土木建筑學術文庫第13卷2010年供熱系統(tǒng)水力失調的改造朱利軍高琳霞(河南省建設集團有展公司)摘要供熱管網運行的水力平衡調節(jié)是供熱系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),調節(jié)得好壞直接影響到用戶的供熱質量以及供熱單位的經濟效益.本文分析了某文化館鍋爐房供熱管網水力失調的原因和后果,并提出了解決水力失調的措施。通過對其供熱管網的改造,既達到了節(jié)能降耗的目的,又解決了用戶的熱力失調問題,提高了供熱的質量關鍵詞供熱系統(tǒng)水力失調水力計算衡閥在熱水供暖系統(tǒng)運行過程中,往往會由于設計、施工、改建和調節(jié)等原因,使供熱管網中流量分配與熱用戶所需流量不相符合,有時甚至會差別很大,供熱系統(tǒng)的這種實際水力工況與設計水力工況的不一致性稱為供熱系統(tǒng)的水力失調叫。供熱系統(tǒng)水力失調必然會導致用戶的熱力失調,同時,供熱系統(tǒng)水力失調會直接造成供熱系統(tǒng)運行效果差、能源浪費等后果。有關水力失調的分類和產生的原因有很多,其解決水力失調的辦法也就各不相同。本文以某文化館鍋爐房供熱系統(tǒng)為案例,分析了水力失調形成的原因,歸納了存在的問題,提出了相應的改造方案,通過對管網的水力計算,在熱源、熱用戶出口安裝平衡閥,并調整了閥門的開度,調整、匹配循環(huán)水泵,解決了用戶的熱力失調問題。1文化館鍋爐房供熱現狀及原因分析建筑面積65萬m2,鍋爐型號:SZL280.7/9570-AI,2臺4t(56MW)的鍋爐,間供式系統(tǒng),設計供回水溫度為95℃/70℃。循環(huán)水泵2臺(一用一備),型號R150-125-400(流量8#7##152003h,揚程H=3mHQO,電機「時功率N=55kW),補水泵2臺(文化m21.34151617819110用一備),型號為:1S50-32160(流鍋斯同3n2Dx1小N1Ns1N125125DDN)環(huán)路量v=15m/h,揚程H=32mH2O,電機功率N=3kW),最高建筑物為L.2環(huán)郢220m,該建筑物和鍋爐房地形高差1. 16為5m,膨脹水箱定壓,熱網分布1)\15 I)\50) 1\125 I)\I) I\N如圖1所示,鍋爐運行參數:通常網路供水溫度為55℃~70℃,最高達80℃,環(huán)路1溫差12℃,環(huán)路2溫差7℃;用戶室內最高溫度圖1熱網分布示意圖中國煤化工28℃,最低溫度12℃。CNMHG根據上面的運行參數可以看出,該鍋爐房供熱系統(tǒng)從啊坑,近、遠端用戶冷熱不均,環(huán)路1和環(huán)路2之間的流量分配不平衡,系統(tǒng)大流量小溫差運行。管網設計之初,由于規(guī)供熱系統(tǒng)水力失調的改造模相對較小,隨著供熱外網的不斷擴建,供熱管網系統(tǒng)出現新的水力失調現象。熱源進出口和建筑物人口沒有性能優(yōu)良的調節(jié)閥,多為閘閥、截止閥、蝶閥,導致位于網路近端的熱用戶的實際流量往往比規(guī)定的值大,遠端的比規(guī)定值小。循環(huán)水泵選型不合理(經水力計算后得出的結論),在確定水泵揚程時,按照經濟比摩阻上限來估算最不利環(huán)路阻力損失的,造成所選水泵揚程過大,使水泵在大流量,小揚程,低效率下運行,同時當軸功率大于電機銘牌功率時,容易引起電機過載,長時間運行,影響電機使用壽命,甚至會燒壞電機。2管網系統(tǒng)水力平衡改造從流體力學的觀點看,平衡閥相當于一個可以改變局部阻力的節(jié)流元件,平衡閥能夠很好的消除近端用戶的剩余壓差,以達到管網的平衡。按照設計工況(嚴寒)調節(jié)使水量平衡,如果當實際工況不同于設計工況時,使用平衡閥,則能將新的水量按照設計計算比例重新平衡的分配,例如,當由于系統(tǒng)負荷的改變,實際的循環(huán)水量為設計流量的80%時,各個熱用戶的用水量相應減少到原來的80根據實際調研的數據資料,提出系統(tǒng)改造方案:①在循環(huán)水泵出口處安裝平衡閥。②在分水器、集水器處安裝平衡閥。③在各建筑物入口處(回水)安裝平衡閥。④進行仔細的水力計算,校核循環(huán)水泵和補水泵。⑤進行全面系統(tǒng)水力平衡調試,使安裝了平衡閥的各環(huán)路流量基本能達到設計流量。(1)管網水力計算及平衡分析在進行水力計算時,選取供回水溫度為80℃/60℃,管壁內壁粗糙度取K=05mm,各建筑物熱用戶負荷分布如表1,用戶需用壓頭見表4。表1熱用戶負荷文化館一小南小北衛(wèi)生局殘聯194.17230.0452L972154720310388938595090飯店錢庫140.73306.15470.339283181.80167.259752523797由圖1提供的文化館鍋爐房的管網分布圖可知,該管網共分為兩個環(huán)路,同時根據供熱半徑可知,環(huán)路1最不利用戶為5#,環(huán)路2最不利用戶為肼。根據文獻l、文獻2和文獻3l,計算得到環(huán)路1總循環(huán)水量為107.86t/h,供回水管徑為DN00;環(huán)路2總循環(huán)水量為74.89h,供回水管徑為DN200。兩個環(huán)路的水力計算結果見表2和表3。表2環(huán)路1水力計算管段編號流量管徑流速單位比摩阻|管段實際長度(m)管段阻力損失kPa)(a/m1006132224.3776.162656683462150L67393215006580125009895561中國煤化工643環(huán)最不利環(huán)路(L-L10)沿程阻力損失合計kPa43.63CNMHGIL4521661003.0803860.48土木建筑學術文庫第13卷2010年衰3環(huán)路2水力計算管段編號流量/流魂/單位比享阻管段實際長度管段阻力損失kPa14890.692368516815032472環(huán)最不利環(huán)路(L-110)沿程阻力損失合計/P由表2和表3的水力計算結果可知,環(huán)路1的管網阻力損失為4363kPa,末端用戶資用壓頭30kPa,則有一環(huán)路資用壓頭為4363+30-=73.63kPa,取值為100kPa,同理環(huán)路2的資用壓頭取為80k根據文獻4提供的平衡閥選用原則和選用方法,由管道流量和消耗的壓差選擇口徑,同時要確定開度(一般要求平衡閥的設計開度盡量在60%~90%之間,在滿足設計流量的條件下選用較小的平衡閥口徑,既調節(jié)方便,又節(jié)省投資),剩余壓差較小的用戶和末端用戶不選用平衡閥,環(huán)路1和環(huán)路2各個用戶選用的平衡閥見表4。表4供熱管網平衡閥的選用計算用戶流量人戶管徑資用壓頭平衡閥平衡閥名稱(mm)(kPa)消耗壓頭kPa)口徑m)開度(%)文化館480衛(wèi)生局4453300457034.210.8580飯店5198錢庫605203|6大廈2200526008610519工商39.498.24(2)由表1可知,最不利環(huán)路的阻力為4363kPa,設系統(tǒng)熱源阻力為100kPa,#5用戶的資用壓頭為30kPa,則有系統(tǒng)的總阻力為100+43.63×2+30=21726kPa=22.12mH2O,流量附加系數取1.05,則總的循環(huán)流量為7489+107.86)×1.2=192h。而鍋爐房現有的循環(huán)水泵參數為:流量V=200m3/h,揚程H=32mH2O,很明顯所選水泵揚程偏大,造成管網運行水力失調。根據水力計算的數據,重新選取了循環(huán)水泵,其型號為: KQWR-G10020C-302,流量V=200m3/h,揚程H=32mH2O,電機功率N=30kW,兩臺,一用一備。(3)系統(tǒng)補水點設在在水泵入口處,最高的建中國煤化工約為23mH2O,取補水泵進出口水管阻力10kPa,補給水箱最低水位與CNMH揚程為24.02mH2O補水量取循環(huán)水量的5%,即192h×5%96m3/h,原有補水泵型號為:S30-32-160(流量15m3/h,揚程H=32mH2O,電機功率N=3kW),顯然,管網補水泵滿足系統(tǒng)運行的要求。供熱系統(tǒng)水力失調的改造3管網改造效果在按照設計計算的方案實施以后,對整個系統(tǒng)進行了調試,由于平衡閥具有定量的測量功能和調節(jié)功能,系統(tǒng)調試時,調試人員通過與專用智能儀表人機對話,對平衡閥進行調整,實現了系統(tǒng)的水力平衡。該系統(tǒng)改造前后的情況如下:(1)環(huán)路1和環(huán)路2實現了流量分配平衡。原來環(huán)路1溫差12℃,環(huán)路2溫差7℃,說明流量分配不平衡,經過改造后,兩個環(huán)路的供回水溫差基本一致,約為135℃。(2)供熱效果大大改善,解決了末端用戶不熱的問題,取暖費收費率大幅度上升。(3)水泵電機節(jié)約能耗,經濟效益顯著。節(jié)約電量約為(55-30)×150×24-=9×104kWh,4結語該供熱管網系統(tǒng)改造后的運行效果表明上述改造方案正確可靠,為今后其他供熱管網的改造提供了經驗。在供熱過程中,隨著供熱外網的不斷擴建,供熱負荷不斷增加,供熱管網在改造時,要重新進行水力平衡計算,要驗證動力設備是否匹配,例如循環(huán)水泵等設備是否選型合理,同時在選型時,不能靠經驗來選型,而是要進行嚴格的水力計算才行,這樣才能有效地解決供熱管網存在的問題,實現可靠的供熱。參考文獻l]賀平,孫剛,供熱工程M3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,19932|中華人民共和國行業(yè)標準城市熱力網設計規(guī)范.(CJJ4-2002)1S|北京:中國建筑工業(yè)出版社,20023陸耀慶.實用供熱空調設計手冊M北京:中國建筑工業(yè)出版社,19934河南省工程建設標準設計管理辦公室.河南省工程建設標準設計05系列工程建設標準設計圖集(DBJT19202005)中國煤化工CNMHG