集中供熱系統的水力失衡原因及調節策略

朱劍麗

(太原市熱力集團有限責任公司小店第二供熱分公司，山西 太原 030000)

近年來，我國城市集中供暖系統不斷完善，使用規模不斷擴大，已經成為城市基礎設施建設的關鍵工程。但是，在集中供熱系統使用中，水力失衡問題較為嚴重，降低集中供暖的質量以及效率，存在用戶輸送熱量不均勻的現象。因此，針對集中供暖系統水力失衡現象開展全面的剖析，提升水力失衡問題調節效果。

1 集中供熱系統的應用優勢

集中供暖系統是以熱水以及蒸汽為熱源傳播媒介，通過城市熱力管網工程完成熱源輸送，將產生的熱源向城市需要部位輸送的一種形式。集中供熱系統的優勢主要體現在安全性、環保性、節能性三部分，首先，基于安全性方面考量，集中供暖系統在運行中對于工程人員的專業要求較高，在員工招聘中采用統一招募的形式，招聘具有相關資格證書的工作人員，積極開展崗前培訓，保證工作人員的專業技術能夠靈活應用到集中供暖系統運行中，提供安全保證。同時，定期開展設備維修檢查工作，保證集中供暖系統運行穩定，避免由于設備故障問題引發安全事故。其次。在環保方面來講，熱源廠以及熱電聯項目的普遍特點為熱源較為集中，采用的大型脫硫除塵的環保型設備，保證集中供暖系統排放達標，預防其對環境的影響。另外，集中供暖系統的節能效果較高，大型的熱源廠的的燃燒率通常在70%～80%之間，遠遠高于小型熱源廠。而當前集中供暖系統發展中，采用冷卻水作為主要供暖紐帶，在供暖中通過可回收的冷凝水發電，提升能源的利用率，實現節能發展的目標[1]。

2 集中供熱系統水力失衡的表現

2.1 室內溫度分布不均勻

在城市集中供暖中，供暖對象之間與供熱站距離不等，在建筑工程項目中以一棟為單位形成系統，導致供熱系統的分布不均勻。在集中供暖系統運行中，受距離的影響，各個環路分的流量分布存在問題，熱量輸送不均勻，進而出現室內溫度冷熱不均勻的情況[2]。

2.2 運行設備耗電快

在集中供熱系統運行中出現水利失衡的情況，系統為了保證室內的達到標準溫度，加大對溫度較低用戶的補給，通過“大流量、小溫差”的形式提升室內溫度，該形式下的供熱設備的定額功率不達標，循環水泵等設備的能量輸送效率低，存在電能源浪費的情況[3]。

2.3 熱力站能耗高

在集中供暖系統運行中出現水力失衡問題時，室內的整體溫度不達標，為了滿足用戶對于室內溫度的需求，熱力站不斷加大能源消耗，以實現提升溫度的目標，存在能源浪費的情況。

3 集中供熱系統水力失衡原因

3.1 管網設計問題

為了緩解住房緊張問題，建筑工程項目的施工規模不斷擴大，進而以往的供熱系統外管網以及換熱站建設不能滿足A小區的要求，需要采用分工模式設計。在管網設計施工中，施工企業為了降低成本消耗，沒有在外網設計調節閥，將二降低二次管網供熱效果，誘發集中供暖系統出現水力失衡的問題[4]。

3.2 管道交叉施工問題

在集中供暖系統管網工程施工中，經常存在管網交叉施工作業的情況，部分接頭以及彎曲部位的施工難度較高，管網施工不當將會導致管網堵塞的情況，同時沒有安裝自動放氣裝置，進而影響熱源供應。

3.3 人為因素

受人為因素的影響，部分用戶在沒有經過允許的情況下擅自更改集中供熱散熱設備，影響水力運行情況。其次，隨著集中供暖系統不斷發展，整體運行時間加長，供熱管道等相關設備存在老化的現象，后續維修養護不及時，將會誘發水力失衡問題[5]。

4 改善集中供暖系統中水力失衡措施

4.1 強化集中供暖系統設計

在集中供暖系統管網設計施工中，技術人員需要對原有管網工程進行改造審計，保證后期設計工作穩定開展。集中供暖系統液壓不平衡是管網工程設計重點，設計人員一定要提升重視程度，保證供熱管網系統設計質量。在傳統集中供熱管網系統設計中，設計人員對于水力失衡問題的重視程度不高，水力數據計算的精度不高，也是誘發集中供暖系統出現水力失衡問題的關鍵因素。因此，為了解決這一問題，提升熱管網水力問題計算，全面掌握管網工程的數據信息，優化設計方案，保證循環水泵、功能泵等設備設計電放費合理性，預防集中供暖系統水力失衡問題的發生。同時，在設計期間，提升設計方案的經濟適用性，升級集中供熱系統管網整體布局，避免出現液壓不平衡的問題[6]。

4.2 適當增加集中供暖系統動力頭數量

針對集中供熱系統管網容量不足、水泵運行功率較低引發的水力失衡問題，需要對系統進行壓力改造以及升級，開展水泵增產措施是關鍵。基于集中供熱系統管網設計特點，以滿足用戶的實際熱量需求為原則，最大限度的提升系統管網循環能力，選擇大功率的揚程水泵，提升集中供熱系統管網循環調節效果。基于實際情況出發，適當添加集中供熱系統動力頭數量，彌補傳統只用水頭數量以及功率不足的情況。另外，積極調整附加壓頭安裝位置以及數量，強化集中供熱系統的調節效果，避免出現系統出現水力失衡的問題[7]。

4.3 優化集中供暖系統調節功能

在信息時代發展背景下，集中供熱系統調節能力要求不斷提升，改善調節功能能夠降低集中供熱系統水力失衡的風險。現階段，為了保證集中供熱系統運行穩定性，積極開展熱網管道設計改造施工，將雙管供熱的形式引入集中供熱系統中，通過雙管網的優勢提升集中供熱管網熱量測量精度。在系統調節控制中，提升其水力調節能力，保證集中供熱管網系統流量與功率滿足要求，避免出現水力失衡的風險。

4.4 完善系統運行方式

集中供熱系統具有地域性、結構性、功能性的特點，同時不同地域的集中供熱系統的運行方式不同，基于當地用戶的需求建立針對性的集中供熱系統運行體系，避免出現水力失衡的問題。在運行過程中以“大流量、小溫差”的原則，保證系統熱量分布的均勻性，改善局部室內溫度不達標的情況，同時，能夠有效的控制室內溫度，避免出現溫度過高造成能源浪費，最大限度的提升集中供熱系統的適用性以及實用性，強化液壓平衡控制效果。

4.5 開展運行質量監督檢查

要想預防集中供暖系統運行中出現水力失衡的問題，加強質量監督檢查是非常必要的，也是預防水力失衡問題的關鍵手段。首先，相關管理人員要提升水力失衡問題的重視程度，明確劃分企業相關工作人員崗位職責劃分，管理制度明確規定相關工作流程，施工技術人員需要嚴格按照制度開展工作，保證各項工作落實到位，及時發現集中供熱系統水力失衡問題，基于實際情況制定調節控制方案，保證水力失衡調節控制質量。其次，完善熱力企業獎懲制度，進而提升員工的工作積極性，保證相關監督制度落實到位，保證供熱系統管網水利系統運行的穩定性。企業定期開展工作考評活動，針對規定期間內員工的工作情況進行總結反饋，秉承科學原理的原則，及時基于員工肯定，針對表現優異的員工進行精神以及物質獎勵，激發員工的參與度[8]。

4.6 培養員工的責任意識

集中供熱系統水力失衡調整工作中，技術人員是直接參與者，技術人員的責任意識以及工作能力直接影響水力系統調節工作質量。首先，一定要加強施工團隊建設，保證技術人員的專業水平以及專業素養達標。其次，提升城市集中供暖系統整體管理水平，強化管理人員的責任意識，定期開展系統運行檢查，發現問題及時處理，保證系統運行的穩定性。制定規范化操作流程，提升水力系統管理質量，及時處理水力失衡等問題。另外，構建獨立的管理機制，明確劃分管理人員的崗位職責，基于相關管理制度開展供熱系統維修檢修工作，通過分級監督管理模式，提升監督力度，預防水力失衡問題發生，保證城市集中供熱系統運行穩定性[9]。

5 集中供熱系統水力失衡改造分析

5.1 工程概述

A建筑工程集中供暖系統采用雙管閉式系統，在實際運行中能夠利用系統參數調節管內流量。在A建筑工程集中供暖系統管網調節施工中，基于用戶的實際需求，當進行管內壓力或者流量調節。如果集中供熱系統管網的壓力下降，需要及時減小管道上游流量，實現后面管道增壓的效果。因此，管道內部的壓力與流量呈現反比例關系，如果整體供暖闡述不變的情況下，管網內部壓差變化將會直接影響流量，誘發水力失衡問題的發生。因此，下文對A集中供暖系統水力失衡管網改造提出以下建議[10]。

5.2 改造方案

5.2.1 變頻泵+靜態平衡閥

雙管閉式系統改造施工中，采用變頻泵+靜態平衡閥的形式，以循環水泵調節為著手點，利用控制器對室外的溫度以及管網供熱回水的溫度進行檢測，將檢測的數據信息上傳至程序系統中，通過系統程序計算得出最終結果，并連接控制信號，基于數據顯示不同的信號信息，進而實現控制A建筑工程集中供熱系統循環水泵流量的目的。

5.2.2 定頻泵+動態流量控制閥

定頻泵+動態流量控制閥模式下，A建筑工程集中供熱系統循環水泵以恒定流量運行，不僅能夠預防水力失衡問題，將還能夠降低能源消耗。在改造施工中，保證換熱站與用戶距離半徑在供熱半徑的80%以內，同時，安裝施工前計算好定頻泵+動態流量控制閥的熱力范圍，保證在有效范圍內，避免出現熱力失效的情況。

5.2.3 定頻泵+動態壓差控制閥+熱量表

不同的采暖期循環水泵的流量控制不同，動態壓差控制閥安裝在用戶熱力入口部位，基于用戶的實際需求調節管道流量。熱量表是國家分戶熱計算的重要設備，如果安裝動態壓差控制閥后，不安裝熱量表，將會引發更為嚴重的水力失衡問題。

5.3 預防項目水力失衡措施

5.3.1 安裝平衡裝置

集中供熱系統運行中，基于熱源供應情況自動調節管內助力，保證熱網系統水力平衡。但是，受不良因素的影響，存在阻力調節失效的情況，為了避免水力失衡問題的發生，在管網中安裝阻力調節裝置，保證供熱管道內部的阻力處于穩定的狀態。在調節中，安裝阻力平衡設備，基于供暖系統的實際情況，保證管道阻力數值符合設計標準數值。在實際操作中，阻力平衡裝置安裝涉及的內容較多，具有一定的施工難度，相關技術人員一定要重視施工安裝質量，結合項目情況，保證阻力平衡裝置安裝質量達標，發揮出水力平衡調節的作用[11]。另外，安裝平衡閥，利用管道內流量氣壓控制水力平衡，構建系統化的閥體協管機制，保證集中供熱系統水力平衡。

5.3.2 開展比例調節技術

采用超聲波流量計，以并聯的管網流量為標準開展測量工作，該手法的測量精度較高，整體流量調節效果較好。但是，超聲波流量計對于技術人員的要求高，需要其具備高水準的技術基礎才能保證后續工作穩定開展。另外，借助變頻技術也是調節集中供熱系統管網內部流量的重要手段，能夠對管網內部水量實施監督以及控制，整體的調節效果較好，能夠有效的預防供暖系統水力失衡的問題，提升能源利用率。

5.3.3 采用附加壓頭

集中供暖系統管網調整升級施工中，出現循環水泵的實際揚程不足，也會誘發水力失衡的問題，而循環水泵揚程處理中，需要更換水泵以及部分管道的規格，進而整體的維修成本較高。因此，為了避免這一問題的發生，在施工中采用揚程低、流量小的水泵，進而達到增加用戶水管壓力，同時，能夠更好的控制管道內部流量，如發現管道阻力值不均勻，需要及時開展平衡調節。在當前發展背景下，供熱管網系統水力平衡系統預防措施不斷完善，以節能環保為原則，降低系統運行的能源消耗，提升城市整體供暖效果。

6 結語

城市集中供暖系統出現水力失衡問題的誘因較多，其表現形式不同，技術人員需要結合項目的實際情況以及相關設備的狀態，布置針對性的調節處理措施，降低水力失衡問題二次發生的風險，積極制定水力失衡預防方案，提升集中供暖系統管網運行的穩定性。