土木建筑學(xué)術(shù)文庫第13卷2010年供熱系統(tǒng)水力失調(diào)的改造朱利軍高琳霞(河南省建設(shè)集團有展公司)摘要供熱管網(wǎng)運行的水力平衡調(diào)節(jié)是供熱系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),調(diào)節(jié)得好壞直接影響到用戶的供熱質(zhì)量以及供熱單位的經(jīng)濟效益.本文分析了某文化館鍋爐房供熱管網(wǎng)水力失調(diào)的原因和后果,并提出了解決水力失調(diào)的措施。通過對其供熱管網(wǎng)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(diào)問題,提高了供熱的質(zhì)量關(guān)鍵詞供熱系統(tǒng)水力失調(diào)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(shè)計、施工、改建和調(diào)節(jié)等原因,使供熱管網(wǎng)中流量分配與熱用戶所需流量不相符合,有時甚至?xí)顒e很大,供熱系統(tǒng)的這種實際水力工況與設(shè)計水力工況的不一致性稱為供熱系統(tǒng)的水力失調(diào)叫。供熱系統(tǒng)水力失調(diào)必然會導(dǎo)致用戶的熱力失調(diào),同時,供熱系統(tǒng)水力失調(diào)會直接造成供熱系統(tǒng)運行效果差、能源浪費等后果。有關(guān)水力失調(diào)的分類和產(chǎn)生的原因有很多,其解決水力失調(diào)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(diào)形成的原因,歸納了存在的問題,提出了相應(yīng)的改造方案,通過對管網(wǎng)的水力計算,在熱源、熱用戶出口安裝平衡閥,并調(diào)整了閥門的開度,調(diào)整、匹配循環(huán)水泵,解決了用戶的熱力失調(diào)問題。1文化館鍋爐房供熱現(xiàn)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(shè)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(wǎng)分布1)\15 I)\50) 1\125 I)\I) I\N如圖1所示,鍋爐運行參數(shù):通常網(wǎng)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(nèi)最高溫度圖1熱網(wǎng)分布示意圖中國煤化工28℃,最低溫度12℃。CNMHG根據(jù)上面的運行參數(shù)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(wǎng)設(shè)計之初,由于規(guī)供熱系統(tǒng)水力失調(diào)的改造模相對較小,隨著供熱外網(wǎng)的不斷擴建,供熱管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)新的水力失調(diào)現(xiàn)象。熱源進出口和建筑物人口沒有性能優(yōu)良的調(diào)節(jié)閥,多為閘閥、截止閥、蝶閥,導(dǎo)致位于網(wǎng)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(jīng)水力計算后得出的結(jié)論),在確定水泵揚程時,按照經(jīng)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(dāng)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?xí)龎碾姍C。2管網(wǎng)系統(tǒng)水力平衡改造從流體力學(xué)的觀點看,平衡閥相當(dāng)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(wǎng)的平衡。按照設(shè)計工況(嚴(yán)寒)調(diào)節(jié)使水量平衡,如果當(dāng)實際工況不同于設(shè)計工況時,使用平衡閥,則能將新的水量按照設(shè)計計算比例重新平衡的分配,例如,當(dāng)由于系統(tǒng)負(fù)荷的改變,實際的循環(huán)水量為設(shè)計流量的80%時,各個熱用戶的用水量相應(yīng)減少到原來的80根據(jù)實際調(diào)研的數(shù)據(jù)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(diào)試,使安裝了平衡閥的各環(huán)路流量基本能達到設(shè)計流量。(1)管網(wǎng)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(nèi)壁粗糙度取K=05mm,各建筑物熱用戶負(fù)荷分布如表1,用戶需用壓頭見表4。表1熱用戶負(fù)荷文化館一小南小北衛(wèi)生局殘聯(lián)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(wǎng)分布圖可知,該管網(wǎng)共分為兩個環(huán)路,同時根據(jù)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(jù)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(jié)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(xué)術(shù)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(jié)果可知,環(huán)路1的管網(wǎng)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(jù)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(shè)計開度盡量在60%~90%之間,在滿足設(shè)計流量的條件下選用較小的平衡閥口徑,既調(diào)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(wǎng)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(shè)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(shù)取1.05,則總的循環(huán)流量為7489+107.86)×1.2=192h。而鍋爐房現(xiàn)有的循環(huán)水泵參數(shù)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(wǎng)運行水力失調(diào)。根據(jù)水力計算的數(shù)據(jù),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(shè)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(wǎng)補水泵滿足系統(tǒng)運行的要求。供熱系統(tǒng)水力失調(diào)的改造3管網(wǎng)改造效果在按照設(shè)計計算的方案實施以后,對整個系統(tǒng)進行了調(diào)試,由于平衡閥具有定量的測量功能和調(diào)節(jié)功能,系統(tǒng)調(diào)試時,調(diào)試人員通過與專用智能儀表人機對話,對平衡閥進行調(diào)整,實現(xiàn)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(xiàn)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(jīng)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(jīng)濟效益顯著。節(jié)約電量約為(55-30)×150×24-=9×104kWh,4結(jié)語該供熱管網(wǎng)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(wǎng)的改造提供了經(jīng)驗。在供熱過程中,隨著供熱外網(wǎng)的不斷擴建,供熱負(fù)荷不斷增加,供熱管網(wǎng)在改造時,要重新進行水力平衡計算,要驗證動力設(shè)備是否匹配,例如循環(huán)水泵等設(shè)備是否選型合理,同時在選型時,不能靠經(jīng)驗來選型,而是要進行嚴(yán)格的水力計算才行,這樣才能有效地解決供熱管網(wǎng)存在的問題,實現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)城市熱力網(wǎng)設(shè)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(diào)設(shè)計手冊M北京:中國建筑工業(yè)出版社,19934河南省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計管理辦公室.河南省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計05系列工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集(DBJT19202005)中國煤化工CNMHG