻力分布和實際阻力分布得出用戶需增加的阻力特性數值，根據閥門開度與閥門阻力特性數的關系式，得出待調用戶入口蝶閥所需達到的開度值，在現場調整時，一次性將待調用戶入口處的蝶閥直接調至所求的理想開度，就能使各用戶達到理想的阻力特性值，整個供熱管網也會達到理想的阻力分布，進而達到各用戶的理想流量分配。至此，整個管網達到水力平衡，調整結束。

3供熱管網水力平衡調節技術

3.1傳統供熱管網水力調節方法

按照調節方法分類，供熱管網水力調節可以分為比例調節法、阻力系數法、補償法、回水溫度調節法、計算機法、模擬阻力法、自力式調節法等，無論何種方法都需要配合閥門裝置來實現。其中比例調節法、補償調節法是傳統供熱管網運營中最常用的調節方法。比例調節法的原理依據是根據管網流量特性，當各用戶之間并聯時，用戶流量按照與熱源之間的距離由近及遠按照各管段的阻抗值進行分配，當上游管段阻抗變化時，將引起下游用戶流量分配變化，且下游各用戶的流量變化比例相同。因此只需從最遠端用戶開始依次進行調節，并使當前調節用戶的失調比例與最遠端用戶的失調比例相同，這樣當最后一個用戶調節完后所有用戶將存在等比例失調，最后調節總干管閥門即可使所有用戶達到水力平衡。補償調節法同樣是首先把最遠端用戶失調度調到一個基準值，此時引起下游用戶水力失調度變化，再通過調節用戶分支的平衡閥或安裝在總干管的閥門使下游用戶的失調度恢復到基準值，當所有用戶調節完后供熱管網恢復水力平衡。無論是比例調節法還是補償調節法，都運用了管網水力特性的基本原理，從最遠端用戶開始由遠及近依次調節各用戶及各支路阻抗，最終實現水力再平衡。但是由于實際工程中管網結構復雜、熱用戶多、用戶距離遠，整個調節過程需要人工進行反復測量和調節，工作量大、調節效率低。

3.2模擬調節法

隨著計算機技術的發展，可以以水力計算模型為基礎，通過編程對水力調節過程進行模擬分析，計算出要實現理想工況下節點流量平衡和回路壓力平衡所需的理想阻抗，從而制定調節方案。這種方法是計算機技術和傳統水力調節方法的結合，省去了反復調節的過程，大大提高了調節效率。只需按照理想開度對用戶閥門進行調節，即可實現理想工況下的流量分配。若系統中存在用戶資用壓力不足或閥門選型不合理等問題，輸出的閥門開度可能會出現錯誤值或大于1的情況，此時應根據管段壓降、管段管徑、閥門阻力特性等進行具體分析，提出改進意見。

4結束語

為了提高熱源效率，優化集中供熱管網設計和運行水平，國內外專家學者和從業人員在熱源效率測量計算、管網水力計算、水力工況分析、水力平衡調節等進行了大量的研究和探索，并取得了巨大成就。本文總結了引起水力失衡的原因，并對現有的水力調節方法作了介紹。供熱系統的水力調控是一個長期且復雜的工作，不論是科研工作者還是工程人員，都必須提高對管網的認識。隨著城市的發展和供熱面積的擴大，管網的控制必須全方面地考慮，從設計階段因地制宜，到運行階段科學的調控，全周期做好管網水力工況檢測和調節工作。

參考文獻

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