二級換熱系統(tǒng)的水力平衡調(diào)節(jié)

二級換熱系統(tǒng)的水力平衡調(diào)節(jié)首都機場動力能源公司暖通分公司秦春雨夏晨宇摘要：本文介紹了首都機場動力能源公司暖通分公司供暖站解決水力失調(diào)的幾種方法和措施，提出了一套根據(jù)不同年代建筑的單位面積熱負荷和建筑面積進行水力平衡調(diào)節(jié)的計算公式和理論依據(jù)，并介紹了針對不同情況的高溫水系統(tǒng)、低溫水系統(tǒng)進行水力平衡調(diào)節(jié)的步驟和方法，最后對水力平衡調(diào)節(jié)的節(jié)能效果進行了分析。關鍵詞：二級換熱系統(tǒng)、水力平衡調(diào)節(jié)、高溫水系統(tǒng)、低溫水系統(tǒng)1、系統(tǒng)概況1供熱系統(tǒng)布置情況介紹在一個以3臺75噸、l臺45噸燃氣蒸汽鍋爐為熱源的180萬平方米大型供熱系統(tǒng)中，有一級換熱站3個，直接將燃氣蒸汽鍋爐生產(chǎn)出壓力為0.9MPa、溫度約為230^的過熱蒸汽，換熱成高溫水。大部份高溫水需要經(jīng)過二級換熱站換熱后用于供暖，小部分高溫水直接用于供暖。各換熱站的關系如圖1.所示。其中：1#、2#、6#換熱站為汽一水一級換熱站，4#、5#、7#、航站樓等換熱站為水一水二級換熱站。6#、7#換熱站負責住宅區(qū)的供熱，其余幾個站負擔工作區(qū)的供熱。供回水設計溫度：一次高溫熱水130/90°C，二次低溫熱水95/70°C?！觥蓛r站緩）卻站〔-知--空管.站匚二敏）L辦公用戶一所站〔二級1燃氣蕙香_J斜站1一級〉一一耕苑材L級、鍋爐一I一居民用5一莎脫站樓站（一粉一切航站樓站匚綴JI-航管樓站（.二級）一停車樓站（二級）一就換熱站（-W―—站j—5建站L-總隊站〔二成）i-&行員公富詁（二皺）—-食品公司站1二級〉--國航更這站t--額｝-KGSfe運詁〔二—-舟公用戶圖1.各換熱站關系2系統(tǒng)的運行方式一級換熱站均已采用變頻自控技術(shù)，電腦控制變頻器，使水泵流量隨室外溫度自動改變見表1，通過電腦調(diào)節(jié)蒸汽電動閥使供水回水溫度隨室外溫度變化，調(diào)節(jié)曲線見圖2。

循環(huán)水流量調(diào)節(jié)表表i._相對流量室外溫度，相對流堂!［岫10.7-1公7100.710.7■W0,71o.s'30.7K.jd0.7IpK興一’50.70.8'60.70.870,7TC.fi一a0.7T0,790.7JQ.7■'】u一0.7供回水溫度隨室外溫度變化3水力失調(diào)現(xiàn)象：(1)以前對高溫水系統(tǒng)未進行水力平衡調(diào)節(jié)，只對一部分換熱站點的低溫水進行水力平衡調(diào)節(jié)，以1#站高溫水為例見圖3.圖3.1#站部份高溫水水力平衡失調(diào)度圖*表示水力失調(diào)度：實際流量/計算流量*100%一些近端二級換熱站(4#站)的高溫水水力失調(diào)度達2.46，遠端換熱站(國航貨運)的高溫水水力失調(diào)度為0.76。(2)水力失調(diào)的影響：對用戶的室內(nèi)溫度影響：個別用戶室溫低于16度，05年1月底開展的測溫活動發(fā)現(xiàn)室溫低于16度的用戶如下：西消防支隊溫度15度，貨運倉庫14度，場務隊特種車庫14度。對系統(tǒng)運行的影響：是造成供熱系統(tǒng)大流量、小溫差，降低水泵運行效率的主要原因。各站冬季平均溫差如下：1#站高溫水供回水溫差7.8度，低溫水供回水溫差4.8度，2#站供回水溫差6.9度，4#站供回水溫差3.9度，5#站供回水溫差4.6度，6#站高溫水供回水溫差9.1度，低溫水供回水溫差6.8度，7#站供回水溫差8.7度。對能耗的影響：水泵的電耗量較大，為使遠端用戶室溫升高只能增加供熱量造成熱耗大，管道熱損失較大。2、高溫水和低溫水的水力平衡調(diào)節(jié)：對于一個大的二級換熱供熱系統(tǒng)來說外管網(wǎng)的水力平衡對系統(tǒng)的節(jié)能降耗十分重要。據(jù)統(tǒng)計在有些地方由于管網(wǎng)不平衡造成的熱量損失可達15%。只有做到管網(wǎng)水力平衡，才能使整個系統(tǒng)在保證用戶室溫不低于標準的情況下降低供熱負荷，起到節(jié)電、節(jié)熱的效果。二級換熱系統(tǒng)管網(wǎng)的水力平衡調(diào)節(jié)較為復雜，尤其是部分站點實現(xiàn)變頻自控的二級換熱系統(tǒng)中，循環(huán)水既有流量的變化又有溫度的變化。下面分三個部分介紹二級換熱系統(tǒng)的水力平衡調(diào)節(jié)。1高溫水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理：。高溫水系統(tǒng)采用變頻節(jié)能自控技術(shù)是一個變流量變溫度的系統(tǒng)，流量隨室外溫度降低而增加，供水溫度隨室外溫度降低而上升。任何一個二級換熱站的高溫水電動閥的開關動作都會引起其它二級換熱站的高溫水的流量變化，形成動態(tài)水力失調(diào)。首先根據(jù)2.1.6的公式算出二級換熱站高溫水計算流量，然后根據(jù)計算流量調(diào)節(jié)個二級換熱站高溫水進口的流量。二級換熱站的高溫水控制系統(tǒng)大致有以下幾種：2.1.1方式一：靜態(tài)平衡閥+電動調(diào)節(jié)閥（電腦控制）見圖4.圖4.通過安裝靜態(tài)平衡閥，在初調(diào)節(jié)時通過平衡閥調(diào)節(jié)儀測試出閥門的流量，通過調(diào)節(jié)閥門開度使其流量等于計算流量。系統(tǒng)全部消除了靜態(tài)水力失調(diào)。運行時電動調(diào)節(jié)閥由電腦控制可實現(xiàn)室溫的準確控制。1.2方式二：靜態(tài)平衡閥+電動調(diào)節(jié)閥（手動控制）+壓差調(diào)節(jié)閥見圖5.通過安裝靜態(tài)平衡閥，在初調(diào)節(jié)時通過調(diào)節(jié)儀測試出閥門的流量，通過調(diào)節(jié)閥門開度使其流量等于計算流量。通過壓差調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)作用，不管系統(tǒng)中其它閥門怎麼動電動閥進口和版式換熱器的高溫水出口的壓力恒定，避免了系統(tǒng)中各個設備之間的干擾實現(xiàn)動態(tài)平衡。運行時電動調(diào)節(jié)閥由手動控制可實現(xiàn)室溫的模糊控制。1.3方式三：動態(tài)平衡閥+電動調(diào)節(jié)閥（手動控制）見圖6.

通過安裝動態(tài)平衡閥，在初調(diào)節(jié)時通過調(diào)節(jié)儀測試出閥門的流量，通過調(diào)節(jié)閥門時使其流量等于計算流量。動態(tài)平衡閥保證了流量不隨系統(tǒng)壓力波動而變化，實現(xiàn)動態(tài)平衡。運行時電動調(diào)節(jié)閥由手動控制可實現(xiàn)室溫的模糊控制。2.1.4方式四：蝶閥+截止閥十供回水溫度表見圖7.在沒有安裝流量表和平衡閥的地方，初調(diào)節(jié)時可根據(jù)、回水溫度調(diào)節(jié)蝶閥的開度，每次調(diào)節(jié)后一個小時看供回水溫差是否等于系統(tǒng)平均供回水溫差，當高于平均供回水溫差時關小閥門，當?shù)陀谄骄┗厮疁夭顣r開大閥門，直到供回水溫差等于系統(tǒng)平均供回水溫差時超錄閥門開度。運行時手動調(diào)節(jié)截止閥可實現(xiàn)室溫的模糊控制。2.1.5四種控制系統(tǒng)的比較見表2.比較內(nèi)容方式一+8—力式二力式三方式四調(diào)解精度高較高較高低抗干擾能力較高高高低能否保持恒定流量不能能能不能應用范圍室溫要求恒定管網(wǎng)近端室溫要求較高的居民建筑。夜間室溫可以低于16度的辦公建筑。室溫要求低的辦公建筑。2.1.6二級換熱站高溫水計算流量的算法：首先統(tǒng)計各個二級換熱站所帶的各建筑物的建筑面積和建造年代。根據(jù)表熱3查出每個建筑物的單位面積熱負荷。建筑物的單位面積熱負荷建造年代單位面積耗熱w/M2建造年代單位面積耗熱眥i55—65年樓房7055—80年平房7065—80年樓房6080—90年平房6080—90年樓房45902000年平房5090—2000年樓房402000年以后平房452000年以后樓房35廠房、大車庫90各二級換熱站理論熱負荷Qn=Esi.Ki(1)式中：s?建筑面積K一單位面積熱負荷i=1假設一個一級換熱站下屬有3個二級換熱站，則式(I)n=3G1.c.AT.a+G2.c.AT.a+G3.c.AT.a=Ql+Q2+Q3(2)根據(jù)公式G^=G1+G2+G3(3)式中：G總一一級換熱站初期循環(huán)水流量(已知)G1、G2、G3?各站的計算循環(huán)水流量(未知)Q1、Q2、Q3?各二級換熱站的理論熱負荷，根據(jù)式(1)可計算c?比熱4.2千焦/千克*度△T一供回水溫差(已知)a一單位修正系數(shù)(未知)將公式(1)、(3)代入公式(2)可求出aGn：Qn/C.5an=1—3(4)通過公式(4)可求出3個二級換熱站高溫水的計算流量2.2低溫水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理：部分二級換熱站的低溫水系統(tǒng)采用變頻節(jié)能自控技術(shù)是一個變流量變溫度的系統(tǒng)，流量隨室外溫度降低而增加，供水溫度隨室外溫度變化而自動調(diào)節(jié)。還有一部分二級換熱站的低溫水系統(tǒng)未采用變頻自控，循環(huán)水量不變，供水溫度手動調(diào)節(jié)。首先根據(jù)下面2.2.2的公式算出每各采暖用戶低溫水的計算流量，然后根據(jù)計算流量調(diào)節(jié)每各用戶的低溫水流量。2.2.1采暖用戶的低溫水入口有以下四種情況：供、回水上安裝有平衡閥、閘閥。供、回水上安裝有動態(tài)平衡閥、閘閥。供、回水上安裝有熱表、閘閥。供、回水上安裝有壓力表、溫度表、閘閥。2.2.2采暖用戶低溫水計算流量的算法：首先統(tǒng)計此二級換熱站所帶采暖用戶的建筑面積和建造年代。根據(jù)表3.查出每個建筑物的單位面積熱負荷。算出各采暖用戶理論熱負荷Qn=Sn.Kn(1)式中：S一建筑面積K_單位面積熱負荷假設此二級換熱站下屬有3個采暖用戶。n=1—3G1.C.^T.a+G2.C.^T.a+G3.C.^T.a=Q1+Q2+Q3(2)根據(jù)公式G^=Gl+G2十G3(3)式中：G總一此二級換熱站初期低溫循環(huán)水流量(已知)G1、G2、G3一各采暖用戶的低溫水計算流量(未知)Q1、Q2、Q3一各采暖用戶的理論熱負荷(己知)C一比熱4.2千焦/千克：【=度△T一低溫水供回水溫差(己知)a一單位修正系數(shù)(未知)將公式(1)、(3)代入公式(2)可求出aGn=Qn/C.5an=1——3(4)通過公式(4)可求出3個采暖用戶的低溫水計算流量2.3水力平衡的調(diào)節(jié)步驟：2.3.1正式供暖前的初調(diào)節(jié)初調(diào)節(jié)階段為便于調(diào)節(jié)水力平衡各級換熱站的變頻自控系統(tǒng)先不要投入使用。步驟是先調(diào)節(jié)高溫水系統(tǒng)，然后調(diào)節(jié)低溫水系統(tǒng)。技術(shù)人員根據(jù)計算流量通過平衡閥調(diào)試儀測流量來調(diào)節(jié)各二級換熱站高溫水進口閥門，并逐一記錄閥門開度。對于沒有安裝平衡閥的二級換熱站高溫水進口可利用便攜式超聲波流量計測量管道的流量，調(diào)節(jié)閥門，并逐一記錄閥門開度。各二級換熱站的低溫水系統(tǒng)水力平衡調(diào)節(jié)時此站的變頻自控系統(tǒng)先不要投入使用。技術(shù)人員根據(jù)計算流量通過平衡閥調(diào)試儀測流量來調(diào)節(jié)各用戶低溫水進口閥門，并逐一記錄閥門開度。對于平衡閻的流量不一定每年都測量，如果管道沒有改動或增加新用戶，平衡閥的開度可根據(jù)以前用調(diào)試儀測量的結(jié)果確定，并測量回水溫度，結(jié)合回水均等的原則調(diào)節(jié)水力平衡。對于安裝熱表的用戶主要采取回水溫度均等法調(diào)平衡，使各用戶的回水溫度均等。2.3.2運行過程中的調(diào)節(jié)運行期間，每隔兩個星期我站要組織一次大的測溫活動派十多名測溫員對20%的住戶進行測溫，并有24小時的值班電話聽取用戶投訴。根據(jù)測溫結(jié)果和投訴情況進行水力平衡的中期調(diào)節(jié)。2.3.3調(diào)節(jié)手段：平衡閥調(diào)節(jié)法：首先連接閥門和調(diào)節(jié)儀之間的軟管，然后開機按幾下R鍵，再按'鍵在平衡閥調(diào)節(jié)儀上輸入閥門公稱直徑，打開閥門兩個測壓口的閥門，再按'鍵并關閉連通閥，再按R鍵平衡閥調(diào)節(jié)儀會顯示兩個測壓口的壓差，按'鍵輸入閥門開度，最后再按R鍵平衡閥調(diào)節(jié)儀會自動算出流量。原理公式如下：式中：Q一平衡閥流量F一平衡閥接管截面積E一平衡閥阻力系數(shù)AP一平衡閥進出口壓差p一流體密度如果流量與計算流量不符，可根據(jù)情況開大或關小閥門，再按以上步驟測出流量。動態(tài)平衡閥上有一套彈簧膜片機構(gòu)，一旦根據(jù)流量調(diào)節(jié)完動態(tài)平衡閥，隨著進入閥門流量的變化套彈簧膜片機構(gòu)會動作，使閥門出口流量保持恒定。無線管網(wǎng)平衡法：通過給每個建筑物供暖入口的回水管上安裝一個熱電阻溫度計和無線發(fā)射機，每1個小時將回水溫度發(fā)到中控室，一般認為如果管網(wǎng)水力平衡，各建筑物的回水溫度應該相同，中控室可派人將回水溫度高的地方閥門關小，回水溫度低的地方閥門開大。最終實現(xiàn)水力平衡。熱表調(diào)節(jié)平衡：對供回水管上安裝熱表的每個建筑物測量室內(nèi)溫度，并查出熱表當時的瞬時熱負荷，對于室內(nèi)溫度高于20度的建筑物關小供水或回水管上的閥門，關小閥門后1小時可查出熱表當時的瞬時熱負荷，記錄關閥門的程度和熱表當時的瞬時熱負荷。關閥門的幅度可根據(jù)室溫每降低l度，熱表的瞬時熱負荷減少5%。3、水力平衡的調(diào)節(jié)效果：1基本上解決各處冷熱不均情況：通過平衡閥調(diào)試儀、流量表測量各處的供水流量，水力失調(diào)度控制在0.9——1.1之間，我們針對20%的住戶室內(nèi)測溫結(jié)果顯示98%的用戶室溫在18—22度之間。2節(jié)能效果：通過水力平衡調(diào)節(jié)和變頻自控技術(shù)供回水溫差明顯增加，1#站高溫水供回水平均溫差從7.8度增加到13.1度，低溫水平均溫差從4.8度增加到8.8度，節(jié)電43%；6#站高溫水供回水平均溫差從9.1度增加到12.8度，低溫水平均溫差從6.8度增加到8.1度，節(jié)電35%。通過計算熱表數(shù)據(jù)算出共節(jié)約熱量15.