集中热水供应系统减压阀分区的循环水泵设计问题

集中热水供应系统减压阀分区的循环水泵设计问题方汝清王瑞陈银环(四川省建筑设计院,成都610017)摘要高层建筑集中热水供应设置减压阀分区并有强制循环回水系统时,减压阀设置位置对循环工况影响很大。对循环水泵扬程计算、水泵壳体承受工作压力的静水压作用、倒循环系统的水泵与汽蚀余量关系等问题进行分析,提出计算公式和解决办法,供设计人员结合具体工程参考使用。关键词集中热水供应 减压阀分区 循环工况 循环水 泵0引言程不同情况对减压阀选型提出使用温度要求。高层建筑热水供应需要采取竖向分区供水方式1竖向分 区减压阀不在热水循环管道上来解决系统管网压力过大问题,工程中常用水箱或热水循环方式从系统管网布置来划分有干管循减压阀来达到此目的，分区范围与给水系统基本一环,干、立管循环，干、立、支管循环以及不循环几种致,以确保用水点处冷、热水压大体平衡。集中热水情况;如果热水系统竖向分区减压阀设置在冷水管供应设置减压阀分区并有强制循环回水系统时，减道或不在热水循环管道上,循环流量不通过减压阀，压阀设置位置对循环工况影响很大,其中循环水泵其循环水泵选型的流量和扬程计算等与不分区热水扬程需增加减压阀带来的压力损失、水泵壳体承受系统相同。这些热水循环系统有下列几种:的T.作压力应考虑静水压的作用、倒循环系统的水(1)竖向分区减压阀设置在冷水管上。热水供泵位置与该泵的汽蚀余量密切关联等等,这些问题应系统分为高、低两区,每区有独立的水加热装置和设计时应高度重视,否则将造成循环受阻、循环短路循环水泵,见图1。在低区的冷水管.上设置减压阀，以减小低区热水供应系统的水压,高、低两区构成和循环水泵受损等故障。当分区减压阀设置在热水管道上时，应注意减完全独立的两个系统,循环系统各自独立,互不干压阀零部件中橡胶制品的耐温性能。无论是比例式扰,循环流量不通过减压阀,对循环水泵扬程不产生减压阀或可调式减压阀,其密封部件及可调式减压影响。阀腔中的隔膜均为橡胶制品。热水供水温度- -般为冷水箱50~75C,如果系统故障、温度自控失灵,水温可能会高达100C。普通橡胶制品在高温热水下工作,持续一段时间后会影响密封性能和减压效果,造成频繁更换密封件或阀腔隔膜,对于系统运行这种情加热器况是不可承受的，需要采用耐受较高温度的橡胶制0膨胀罐品。符合《橡胶密封件给.排水管及污水管道用接口膨胀諾密封圈材料规范》( HG/T 3091) 的材料适用于工作温度在45C以下的水介质使用,对于热水管道则应图1分区减压阀设在冷水管采用符合《110C以下热水输送管橡胶密封圈材料(2)干管循环方式。热水供应系统采用干管循规范》(HG/T 3097)(代替GB 10709)的橡胶。据材环方式,见图2系统分 为高低两区,共用一套水料手册资料介绍氯丁橡胶耐温80 C ,瞬间温度允许TYH中国煤化工热水立管上设减压阀达120C,氟橡胶可耐温260C,设计人员应根据工或C N M H G均不通过减压阀,对90给水排水 Vol.35 No.7 2009W冷水箱凹口白滦阳王门阀阀加热器膨胀罐___ 循环系循环泵图2干管循环的减压 阀分区图4立管上设减压阀分区循环水泵扬程不产生影响。(3)千、 立管循环方式。热水供应系统分为高、低两区,采用干、立管循环方式,见图3。系统设-套加热器和循环水泵，由于减压阀设置在支管上,循环流量不通过减压阀,对循环水泵扬程不产生影响。中~加器吱图5低压热水供水总 管上设减压阀水供水总管设减压阀I进行竖向分区(见图5)。为了平衡高.低区回水管交汇点A处两区的压力,在高区回水管设置减压阀I ,减去高区剩余压力,该阀图3干、立管循环支管减压宜选用可调式减压阀,便于调节水压。另外,为达到(4)不循环方式。热水供应系统分为高、低两高、低区回水管交汇点A处两区的压力平衡，也可区,不设循环管道,没有循环水泵。无论系统共用-一以按照图6方式在A点之前的低区回水干管上设套水加热装置或是分别设置独立的两套装置,减压置增压泵,将减压阀I的压力损失补上,使A点高、阀设置都比较简单,可与冷水系统设置方式相同。低两区水压平衡。该泵宜选择变速泵便于调节需补2竖向分区减压 阀设置在热水循环管道上充的扬程。热水供应系统竖向分区减压阀设置在热水循环管道上,并共用一套水加热装置和循环水泵。由于循环流量通过减压阀产生了压力损失,在计算循环水泵扬程时应增加这部份压力,否则循环受阻影响.系统正常运行,这正是本文需要着重讨论的问题。这类热水供应系统分区循环方式有下列几种:(1)热水供应系统分为高、低两区,分区减压阀.设置在立管上(见图4),共用一套加热装置和循环中国煤化工o^水泵,其扬程计算应考虑减压阀产生的压力损失。MHCN MH G0-8(2)热水供应系统分为高、低两区,在低区的热图6低区回水 管设增压泵给水排水Vol.35 No.7 2009 91WV3减压阀分区的循环水泵扬程计算式中a一可 调式减压阀的动压系数。集中热水供应系统减压阀分区的循环水泵扬程比例式减压阀的减压比a宜≤3: 1,可 调式减计算,图1~图3的热水供、回水系统循环流量不经压阀的阀前与阀后的最大压差P.- P2≤0. 4 MPa.过减压阀,其循环水泵扬程按照《建筑给水排水设计β一般为0.7~0.9,p-般为0.6~0.7([2。规范》(GB 50015- -2003)中式5.5. 10计算。图4~(3)减压阀人口处静水压P。减压阀人口处图6的热水供、回水系统循环流量需通过减压阀,其静水乐P和出口处静水压P2是在减压阀关闭时循环水泵扬程应增加减压阀的压力损失,见式(1)。的压力,当阀后用水,减压阀开启,其进、出口压力将H,=(hp +h,)+(h;+hg)减小，表现为动水压。设置循环水泵的目的是为了式中H,-循环水泵 的扬程,kPa;补偿配水管网在用水低峰或不用水时管道向四周散h,-循环流量通过配水管路的水头损失，失的热量,保持循环流量在管网中循环流动,不断向kPa;管网补充热量,从而保证各配水点水温。配水管网h,-循环流量通过回水管路的水头损失，的热损失只有设计小时耗热量的3%~5%],得出的系统循环流量不大,水头损失也不大,故循环水h;-加热器的水头损失,kPa;泵工作时减压阀入口动、静水压变化也不大。为hg-减压阀的水头 损失,kPa。了使循环水泵扬程计算与减压阀选型采用人口静.(1)加热器的水头损失h;。 容积式水加热器、水压计算相匹配,以入口静水压P来计算减压阀导流型容积式水加热器、半容积式水加热器和加热.的压力损失与采用入口动水压进行计算误差不水箱,因容器内被加热水的流速- -般较低(v$0.1大,并偏于安全。工程设计按式(2)计算是可行m/s),流程短,故水头损失很小，在热水系统循环水的,不会造成循环水泵扬程不够而使循环受阻，而泵扬程计算中可忽略不计。对于快速式水加热器且增大的扬程有限,不会带来其他的不利影响,但可(即热式和半即热式),被加热水在其中流速较大，流使计算简化。程也长,水头损失应以沿程和局部水头损失之和计4循环水泵 壳体承受的工作压力算。一般情况下,加热器产品样本给出了其水头热水供应系统循环水泵扬程只需用于克服循损失,设计人员可以根据具体情况选用。环管网总水头损失,水泵扬程很低。同时，循环水(2)减压阀的水头损失hg。热水供应系统和给泵和水加热装置一般都位于热水系统的最低处，水系统一样,按规范规定以静压要求进行竖向分区循环水泵扬程不大,但它所承受管网的静水压力却并选择减压阀。循环水泵运行时,减压阀处于通水较高,尤其是高层建筑的热水系统更为突出。因此，状态,hy值应为减压阀人口处静水压减去其出口处《建筑给水排水设计规范》明确规定,循环水泵壳体动水压，见式(2):承受的工作压力不得小于其所承受的静水压力加水h,=P:-P3(2)泵扬程。式中P----减压阀阀前静水压，kPa; .(1)对于图1所示系统,高区循环水泵承受的减压阀阀后动水压,kPa。静水压力是冷水箱最高水位与水泵之间的高程差;比例式减压阀:低区循环水泵承受的静水压力是减压阀后静水压力加上水泵与减压阀之间的高程差。P:=BPz=些p.(3)(2)对于图2、图3所示系统,循环水泵承受静式中P2- -比例式减压阀阀后静水压, kPa;水压力的计算方法与图1高区系统计算方法相同。a-减压比;(3)对于图4、图5所示系统,循环水泵承受静h-比例式减压阀的动压系数。水压中国煤化工统计算方法相同。可调式减压阀:CN MH G盾环水泵壳体所承Ps=βxP2(4)受的工作压力可分别按高区和低区系统进行计92 给水排水Vol.35 No.7 2009W算，比较两种结果取其大值。高区系统循环水泵差，即水泵允许的最大吸上真空高度,m。壳体承受的工作压力计算与图I高区系统相同;H= 0(P3-h),即循环流量在减压阀后动压低区系统除按图1低区系统计算还需加上增压泵P3作用下克服管道水头损失后在回水管内的最高扬程。水位。计算此管道水头损失,确定管道长度比较麻5倒循环 系统的循环水泵设置位置集中热水供应系统根据T程具体情况,水加热烦,最高水位与水头损失互为函数,需多次渐近计算，装置高位设置构成倒循环系统。如果系统不分采用ho代替这段管道水头损失,计算明确,设计偏区,冷水箱水位能够确保循环水泵正压进水,靠近于安全，可以采用循环水泵扬程计算的数据，一-举两水加热装置处的循环水泵可以不考虑其汽蚀余量得[3]:对水泵安装位置的影响。如果热水供应系统采用z.-元(H。-H,-H,)-Sh - (0.4~0.6) (6)减压阀分区(见图7),循环回水不能保证循环水泵正压进水，需要根据循环水泵的汽蚀余量核定其式中z,-水 泵轴中心或基准面与最低吸水位(回安装位置,否则将不能正常吸水而影响循环水泵水的最高水位)的高差,m;运行。Hg-循环水泵安装处的大气压,kPa;冷水箱H,- -- 设计最高水温的饱和蒸汽压力, kPa; .H.---吸水管的沿程与局部水头损失之和，加热器kPa,计算时吸水管长度按循环水泵人口至减压阀标高为横坐标的回水管长度;Oh-水泵样本中给出的水泵汽蚀余量空NPSH,m。计算结果如Z.> H2 ,循环水泵设计安装高度可行;如果Z,