集中供熱系統的水力平衡調節與節能措施分析

文_馮琪 汪廣慧 孫志勇

1 呼倫貝爾安泰熱電有限責任公司滿洲里熱電廠 2 華能內蒙古東部能源有限公司

1 主要研究方法

1.1 水力失調程度的度量指標分析

在集中供熱系統的運行過程中，水力失調程度和供熱系統的最大節能潛力存在很多聯系，應周密地對其進行分析和調節。首先，妥善處理水力失衡的衡量和調節問題。針對集中供熱系統的單根立管，系統設計人員要定量衡量水力失調程度，單根立管水力失調度的定義可以表現為公式其中，x代表集中供熱用戶的水力失調度，計量單位為%，Vm/代表集中供熱用戶的實際流量，計量單位為m3/h；/Vg代表集中供熱用戶的規定流量，計量單位為m3/h。

由于供熱系統內部的立管眾多，在這里要引入水力離散度這一術語，其具體計算公式為式中，λ代表集中供熱系統的水力離散度 ；xi代表熱用戶的水力失調度；Xmin代表最不利用戶的水力失調度。

通常情況下，由于水力失調造成的熱量損失，首先是因為一些不利用戶使用過程中出現不同程度的失調現象，從很大程度上決定了整個集中供熱系統的最低供水溫度，與其他供熱用戶相比較，相對流量最小的不利用戶所需要的供水溫度就是整個系統最低的供水溫度。如果流量偏差過大，即水力離散度過大，供熱系統的供水溫度就會很高，從而造成其他用戶的過量供熱，造成整個集中供熱系統的熱量損失。因此，應重點關注水力離散度對所有立管整體偏離該基準程度的影響。

1.2 水力調節節能潛力模擬分析方法

如果出現流量分配失衡的情況，不利用戶的室溫就不能達到要求，此時就要進行集中供熱系統的整體調節，逐漸提高供水溫度。為降低系統不平衡帶來的熱量損失，應盡量保證系統水力調節相對平衡，進而達到科學消耗熱量的目的，針對枝狀管網的供熱系統結構，應在各級立管流量分配均勻的情況下，一旦用戶符合室溫等相關要求，就要降低對供水流量的過多消耗。

首先，應在保證流量總量相對穩定的條件下，采取估算的方法設立適量的立管流量；其次，在確定每組流量分布的具體情況下，確保各個建筑物的室內溫度可以滿足相關要求，從而得出最低供水溫度；最后，按照提供的最低供水溫度參數信息，計算出供熱系統的散熱器增加的散熱量和水力失調度，進而分析得出水力平衡調節所能帶來的最大節能潛力。

2 集中供熱系統水力失調的主要原因

2.1 供熱管網設計不合理

集中供熱的管網系統比較復雜，最遠支路長度可達到十幾千米甚至幾十千米，不同的供熱管網構造和阻力部件對水力平衡影響很大，極易產生阻力“近小遠大”的情況，而集中供熱系統的設計人員為了滿足供熱系統末端的供熱需求，往往會設置較高的水泵壓力，極易出現水力失調等不良現象。

2.2 供熱設備和系統運行不匹配

針對供熱系統的實際運行狀況，采購部門可能沒有選購那些和供熱網管結構性能相適應的阻力設備，如止回閥等，由此引發水力失調情況，最后導致實際的設計流量和供熱流量都存在一定的偏差，為后期供熱系統帶來諸多不利影響。

2.3 用戶設計流量設計不合理

集中供熱系統的用戶實際需要流量與設計流量往往不同，如果設計流量不合理，在實際運行過程中，整體系統的運行狀況與設計工況會出現較大的偏差，導致部分管網出現流量不足的情況，最后發生水力失調等不良情況。

2.4 供熱用戶需求變化

在實際的供暖過程中，用戶數量發生變化、建筑圍護結構發生相應改變、室內基礎設備發生改變以及建筑結構的整體設計出現相關調整，這些間接的變化都會導致供熱系統的實際需求發生改變，進而產生諸多熱管網水力失調現象。

2.5 供熱系統重要設備老化現象嚴重

在實際的供熱系統中，集中供熱系統的生產周期相對較長，各個部門所使用的機械設備往往不能及時地得到更新和改造，管理部門沒有對重要機械零部件進行集中維修和養護，最后導致機械設備供熱效果較差，設備老化等問題時常發生，引起水力失調現象。

3 集中供熱系統化水力平衡調節和節能措施分析

3.1 進行供熱站重點區域的適當調節

集中供熱系統用戶都會存在相應適量的換熱站等基礎設施，其主要的作用是通過一定的技術處理，將集中進行供熱的熱量進行系統調節和分配。由于集中供熱系統經常會受到各種外界客觀環境因素影響，系統設計人員應設定相應的模式進行實時、智能調節，如可以通過控制閥等設備對供熱管網的熱量進行統一分配調節，從而滿足各級供熱管網的用熱需求。由于供熱系統負荷需求的變化以及相關人為因素影響，供熱管網的流量需要不斷地進行調節，相關人員應結合實際的供熱系統運行情況，嚴格按照供熱系統的操作標準，進行規范地控制相關閥門處理，從而防止水力失調等問題的出現。

3.2 建立自動化控制的處理模式

在科學技術水平以及互聯網信息技術不斷發展的大時代背景下，為排除各種外界風險因素對集中供熱系統的諸多不利影響，集中供熱系統管理部門應投入適當的建設資金，引進先進的技術管理系統來調節供熱管網熱量平衡。例如，可以引進先進的自動化處理技術，實現電動調節閥和自動反饋系統有機協調，從而達到供熱系統全程安全平穩運行的目的。其基本的工作原理，首先，管理人員將每個級別的用戶端作為主要的信號采集點，并利用溫感器、壓感器等相關處理設備，將傳輸的相關信號準確進行收集、匯總和整理；其次，系統設計人員重點關注相關重要模塊，并經過規范的控制運算來算出各級管網所應用的數據參數，在綜合分析的基礎上，對供熱系統的供熱流量和供水溫度進行二次平衡和調節，進而確保每個供熱站傳輸的熱量都相對均勻，防止供熱管網熱力失調現象的頻繁發生；最后，還要對供熱系統的自動化控制平臺進行適當的調節和處理。

3.3 進行供熱系統的各個單元調控

對供熱系統的各級供熱管網以及主、支、末級進行調節是確保集中供熱系統水力平衡的基礎。一般情況下，越接近住戶端的調節頻率越大，越接近熱源調節的力度和頻率就會相對較小。在實際的用戶管網連接過程中，暴露了很多管網連接問題，例如有些管網連接需要直接和主干管路進行串聯，這就從一定程度上加大了施工難度，一旦供熱系統的操作人員出現失誤，即調節力度不當就會直接導致水力平衡失調或者能量等相關資源嚴重浪費。因此，應對集中供熱系統的控制能力引起高度的重視，相關部門應制定完善的設計管理方案，加大對熱源與近端用戶的控制調節，并合理減少對用戶末端控制級數，根據系統中供熱半徑的增加而加大供熱管徑處理，引進先進的平衡閥等重要零部件、與之相匹配的精密儀表以及自力式流量控制閥，并結合專業系統處理人員的實際工作經驗，建立健全完善的系統控制管理體系，在全員參與的基礎上規范系統供熱管網的整體效果。

4 結語

綜上所述，集中供熱系統水力失調的外界影響因素有很多，如果不及時對水力失調問題進行妥善處理，就會直接導致熱量能源大量浪費。為了解決以上問題，供熱企業的管理部門應積極學習國內外先進的供熱系統處理技術，并樹立自主創新的工作意識，對供熱網管進行綜合設計，提高施工技術水平，實現整個供熱系統的達到平穩運行模式。堅持綠色可持續發展原則，注重建筑結構質量效果的同時，利用獨特的技術手段對供熱網管水力進行調控，并應用各類節能措施，確保集中供熱系統節能效果最佳。