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集中供热管网热网水力平衡调节问题分析

时间:2019-11-8 8:55:59   作者:白哥   来源:供热供暖公众号   评论:0
内容摘要:集中供热管网热网平衡调节是困扰全国供热界的历史性难题,究其根源,首先是传统供热系统的工艺结构不合理!这种传统供热系统一次网采用“热源和多个热力站共用一个集中循环泵”,二次网采用“换热站的多个分支共用一个集中循环泵..

集中供热热网水力平衡调节技术问题:


1.集中供热系统形式多种但离不开三大过程:

1)能热转换过程—由热源系统完成
2)热量输配过程—由室外系统完成
3)热量散发过程—由室内系统完成

2.室外系统水力平衡是热量输配过程的基本保障:
室外系统的水力平衡决定着整个系统运行效果,也是节能运行的前提条件。但由于种种原因,水力平衡很难真正实现,尽管各种技术措施和调控设备已推广应用了很多年,水力失调仍然普遍存在。其根源首先是人们对这个问题的认识不足,重视不够;其次是缺乏可靠有效的技术设备,而现有技术设备的实用性和可靠性有待提高。希望以下的讨论能引起业内领导和同行对水力平衡问题的重视,同时也希望大家选用可靠简单有效的调控设备,根除水力失调问题,在提高供热质量的同时,降低能耗,实现节能运行。

3.水力失调的表现:
在集中供热系统的室外管网中,水力失调主要表现是:各个环路的流量输配不均衡,致使各个用户的室温冷热不均,距循环泵较近的室温偏高,用户被迫开窗散热,大量热能流失;距循环泵较远的用户却因室温偏低经常投诉,甚至拒交采暖费;另外一些问题也和水力失调密切相关,例如系统在大流量小温差的工况下运行,锅炉或换热器等热源设备难以达到其额定出力,投入运行的设备超过实际负荷的需求,水泵的工作点偏离高效区,能量输配效率低,无法进行整体调控和节能运行,燃料和输热电能的消耗过高等等,水力失调已成为集中供热系统中普遍存在又难以治愈的顽疾。

集中供热管网热网水力平衡调节技术


4.水力失调是先天性的弊病:
室外管网一般都是异程系统,在异程管网中的循环水,从循环泵流经各个环路的路程不同,阻力就不同,所需的动力也不同。而循环泵提供的动力呈现两极分化的趋势,最不利环路的路程最长,阻力最大,所需的动力最大,却处在管网中动力最小的位置,流量甚至不足额定值的30%。供热信息网了解到而路程越短的环路其阻力也就越小,其中阻力最小的环路,反而处在离循环泵最近、动力最大的位置,流量超额数倍的很常见;如果不采取有效的措施,准确地匹配各个环路的阻力差,水力失调是不可避免的。因此,它是系统先天性的弊病。

5.仅靠设计计算难以保证水力平衡:
通过对室外管网系统进行整体设计计算,仍难以克服水力失调,这是因为设计者要加上保险系数,还要为系统扩容预留余量,无法准确地以最不利环路的阻力去匹配其它环路的阻力,只能尽量减少各个环路的阻力,而这样做的结果只能使有利环路更加有利,不利环路仍然不利。此外,计算数据与实际状况的误差、施工的误差和变更也是造成水力失调的重要原因。

6.稳态系统具有动态失调的因素:
各环路的阻力固定不变的管网系统是稳态系统或静态系统,而稳态系统的逐年扩容改造,也是产生水力失调的重要原因,不仅失去原有的设计依据,也失去了原来调试过的稳态水力平衡,因此,逐年扩容的管网系统具有动态因素,必须采用动态调控设备才能有效根除水力失调弊病。

7.动态失调的成因:
各环路的阻力经常调节变化的系统是动态系统,动态失调是指动态系统中某些环路的阻力变化时,也就是这些环路中的调控设备动作时,对其它环路所产生影响造成的失调。据了解到系统实行分户热计量安装温控和热计量设备后,原来的稳态系统就变为动态系统。如果没有动态调控设备,当某些用户主动调节用热量或散热器恒温阀自动动作时,就会干扰其它环路的用热量,严重的还会产生振动和噪音。这种失调弊病不是先天性的,是在各环路的调节过程中产生的,必须采用动态调控设备加以控制和消除,否则系统将难以正常运行。

8.动态系统中也存在稳态失调的因素:
假设在短时间内系统中全部用户都需要较大的流量时——例如室外气温骤降时,或者供水温度不足时——所有恒温阀将开到最大,此时,若不对有利环路的最大流量加以限制,不利环路将得不到足够的流量,因此,动态系统也要注意防止稳态失调。

9.稳态调控设备难以满足使用要求:
稳态调控设备也可称为定阻力设备,包括节流孔板、普通阀门、调节阀、平衡阀等。它们共同的特点是:通过人工调节设定其开度,匹配各个环路的阻力,消除剩余压头,以实现水力平衡。其中,节流孔板的阻力设定后无法调节,而普通阀门和调节阀的阻力虽然可以调节,却没有定量的手段,所以它们基本无法使用;平衡阀可以借助其专用仪表,通过手动定量调试来匹配管网系统中各个环路的阻力,使系统实现水力平衡,但它的调试比较繁琐,管网系统越大,调试也越困难;当管网系统扩容后,其阻力特性改变,又需重新进行调试;而且平衡阀的调试效果因人而异,其系统稳定性也每每不同。因此平衡阀难以满足使用要求。

10.动态调控设备必不可少:
动态调控设备也可称为自力式变阻力设备,这种设备的厂牌很多,其原理相同,结构多种多样,主要包括自力式流量控制阀、自力式压差控制阀等。它们无须外力驱动,能够根据阀门前后(或系统)压差的变化自动调节阀门的阻力,保持流量或压差的恒定,流量或压差还可以随时设定调整。变阻力设备适用于动态系统中克服动态失调,也可用于稳态系统克服稳态失调。

如何实现循环水泵的变流量调节:

从提高供热系统能效的目标出发,在供热计量收费的供热系统的设计中,应该同步进行系统循环水泵的变流量设计。尽量减少不必要的节流引起的能量损失。这样做,至少可以带来以下一些好处:

首先,提高了系统能效。循环水泵实现变流量调节,在整个运行期间,至少节电30-50%。这一技术措施,实际上的节能潜力远比目前大家谈论的循环水泵扬程选择不宜过大的效果更明显。

其次,改善了调节阀(温控阀、电动调节阀)的工作条件。如果循环水泵实行定流量运行,当负荷需求变化很大时,调节阀的开度将在很大的幅度范围内变动,不仅影响其使用寿命,而且容易发生故障。当循环水泵实现变流量调节时,其流量的大小,是随负荷的变化而适时控制的。这样,调节阀始终处于微调的状态,不但提高了调节功能,而且大大改善其工作条件,优越性是显而易见的。

再其次,还可有效配合自力式平衡阀的调节功能。对于自力式平衡阀,国内目前已逐渐广泛采用。对于自力式平衡阀,在定流量系统中(如循环水泵定速运行,加装三通阀等)的使用,其优越性已为广大专业人员所认可。

但在变流量系统中,还能否使用自力式平衡阀?更成为业内人员关注的热门话题。应该承认,在循环水泵定转速运行的变流量系统中,使用自力式平衡阀是有缺陷的。人们熟悉:自力式平衡阀的功能就是使系统流量自动地限定为设定流量。当系统需求小流量工况时,调节阀(温控阀、电动调节阀等)将关小,此时自力式平衡阀力图维持原设定流量,其阀芯趋于开大。这就出现调节阀与自力式平衡阀动作不协调现象。供热信息网了解到如果这时我们采用循环水泵变流量调节,系统总流量将随负荷的减少实时变小,进而导致自力式平衡阀前后压差小于其弹簧的工作压差,这时自力式平衡阀不再开大,不协调现象即可消失。

先进的供热运行管理模式:三级解耦技术

  热网平衡调节是困扰全国供热界的历史性难题,究其根源,首先是传统供热系统的工艺结构不合理!这种传统供热系统一次网采用“热源和多个热力站共用一个集中循环泵”,二次网采用“换热站的多个分支共用一个集中循环泵”。这种系统模式呈现的特点必然是“热源与热网的流量耦合”、“各热力站之间的流量强耦合”、“二次网各分支之间的流量耦合”。组成供热系统的这三个基本环节的流量全部是耦合关系或者是强耦合关系,也就注定了供热平衡调节困难的必然结果!特别是在配套的流量、热量检测仪表不完善的情况下,供热平衡的调节和管理工作就更加困难,绝大多数热力公司的平衡调节工作会没完没了的贯穿整个采暖季!很显然对于一个不断疲于奔命应对供热投诉的热力公司讨论节能降耗是不现实的。

  解决三个环节的流量耦合问题应综合采用“解耦管技术”、“分布变频泵技术”、“二次网分解泵技术”,我们叫它“三级解耦技术”。

  解耦管技术不是通常意义上的均压管概念,解耦管以混水方式实现热源向热网传递热量。热源流量可以大于热网运行流量,也可以小于热网运行流量。从而很好的解决了在供热运行中热网流量超出锅炉额定流量引起的电能浪费和作为旁通使用锅炉的热能浪费;锅炉可以根据供热量需要合理组合运行;热网运行温差可以大于锅炉运行温差,有利于大温差小流量的节电热能传输方案的实施,对于热电联产供热系统长距离热能传输的节电意义更大。

  分布变频泵技术方案是通过在各热力站安装小循环泵取代传统的统一大循环泵的运行方式有效的解决了各热力站富裕资用压力造成的大量电能浪费。把传统的“杀富济贫”的硬平衡调节方式改变成“各取所需”的软平衡调节方式,可以实现“立竿见影”的调节效果。

  分解泵技术是针对具有多个二次网分支环路的热力站供热系统,在每个分支环路配置循环泵取代二次网集中循环泵的工艺方案。它彻底改变了二次网平衡调节的困难现状!能够较好的解决科学供热、节能供热的基础难题——二次网的平衡供热!

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供热系统常用调节阀门分类:

流量调节阀可以实现流量平衡,克服冷热不均的现象,对于调节供热系统的能耗实施计量收费都有很大的作用。

温控阀

温控阀一般安装在散热器前,通过自动调节流量,实现居民需要的室温。温控阀有二通温控阀和三通温控阀之分。三通温控阀主要用于带有跨越管的单管系统,
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