【论文精选】热力站设备测评分析
【论文精选】热力站设备测评分析
GAS-HEAT1978
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作 者： 娄跃明，郭佳，张建华，孔军，李鹤，孙刚
第一作者单位：国电东胜热力有限公司
摘自《煤气与热力》2021年10月刊
1 概述
本文以位于内蒙古鄂尔多斯市的国电东胜热力有限公司为例，对该公司所有热力站设备进行测评，对测评结果进行分析，寻找在生产运行中存在的问题，并提出解决的办法。
2 项目简介
国电东胜热力有限公司热力站设备测评是在中国城市建设研究院有限公司东北分院孙刚团队的指导下，在其多年指导热网运行实践经验的基础上和对大量运行数据分析整合的前提下，根据不同地区的实际情况，确定测评指标，进行测评计算。
该公司热源（首站）配有 4 台 160 MW 汽 - 水换热器、 8 组 38 MW 热泵（热泵的实际供热量为 29 MW/ 组），因此，首站实际总供热能力为 872 MW 。该公司供热区域内的绝大多数热力站由该公司管理，少数热力站由热用户自己管理（这部分热力站称为自管站），该公司还售热给另外一家热力公司的几个热力站（这几个热力站由另外一家热力公司管理，称为趸售站）。
该公司供热区域内的规划供热面积为 1 311 × 10 4 m 2 ，其中自管站供热面积为 50.3 × 10 4 m 2 ，趸售站供热面积为 36.5 × 10 4 m 2 ； 2020 — 2021 供暖期实际供热面积为 1 122 × 10 4 m 2 ，其中自管站供热面积为 44.1 × 10 4 m 2 ，趸售站供热面积为 24.5 × 10 4 m 2 。
该公司主要优势为一个独立热源，方便热网调节，且供热能力较充足。由热源出来，一级管网共分 3 条线路，划分 6 个供热片区，辖 189 个热力站。
为使热力站设备配置更加合理，更加高效、节能运行，我们对所有热力站内的一级管网电动 调节阀 （以下简称电动调节阀）、二级管网循环 水泵 （以下简称循环水泵）和 板式换热器 进行了测评。
3 测评指标与测评方法
3.1 测评指标
不同的供暖方式、不同的建筑墙体，所选取的测评指标不同。按供暖方式可分为散热器供暖和地面辐射供暖（以下简称地暖）；按建筑墙体可分为节能建筑与非节能建筑。
测评指标 ［ 1 ］ 427 如下：
①室内供暖温度标准按 20 ℃计算；
②一级管网最大供回水温差按 50 ℃计算；
③节能建筑散热器供暖热指标按 50 W/m 2 计算，二级管网供回水温差按 14 ℃计算；
④非节能建筑散热器供暖热指标按 60 W/m 2 计算，二级管网供回水温差按 14 ℃计算；
⑤地暖热指标按 50 W/m 2 计算，二级管网供回水温差按 9 ℃计算；
⑥趸售站热指标按 65 W/m 2 计算；
⑦平房热指标按 70 W/m 2 计算；
⑧ 板式换热器 换热面积按板式换热器换热面积与散热器供暖节能建筑面积之比为 1 ∶ 500 ，与散热器供暖非节能建筑面积之比为 1 ∶ 400 ，与地暖建筑面积之比为 1 ∶ 600 计算。
3.2 测评方法
①电动调节阀
依据一级管网运行的温差和该热力站或该系统所供区域的热负荷 ［ 1 ］ 153 计算获得一级管网流量，并按此流量控制电动调节阀的流速，计算出电动调节阀的口径，确保电动调节阀调控精准。本文中我们把一套换热机组称为一个系统。
②循环水泵
依据二级管网、热力站和室内供暖图纸，经过水力计算获得循环水泵实际所需的流量和扬程 ［ 2 ］ 。
③板式换热器
根据热力站各个系统的热负荷 ［ 1 ］ 153 ，依据一、二级管网运行参数，通过计算获得每个系统的板式换热器实际所需的换热面积。
4 存在的问题
4.1 设备方面
①电动调节阀
该公司热力站电动调节阀是按系统配置的，共有 306 个系统，其中安装电动调节阀的有 274 个系统，有 32 个系统没有安装电动调节阀。根据测评结果，在这 274 个系统中，有 216 个系统的电动调节阀口径偏大，导致自动控制设备对这些热力站无法做到精准调控。 自动控制设备对 32 个系统没有安装电动调节阀的热力站无法调控。
②循环水泵
该公司热力站 306 个系统中，去掉 17 个自管站和趸售站， 12 个停运或未投运的热力站，还有 277 个系统。这 277 个系统共有 312 种型号的循环水泵，测评结果显示，流量偏差大于 100% 的循环水泵有 89 种型号；流量偏差为 60% ～ 100% 的循环水泵有 55 种型号；扬程偏差大于 50% 的循环水泵有 24 种型号。循环水泵配置不合理，大大增加了热力站的电耗。
③板式换热器
经过测评，有 95 个系统的 板式换热器 的换热面积不够。其中，换热面积偏差在 -20% 以下的系统有 52 个，换热面积偏差为 -10% ～ -20% 的系统有 18 个。板式换热器换热面积不够，供热量就不能满足热用户的需求。
另外，由于当地水质不好，又没做到定期对板式换热器的板片进行清洗，导致板片结垢严重。根据测评结果，有的系统板式换热器的换热面积够用，但实际表现为该系统的换热能力不足。理论计算与实际运行情况存在较大差异，为满足供热需求，热力公司只能加大一级管网的流量，提高供水温度运行。结果使板片结垢更加严重，造成恶性循环。
④纯地暖系统
纯地暖系统没有在板式换热器进出口母管之间加装旁通管，二级管网回水全部进入板式换热器进行换热，增加了循环水泵的电耗和板式换热器的阻力。
⑤一级管网回水加压泵
水力计算结果显示，热力站内部分一级管网回水加压泵配置不合理。
⑥自动控制设备
自动控制设备没能做到覆盖全部热力站。另外，由于存在干扰，有些压力、温度数据上传不准确。
⑦设备保温
热力站设备的保温没做到位，例如部分板式换热器、阀门、除污器、分水器、集水器没做保温。
4.2 运行管理方面
①热力公司只负责一级管网与热力站的运行，不负责二级管网的运行。也就是说，热力公司只管到热力站，不管到用户。在供热运行上无法对二级管网进行热平衡调控。二级管网供热不平衡，热用户投诉率高，热力公司只能增加供热量，导致单位建筑面积的热耗、电耗与水耗过高。另外，自管站不归该公司管理，如果运行不合理，则会造成更大的浪费。
②在供热运行上没有一个科学的指导运行曲线与科学的运行方法。
③很多热力站一级管网流量本来是够用的，但由于换热效果不好，不得不开启一级管网回水加压泵，增加一级管网流量，来解决传热问题，导致热力站一级管网回水加压泵电耗过高。
4.3 二级管网方面
①现有二级管网上存在一定数量的地暖与散热器供暖两种供暖方式的混供现象。由于两种供暖方式所需要的二级管网运行的温度参数不同，而二级管网实际供给的温度参数是相同的，这就给二级管网的热平衡调控带来困难。
②个别楼内供暖系统为三管同程系统。三管同程系统即在楼梯间里供水总管是一根等径管，直接上到最顶层，然后由高到低依次进入各楼层供暖。供水管管径由高到低越走越细，回水管管径由高到低越走越粗。这种供暖系统容易出现楼上热、楼下不热的现象。
③有两个高直连供暖系统。高直连供暖系统是将低区供暖水加压后直接供给高区，高区回水经过减压后再回到低区回水系统中。高直连供暖系统的循环水泵通常选择不合理，容易抢低区的水。
④部分供暖系统所承担的供暖面积过大，热平衡不易调控。
⑤部分二级管网年久失修，跑冒漏现象比较严重。
这些都是导致二级管网热平衡调控困难与能耗过高的原因。
5 解决办法
5.1 设备方面
①电动调节阀
针对口径偏大的电动调节阀，根据测评结果调整电动调节阀，或在原有电动调节阀旁并联一个小的电动调节阀，采用双阀联调的方式进行调控。没有安装电动调节阀的系统应根据测评结果安装电动调节阀。
②循环水泵
根据测评结果调整循环 水泵 ，根据偏差大小逐年完成调整。
③板式换热器
根据测评结果与实际运行情况综合考虑，确定增加板式换热器的换热面积，可增加板片的数量，也可增加板式换热器的数量。另外，应定期对板式换热器的板片进行除垢清洗。
④纯地暖系统
纯地暖系统应在板式换热器进出口母管之间加装带手动调节阀的旁通管，管径比板式换热器进出口母管管径小两号，这样安装的结果可使循环水泵节电 15% ～ 20% ，同时可大大改善二级管网的循环状况。
⑤一级管网回水加压泵
根据水力计算结果调整热力站内部分配置不合理的一级管网回水加压泵。
⑥自动控制设备
自动控制设备必须做到全覆盖，所有热力站都安装。另外，消除干扰因素，使压力、温度数据上传准确。
⑦设备保温
对热力站内没做保温的板式换热器、阀门、除污器、分水器、集水器等进行保温。
5.2 运行管理方面
①热力公司不能只管到热力站，要管到用户。热力公司也只有管到用户，只有做好二级管网的热平衡，才能真正达到节能降耗、经济运行的目的。
为此，热力公司要成立调控热网小组，对热网进行调控。对自管站也要常态化调控。制定热网调控制度并严格执行。
②制定科学的指导运行曲线。结合实际情况，参照运行曲线对一、二级管网进行调节。应做到：
a. 一级管网的流量按曲线各阶段执行；
b. 按曲线的负荷系数调度供热量。
③根据各热力站二级管网的供回水平均温度与一级管网回水温度来调控一级管网流量，并根据实际需要开启一级管网回水加压泵。
5.3 二级管网方面
①由于地暖与散热器供暖对二级管网运行的温度参数要求不同，地暖温度要低一些，而对应的热力站或系统一般是按散热器供暖所需要的温度参数进行供暖的，因此，可以通过给地暖管道混水来降低地暖的供水温度。
对于地暖与散热器供暖两种供暖方式的混供现象，根据不同情况可采取不同的解决办法。
a. 地暖管道与散热器供暖管道能在热力站内分开的就在热力站内分开。在地暖管道与二级管网回水管道之间加一根连通管，并加装手动调节阀，给地暖管道混水。
b. 地暖管道与散热器供暖管道不能在热力站内分开的，可在地暖管道分支与二级管网回水管之间加装混水泵，给地暖管道混水。
c. 楼与楼之间存在地暖与散热器供暖两种供暖方式混供的，可在楼前地暖管道分支与二级管网回水管之间加装混水泵，给地暖管道混水。
d. 楼内存在地暖与散热器供暖两种供暖方式混供的，可给每个热用户安装具有远程操作与数据上传功能的户控阀，通过自动控制设备来调整热用户的热负荷，解决供热不平衡问题。
②对三管同程系统进行改造。可在回水管中间部位加装手动调节阀，控制上部回水，解决楼上热而楼下不热的问题。
③根据测评结果调整高直连系统的循环水泵，解决高直连循环水泵抢低区水的问题。
④对于供热面积过大的系统，可以安装具有远程操作与数据上传功能的单元控制阀，通过自动控制设备来调整热用户的热负荷，解决供热不平衡问题。
⑤对年久失修的二级管网进行改造。
6 结论
对现有热力站设备进行测评非常必要，通过对测评结果的分析，找到热力站设备配置以及生产运行管理等方面存在的问题，根据给出的解决办法对这些问题进行整改，可大大提高供热企业对热网的平衡能力，降低热耗、电耗、水耗，为企业实现节能、降耗、增效。
参考文献：
［ 1 ］贺平，孙刚，吴华新，等 . 供热工程［ M ］ . 4 版 . 北京：中国建筑工业出版社， 2021.
［ 2 ］伍悦滨，王芳 . 工程流体力学泵与风机 ［ M ］ . 2 版 . 北京：中国建筑工业出版社， 2020 ： 277-282.
（本文责任编辑：鲁德宏）
热力站设备运行评估方法
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