集中供熱系統運行調節的實踐研究

李哲

（太原熱力集團有限責任公司第五供熱分公司，山西太原 030000）

0 引言

目前，國內的集中供熱系統在技術與控制方面日臻完善，同時節能建筑的大規模建設使得供熱壓力得以緩解，因此針對不同區域的制定動態化的供熱工作計劃是降低供熱企業成本的重要方式[1]。由此可見，針對不同區域的供熱需求變化，企業應結合差異化的供熱工作計劃進行供熱系統調節。因此，針對集中供熱系統運行調節進行深入研究對于滿足動態化供熱需求以及維護供熱企業的健康發展具有重要的現實意義[2-3]。

1 集中供熱運行調節現狀

目前，太原市集中供熱共有熱力站2000 余座，供熱面積2.12億m2，服務用戶150 萬戶。用戶二次網供熱系統由于建設時間、技術要求和設計方式的不同，實際情況較為復雜，整體來說可以按照二次網和樓棟（單元）立管的形式進行分列，其中二次網系統分為同程式和異程式，樓棟（單元）立管主要分為四類，分別為：①三供一業改造后的二次網，樓棟單元平衡，戶閥可遠控。②熱計量入網用戶，戶閥可遠控，有戶表和樓棟表計。③僅僅實現分護控制，單元和戶均沒有調節閥。④上供下回的供熱系統。

目前，太原市參與“三供一業”的改造面積約2000 萬m2，24萬余戶，加裝分戶計量用戶4800 萬m2，實施熱計量收費2340 萬m2。上述用戶基本能實現自動調控，其余上供下回供熱系統調節手段有限，自動化調控手段較為欠缺。

2 集中供熱系統運行調節實踐分析

2.1 正常的維持供熱系統水力工況水壓條件

供熱系統中水力工況主要表示內部流量壓力分布情況。供熱系統的工作效率通常與其內部的水力工況關系密切。供熱系統出現局部供熱失常問題時，其主要原因多為系統水力工況失調。

2.1.1 穩定的資用壓頭

資用壓頭主要表示供暖系統維持內部熱量所克服的對應壓力，若系統水流壓力顯著低于室內環境壓力，則供熱系統將無法實現有效供熱。針對室內供熱系統的差異化問題，室外系統的安裝方案也存在一定差異，因此室內安裝的資用壓頭需進行對應調整。在集中供熱導入到室內供熱系統的過程中，室內系統的資用壓頭一般在3~5mH2O。但就實際而言，隨著裝修改造日漸復雜，多數地區的室內供熱系統呈現多樣化發展，除鐵片形式的散熱器外，部分地區大規模安裝了地暖、風暖等系統，且整體結構變為同程和異程式，因此部分區域的室內采暖系統壓力存在較大出入，因此資用壓頭方面還需針對室內供熱改造方案進行對應調整，詳細確定系統內壓力，否則可能造成系統供熱失常問題，無法滿足用戶的正常采暖需求[4]。

2.1.2 應低于設備標準壓力的運行壓力

在集中供熱運行中，一次網的設備組件標準壓力普遍超過2.5MPa，二次網設備組件的標準壓力普遍超過1.6MPa，在普通類型建筑物供暖方面可維持穩定，設備組件壽命較長，但在散熱組件方面需進行對應調整，避免出現壓力過高導致壽命縮短問題。例如早期階段鑄鐵暖氣片標準壓力介于4~6mH2O，鋼制散熱器可承受10mH2O 以上，而當供熱時間逐漸增加后，建筑物底層的住戶的設備組件的壓力逐漸升高。因此，在運行壓力控制方面，技術人員僅需檢查承壓最大的散熱設施的承壓能力即可，并結合最大承壓選擇散熱設備[5-6]。

2.1.3 避免系統高點倒空

在系統高點時水壓力處于壓力波谷狀態，若此時出現倒空，則可能導致系統內部淤積大量的空氣，不斷阻礙系統正常運行，同時空氣霧化作用下增加了管道內部損耗速度。因此，只要確保頂端的水壓需求，則可避免倒空，另外在調控過程中仍需預留富余量，來保證系統的正常運行。

2.1.4 避免系統汽化

若系統內部的壓力顯著低于水流的汽化壓力時，則可能出現汽化問題，如此一來，即可導致系統內部出現水擊現象，使得系統內部存在安全風險。汽化問題的主要發生點位集中在的位置系統高點處。當處于標準大氣壓時，汽化溫度為100℃，因此在調節系統運行方案時，應維持水溫處于50~65℃，同時注意避免倒空出現，即可消除汽化問題。

2.2 水力工況的構建與調整

2.2.1 確定系統的靜壓力

靜水壓力在系統待機時通常維持不變。在工程實際中，靜水壓線表示供熱系統待機過程中，各個子設備中滿水條件下的最低壓力值。這一數值是由設計人員在設計準備階段統一計算確定。其數值主要參考自供暖用戶的散熱設備的承壓能力，靜水壓力值應確保低于設備的標準壓力值，以免影響壽命。當然，在實際運行過程中，企業仍需維持供熱系統運行必要條件，既不超壓、不倒空、不汽化。在實際作業中，部分地區受地形影響，供水壓線的標準值設定較低，使得很多用戶無法滿足供熱需求，因此需結合系統進行分部設計。

2.2.2 規劃定壓點及定壓方式

定壓點的規劃工作意義重大，是維持系統穩定的關鍵。從理論上來講，當系統處于任何狀態下，該定壓點的壓力應始終維持不變。而該數值，即為水壓圖中靜水壓線的值。當標定定壓點后，需進行對應的水力計算，從而確定整個系統的水壓圖，進而推進后續調節方案。在運行過程中，定壓點位置主要集中在循環水泵的入口處，該點位的壓力值即為整個系統的靜壓點。通常而言，循環水泵位置處于系統壓力的波谷位置，若將水泵壓力作為該系統的基礎壓力值或作為系統運行的壓力起始點，則定壓點則可稱為系統回水的終末位置，流經定壓點的水可通過水泵循環在此進入系統中。當受水泵故障或系統運行失常問題影響，定壓點的壓力數值可能隨著整個系統的運行波動出現變化，因此在波動狀態下，該系統的水壓圖可能出現失穩，若波動幅度較大，則可能影響整個系統的長期穩定運行，因此針對定壓點的維穩工作，是維護系統運行正常的必要條件。

2.3 水力工況對熱力工況的影響

在實際作業過程中，當整個系統水力調節維持正常時，用戶的室溫與供暖計劃溫度相近；當系統內部出現水力失調現象，例如低點位用戶流量超標過多，則可導致在流量上升期間，室溫隨之升高，但是兩者之間的上升趨勢并非呈正比上升，室溫上升幅度通常較低；而末端用戶流量較低時，內部供暖系統壓力較低，室溫將低于規定供暖溫度，既水力失調度遠遠小于1 時，室溫下降幅度十分明顯。而當水力工況失調出現時，環境溫度降低可導致熱力工況出現急劇變化，因此室溫與環境溫度存在一定的關聯性。所以水力工況失穩將導致室內系統的熱力工況失常，針對此類問題技術人員應重點關注。通過經驗統計，多數供熱系統運行過程中，水力工況失調問題主要集中在近端用戶，中段用戶的流量基本與設計方案相近，但遠端用戶的則無法滿足正常供熱需求，因此此類問題將嚴重影響室溫分布，也無法通過增加供水溫度環節，因而在實際運作過程中經常出現近端用戶通風散熱，而末端用戶額外加熱的情況。因此水力工況的失穩將導致整個系統運行失常，必須針對此類問題進行對應的調節方案降低供熱系統的水平失調問題。

2.4 解決熱力失調現象的主要思路與方式

2.4.1 熱力失調現象

針對供熱系統而言，水力失調以及遠端用戶供熱失調問題均可導致整個室內供熱系統出現溫度分布不均勻問題，此類問題可統稱為熱力系統失調。單一用戶的室內溫度與整個區域內用戶平均溫度的比值稱為熱力工況失調度。當其為1 時，表明整個熱力工況正常，系統處于正常運行狀態；當該數值不為1 時，則可證明整個系統內部的冷熱分布存在問題。從工程實際來說，等于1 的供熱系統并不常見。

2.4.2 解決熱力失調現象的方法探討

（1）采用大流量、小溫差方案。為進一步緩解熱力失調的問題，使得系統供熱穩定，多數企業結合運行經驗制定了二次管網的大流量、小溫差工作方案。要顯著提高供熱系統的循環水量，就單一供熱企業而言常用方案包括循環水泵優化或采用并聯多臺循環水泵以及在系統部分區域架設對應循環水泵。通過提高循環水量，對于部分熱力失調現象具有一定的緩解效果，降低了整個系統的供暖壓力。加速末端用戶系統水流量，則可在末端用戶室內形成更快的溫度交換，進而保持了散熱器的平均溫度，使得散熱器的整體加熱效果顯著提高。但在近端位置的散熱器受流量加速影響而出現溫度迅速升高現象，但就實際而言，散熱器自身的散熱效果存在設計上限，因此，當更換對應的散熱器后，近端用戶的整體室溫不會隨著水流加快而進一步上升，因此與遠端用戶的室溫差將會減小，進而保證整個供熱系統的熱力工況維持穩定，降低多余的熱量損耗。

（2）初期調節。在供熱工作過程中，技術人員應重點關注水力工況問題，確保整個供熱系統的水量處于平穩狀態。通常而言，水平調節工作模式應結合供暖用戶的分布位置進行對應調整，具體應按照從遠到近的順序逐步提高閥門開放度，在遠端用戶數量較多的區域，應保證閥門盡量開大，同時區域內的近距離供暖用戶數量較多，則可降低閥門開啟幅度。針對供熱企業的二次管網系統，若在室外入口處安裝了調節閥，則可根據對應需求進行供暖規劃調整，并根據相關流量監測數據確定具體流量，確保整個流量滿足設計方案，在調平后應進行校準，并對流量進行再次監測。針對缺少對應的調節閥的用戶，同時二次系統規模較為復雜的供熱企業，應結合可供暖規劃進行對應調節。在工程實際中，部分工作人員在調節過程中憑借經驗進行對應調整，在調整過后應進一步對整個管道的流量進行數據測量，以此確保管閥調節符合供暖規劃需求。針對垂直雙管模式或者采用垂直雙管供暖系統，在管閥調整時應保證系統各位置的管閥調整保持同步性，因此要求運管員對區域內各處的閥門進行逐一調節。

（3）量調節。此類調節方案主要針對供水溫度處于恒定狀態，技術員通過改變供熱系統流量實現可控調節。在落實階段中，循環水量變化的宏觀表現在于回水溫度的變化，從而提高末端散熱設施的整體散熱量，提高室內溫度。其主要方式是在系統內部進行對應調節。對于缺少水泵變頻功能的熱力系統，在實現量調節的過程中應重點控制閥門的開度。但就實際而言，此類方式的原理在于調整水泵的工況，特殊情況下可能影響水泵效率，在能耗方面降低閥門開度可降低水泵的整體運作功率，但相較具備變頻調速的供熱系統而言，調整閥門在整體精度以及使用壽命方面存在較多缺陷。采用水泵變頻調速的供熱系統，可通過簡單調整流量，即可自動實現水泵功率調整，而無須針對供熱系統中閥門進行對應調整，整體操作僅需通過變頻器控制即可，因此該系統在節能環保方面具有一定優勢。在進行實際操作過程中，實踐經驗豐富的運管人員，可結合區域內的實際供熱需求以及系統壓力進行對應調整，同時在不同時段分配不同方案，尤其對于公共建筑，白天和夜間的流量可根據實際情況進行較大幅度的調整。

3 案例分析

3.1 對不熱用戶進行測流量

我們選擇的不熱用戶是太原熱力集團有限責任公司第五供熱分公司所管理的小窯頭熱力站所帶的用戶，小區物業相關人員對小窯頭熱力站及庭院管網情況進行了調查，針對該小區冬季不熱問題，提出該小區流量測量方案，以及提出該小區庭院網調節辦法。

站內測點選擇90kW 循環泵進、出口；22kW 循環泵進、出口；熱力站二次網供水管。

庭院網測點選擇各單元地下室供、回水管。

方案：按照嚴寒期的運行工況進行測量。

調取2019 年1 月3 日熱力站運行參數，運行站內90kW 循環泵，頻率35Hz，根據站內管道空間位置，分別測量循環泵進、出口流量及二次網供水流量，判斷站內是否有短路循環。測量各單元供、回水流量，判斷庭院網是否流量失調。

按照2019 年1 月3 日站內供、回水溫差及各單元面積，熱指標選擇50W/m2，計算出各單元及各樓應供流量，并根據計算值對各樓及各單元實際流量分配情況進行比對，指導二次網運行調節。

3.2 熱力站及小區情況簡介

該站設計供熱面積8 萬m2，實際供熱面積3.5 萬m2，站內共設置兩組循環泵，一組循環泵的參數為H=40m、G=540t/h、P=90kW，另一組循環泵的參數為H=33m、G=160t/h、P=22kW。熱力站二次網出口管徑為DN350。

小區住戶家中的采暖系統為地暖。小區庭院網主管道管徑在出站后變為DN200，庭院網末端主管道變為DN150，小區供熱半徑約700m，熱力站位于小區最西側。小區共有12 棟樓，合計32個單元，每個單元供熱管道管徑均為DN50，其中，西1#、西2#及6#~9#樓進單元管道的管道材質為PPR，其余進單元管道的管道材質為鋼管。小區冬季主要反映不熱的用戶主要集中在6#~9#樓以及西1#樓2 單元、西2#樓5 單元、西3#樓三單元。

3.3 方案的選取

調取2019 年1 月3 日（本采暖季室外溫度最低的一天）熱力站運行參數，運行站內90kW 循環泵，頻率33Hz，根據站內管道空間位置，分別測量循環泵進口流量及二次網供水流量，判斷站內是否有短路循環。測量各單元供水流量，根據當日熱力站供回水溫差及各單元供熱面積（熱指標選擇50W/m2），得出各單元的計算流量和計算管徑，并與實際流量進行對比，判斷庭院網是否流量失調。

3.4 測量結果

實測站內90kW 循環泵進口流量為215t/h，站內二次網供水流量為240t/h。

由于1#樓、2#樓單元入口管道水平直管段長度較小（長度僅為15~20cm），儀器無法測量，共計5 個單元無法測量流量。

由于測量儀器、測量條件及系統運行方面的影響，測量結果存在一定偏差，27 個單元（5 個單元無法測量） 合計流量為248.05t/h，已大于二次網供水流量。

3.5 結果分析

雖然測量結果存在偏差，但仍具備一定的參考價值。

（1）站內90kW 循環泵入口流量與站內二次網供水流量相差不大，表明站內幾乎不存在短路循環。

（2）小區二次網計算流量為181.3t/h，實測二次網流量為240t/h，表明在熱指標選取已經較大的情況下，小區二次網流量完全達標。

（3）根據實測站內二次網流量計算可得，小區二次網每萬m2流量為68t/h，遠大于地暖系統每萬㎡的應供流量（地暖系統每萬m2流量為35~40t/h），小區二次網流量完全達標。

（4）利用站內二次網實測流量及二次網溫差，計算得出小區實際熱指標為63.6W/m2，表明小區因外墻未做保溫及地處地勢較高區域，熱耗較大。

（5）對小區6#樓2 單元用戶入戶管道的測量結果顯示，6#樓樓內采暖系統存在失調問題，需物業對樓內的閥門及排氣閥進行檢查。

（6）其他主要反映不熱的用戶，單元供水及入戶流量均達標。這些用戶多數位于該樓的西側，熱損失較大。

3.6 熱成像情況

在流量測量的同時，另一組同事對冬季反映不熱的用戶的地暖盤管情況進行了熱成像檢測，結果顯示9#樓602 整體、9#樓301、303 的小臥室盤管數量和間距極不規范，影響供熱效果；8#樓 1 單元 102、6# 樓 2 單元 202、5# 樓 2 單元 101 地暖系統尚可，但也不規范。由此可見小區地暖系統情況不佳也是造成用戶不熱的主要原因。

3.7 其他用戶

小區西2#樓、西1#樓1 單元、3#樓2 單元、5#樓1 單元存在供回水接反情況，同樣影響上述用戶的供熱效果。

4 結語

進年來，隨著國內大規模進行煤改氣、煤改電，導致供熱企業的運營成本也隨之上升，因此針對供熱系統進行調節優化工作成為維持企業健康發展的重要方式。在實際運行過程中，由于供熱用戶分布不均，且室內供熱系統存在結構設計差異，因此導致供熱系統存在熱力失調問題，針對此類問題，供熱企業應針對系統的水力工況以及熱力工況進行分析，并結合供熱需求采用大流量、小溫差等方案進行對應調整，以此解決遠近端用戶的溫差問題。