供热系统水力失调的改造

土木建筑学术文库第13卷2010年供热系统水力失调的改造朱利军高琳霞(河南省建设集团有展公司)摘要供热管网运行的水力平衡调节是供热系统中的重要环节,调节得好坏直接影响到用户的供热质量以及供热单位的经济效益.本文分析了某文化馆锅炉房供热管网水力失调的原因和后果,并提出了解决水力失调的措施。通过对其供热管网的改造,既达到了节能降耗的目的,又解决了用户的热力失调问题,提高了供热的质量关键词供热系统水力失调水力计算衡阀在热水供暖系统运行过程中,往往会由于设计、施工、改建和调节等原因,使供热管网中流量分配与热用户所需流量不相符合,有时甚至会差别很大,供热系统的这种实际水力工况与设计水力工况的不一致性称为供热系统的水力失调叫。供热系统水力失调必然会导致用户的热力失调,同时,供热系统水力失调会直接造成供热系统运行效果差、能源浪费等后果。有关水力失调的分类和产生的原因有很多,其解决水力失调的办法也就各不相同。本文以某文化馆锅炉房供热系统为案例,分析了水力失调形成的原因,归纳了存在的问题,提出了相应的改造方案,通过对管网的水力计算,在热源、热用户出口安装平衡阀,并调整了阀门的开度,调整、匹配循环水泵,解决了用户的热力失调问题。1文化馆锅炉房供热现状及原因分析建筑面积65万m2,锅炉型号:SZL280.7/9570-AI,2台4t(56MW)的锅炉,间供式系统,设计供回水温度为95℃/70℃。循环水泵2台(一用一备),型号R150-125-400(流量8#7##152003h,扬程H=3mHQO,电机「时功率N=55kW),补水泵2台(文化m21.34151617819110用一备),型号为:1S50-32160(流锅斯同3n2Dx1小N1Ns1N125125DDN)环路量v=15m/h,扬程H=32mH2O,电机功率N=3kW),最高建筑物为L.2环郢220m,该建筑物和锅炉房地形高差1. 16为5m,膨胀水箱定压,热网分布1)\15 I)\50) 1\125 I)\I) I\N如图1所示,锅炉运行参数:通常网路供水温度为55℃~70℃,最高达80℃,环路1温差12℃,环路2温差7℃;用户室内最高温度图1热网分布示意图中国煤化工28℃,最低温度12℃。CNMHG根据上面的运行参数可以看出,该锅炉房供热系统从啊坑,近、远端用户冷热不均,环路1和环路2之间的流量分配不平衡,系统大流量小温差运行。管网设计之初,由于规供热系统水力失调的改造模相对较小,随着供热外网的不断扩建,供热管网系统出现新的水力失调现象。热源进出口和建筑物人口没有性能优良的调节阀,多为闸阀、截止阀、蝶阀,导致位于网路近端的热用户的实际流量往往比规定的值大,远端的比规定值小。循环水泵选型不合理(经水力计算后得出的结论),在确定水泵扬程时,按照经济比摩阻上限来估算最不利环路阻力损失的,造成所选水泵扬程过大,使水泵在大流量,小扬程,低效率下运行,同时当轴功率大于电机铭牌功率时,容易引起电机过载,长时间运行,影响电机使用寿命,甚至会烧坏电机。2管网系统水力平衡改造从流体力学的观点看,平衡阀相当于一个可以改变局部阻力的节流元件,平衡阀能够很好的消除近端用户的剩余压差,以达到管网的平衡。按照设计工况(严寒)调节使水量平衡,如果当实际工况不同于设计工况时,使用平衡阀,则能将新的水量按照设计计算比例重新平衡的分配,例如,当由于系统负荷的改变,实际的循环水量为设计流量的80%时,各个热用户的用水量相应减少到原来的80根据实际调研的数据资料,提出系统改造方案:①在循环水泵出口处安装平衡阀。②在分水器、集水器处安装平衡阀。③在各建筑物入口处(回水)安装平衡阀。④进行仔细的水力计算,校核循环水泵和补水泵。⑤进行全面系统水力平衡调试,使安装了平衡阀的各环路流量基本能达到设计流量。(1)管网水力计算及平衡分析在进行水力计算时,选取供回水温度为80℃/60℃,管壁内壁粗糙度取K=05mm,各建筑物热用户负荷分布如表1,用户需用压头见表4。表1热用户负荷文化馆一小南小北卫生局残联194.17230.0452L972154720310388938595090饭店钱库140.73306.15470.339283181.80167.259752523797由图1提供的文化馆锅炉房的管网分布图可知,该管网共分为两个环路,同时根据供热半径可知,环路1最不利用户为5#,环路2最不利用户为肼。根据文献l、文献2和文献3l,计算得到环路1总循环水量为107.86t/h,供回水管径为DN00;环路2总循环水量为74.89h,供回水管径为DN200。两个环路的水力计算结果见表2和表3。表2环路1水力计算管段编号流量管径流速单位比摩阻|管段实际长度(m)管段阻力损失kPa)(a/m1006132224.3776.162656683462150L67393215006580125009895561中国煤化工643环最不利环路(L-L10)沿程阻力损失合计kPa43.63CNMHGIL4521661003.0803860.48土木建筑学术文库第13卷2010年衰3环路2水力计算管段编号流量/流魂/单位比享阻管段实际长度管段阻力损失kPa14890.692368516815032472环最不利环路(L-110)沿程阻力损失合计/P由表2和表3的水力计算结果可知,环路1的管网阻力损失为4363kPa,末端用户资用压头30kPa,则有一环路资用压头为4363+30-=73.63kPa,取值为100kPa,同理环路2的资用压头取为80k根据文献4提供的平衡阀选用原则和选用方法,由管道流量和消耗的压差选择口径,同时要确定开度(一般要求平衡阀的设计开度尽量在60%~90%之间,在满足设计流量的条件下选用较小的平衡阀口径,既调节方便,又节省投资),剩余压差较小的用户和末端用户不选用平衡阀,环路1和环路2各个用户选用的平衡阀见表4。表4供热管网平衡阀的选用计算用户流量人户管径资用压头平衡阀平衡阀名称(mm)(kPa)消耗压头kPa)口径m)开度(%)文化馆480卫生局4453300457034.210.8580饭店5198钱库605203|6大厦2200526008610519工商39.498.24(2)由表1可知,最不利环路的阻力为4363kPa,设系统热源阻力为100kPa,#5用户的资用压头为30kPa,则有系统的总阻力为100+43.63×2+30=21726kPa=22.12mH2O,流量附加系数取1.05,则总的循环流量为7489+107.86)×1.2=192h。而锅炉房现有的循环水泵参数为:流量V=200m3/h,扬程H=32mH2O,很明显所选水泵扬程偏大,造成管网运行水力失调。根据水力计算的数据,重新选取了循环水泵,其型号为: KQWR-G10020C-302,流量V=200m3/h,扬程H=32mH2O,电机功率N=30kW,两台,一用一备。(3)系统补水点设在在水泵入口处,最高的建中国煤化工约为23mH2O,取补水泵进出口水管阻力10kPa,补给水箱最低水位与CNMH扬程为24.02mH2O补水量取循环水量的5%,即192h×5%96m3/h,原有补水泵型号为:S30-32-160(流量15m3/h,扬程H=32mH2O,电机功率N=3kW),显然,管网补水泵满足系统运行的要求。供热系统水力失调的改造3管网改造效果在按照设计计算的方案实施以后,对整个系统进行了调试,由于平衡阀具有定量的测量功能和调节功能,系统调试时,调试人员通过与专用智能仪表人机对话,对平衡阀进行调整,实现了系统的水力平衡。该系统改造前后的情况如下:(1)环路1和环路2实现了流量分配平衡。原来环路1温差12℃,环路2温差7℃,说明流量分配不平衡,经过改造后,两个环路的供回水温差基本一致,约为135℃。(2)供热效果大大改善,解决了末端用户不热的问题,取暖费收费率大幅度上升。(3)水泵电机节约能耗,经济效益显著。节约电量约为(55-30)×150×24-=9×104kWh,4结语该供热管网系统改造后的运行效果表明上述改造方案正确可靠,为今后其他供热管网的改造提供了经验。在供热过程中,随着供热外网的不断扩建,供热负荷不断增加,供热管网在改造时,要重新进行水力平衡计算,要验证动力设备是否匹配,例如循环水泵等设备是否选型合理,同时在选型时,不能靠经验来选型,而是要进行严格的水力计算才行,这样才能有效地解决供热管网存在的问题,实现可靠的供热。参考文献l]贺平,孙刚,供热工程M3版.北京:中国建筑工业出版社,19932|中华人民共和国行业标准城市热力网设计规范.(CJJ4-2002)1S|北京:中国建筑工业出版社,20023陆耀庆.实用供热空调设计手册M北京:中国建筑工业出版社,19934河南省工程建设标准设计管理办公室.河南省工程建设标准设计05系列工程建设标准设计图集(DBJT19202005)中国煤化工CNMHG