供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)與控制(基本知識)

供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)的基本知識同方股份有限公司一．供暖熱負(fù)荷及其變化1．供暖建筑熱負(fù)荷概算公式Q一．供暖熱負(fù)荷及其變化1．供暖建筑熱負(fù)荷概算公式Q=q-A/1000式中，Q——供暖設(shè)計總熱負(fù)荷，A——供暖建筑物的建筑面積，q——供暖建筑面積概算熱指標(biāo)計熱負(fù)荷。2．供暖建筑面積概算熱指標(biāo)（1）KW；m2；W/m2；指每一平方米供暖建筑面積的設(shè)城市熱力網(wǎng)設(shè)計規(guī)范（CJJ34-2002）的推薦植如表1所示。采暖熱指標(biāo)推薦植（W/m2） 表1建筑物類型住宅居住區(qū)綜合學(xué)校辦公醫(yī)院托幼旅館商店食堂餐廳影劇院展覽館大禮堂體育館未采取節(jié)能措施58-6460-6760-8065-8060-7065-80115-14095-115115-165采取節(jié)能措施40-4545-5550-7055-7050-6055-70100-13080-105100-150表中數(shù)據(jù)適合于‘三北'地區(qū)；熱指標(biāo)中已包括約5%的管網(wǎng)熱損失。3．供暖熱負(fù)荷變化（1）影響熱指標(biāo)的主要因素：熱指標(biāo)與建筑物房屋基本耗熱量的關(guān)系如下式q=工K-F（t-1）/A ⑵nw式中，K——房屋維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)，W/m2-°C；F——房屋維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱面積，m2；室內(nèi)設(shè)計溫度，一般取18C；室外設(shè)計溫度，C。對于一個現(xiàn)成的要投入運行的供熱系統(tǒng)，在供暖期間其K、F、t和A是確定的，而n室外溫度是變化的。從式(1)、(2)中可看出：在非設(shè)計條件下，供暖熱負(fù)荷Q隨室外溫度變化t,而變化，且呈線性關(guān)系。w建筑物房屋耗熱量還要計算：①房屋通過門、窗的泠風(fēng)滲透耗熱量；②外門開啟泠風(fēng)滲透耗熱量；它的大小與室外溫度無關(guān)，而與風(fēng)力大小有關(guān)。4?采暖全年耗熱量予測供暖熱負(fù)荷延續(xù)圖計算卻旬荷延時分用由純圖利用供暖期平均溫度計算：Q=0.0864-N-Qz np nw式中，Qz――采暖全年耗熱量，GJ；N――采暖期天數(shù);采暖期室外平均溫度，。c。二?供暖系統(tǒng)水力工況1?系統(tǒng)水力工況分析的意義定義：供暖系統(tǒng)中流量、壓力的分布狀況。供暖系統(tǒng)供熱質(zhì)量的好、壞，與供暖系統(tǒng)水力工況有著密切的聯(lián)系。分析水力工況的工具：水壓圖。水壓圖的作用：①確定靜水壓線的依據(jù)；

決定系統(tǒng)連接方式；合理配置循環(huán)水泵、補水泵和加壓泵;指導(dǎo)初調(diào)節(jié)，分析失調(diào)原因。2．水壓圖繪制和使用（！）管段壓力分布的基本概念流體在管道中流動，將引起能量消耗即表現(xiàn)為流體的壓力損失，這樣，在不同的管段斷面，流體的壓力值不同?？捎昧黧w力學(xué)中的伯努利能量方程式來描述。圖1總水頭線與測壓管水頭線如圖1的某一流體管道，斷面1和斷面2的伯努利能量方程式為V2 V2Pa4）耳+ZiPg+扌P二p2+Z2Pg+丁P+APi_2Pa4）或：V2+Z或：V2+Z+―i_1 2gp V2乙+Z+—j+AHPg2 2g I-2mHO25）O）；.lMPa等于10mH0、2公式O）；.lMPa等于10mH0、22等于1kg/cm2。水壓圖通常用后者表示。公式中各項的物理意義：等式左邊和右邊分別表示斷面1和斷面2的總水頭值（HA和H）。其中，Z稱為位置水頭，表示流體在該斷面相對于基準(zhǔn)面（圖中的O-O線）B所處的位置高度；P/Pg稱為壓力能水頭，表示流體在該斷面的位置高度Z時對管壁的靜壓力（即等于該處開孔，水的噴出高度）；v2/2g稱為動能水頭，表示流體在流速下由流動引起的動能。圖中AB線稱為總水頭線，其上各點表示管段上相應(yīng)各斷面處的總水頭值；管段上任何兩斷面之間的壓力損失等于這兩個斷面處流體總水頭值之差，如1-2斷面的壓力損失AH可由下式表示：1-2AH=H-H mH0 （6）1-2 AB2由于熱水供暖管道中流速較小，通常在1-3m/s之間，動能水頭v2/2g很小，僅0.05-0.46mH20,可以忽略，而只考慮位置水頭Z和壓力能水頭P/pg,用C-D線代替A-B線表示總水頭線，由于它的壓力就是用測壓管測量顯示的液面高度（Z+P/pg），故習(xí)慣把其稱為測壓管水頭線。（2）水壓圖繪制方法利用管道的測壓管水頭線繪制熱水供暖系統(tǒng)水壓圖，可以很方便地將管道中流體的壓力的壓力分布作出明晰的分析：根據(jù)測壓管水頭線和各斷面位置高度，可計算各斷面流體的壓力能水頭值P/Pg（mH0）,即P/Pg=H-Z（mH0）。此值即表示該斷面上壓力表的讀數(shù)；22根據(jù)測壓管水頭線可計算管段斷面之間的壓力損失，即：mH027)AH=H-H=[Z+旦mH027)1—2 CD（1pg丿一般水壓圖包括如下內(nèi)容：橫坐標(biāo)表示供熱系統(tǒng)的管道單程長度?？v坐標(biāo)的下半部分，表示供熱系統(tǒng)的縱向標(biāo)高，包括管網(wǎng)、散熱器、循環(huán)水泵、地形及建筑物的標(biāo)高，對于外網(wǎng)，當(dāng)縱坐標(biāo)無法將供熱系統(tǒng)組成表示清楚時，可在水壓圖的下部標(biāo)出供熱系統(tǒng)示意圖，如圖2所示。縱坐標(biāo)的上半部分，表示供熱系統(tǒng)的總水頭或測壓管水頭線。

水壓圖的應(yīng)用確定管道上任何一點的壓力；選擇連接方式，靜壓線位置，保證不壓壞，不倒空，不汽化確定用熱設(shè)備(散熱器和換熱器)處的壓力；確定用戶資用壓頭；確定管道比摩阻；確定循環(huán)水泵揚程。3.管網(wǎng)阻力特性基本公式流體在管道中流動必須克服管道阻力，流體產(chǎn)生一定的壓力損失。流體在管道中的壓力損失與管道粗細(xì)、管網(wǎng)布置形式和流體的流動速度(流量)有關(guān)，基本關(guān)系如下：

AP=S-G2； Pa (8)或 AH=S-G2； mHO(9)式中，AP、AH 分別為以Pa、mHO為單位的管段壓降；2G――管段的體積流量，m3/h；S――管段的阻力特性系數(shù)，它的物理意義是通過單位流量管道(或管網(wǎng))阻力的變化。當(dāng)視水的密度P(kg/m3)為常數(shù)時，則S值只是管道直徑、長度、絕對粗糙度的函數(shù)，即S的大小只取決于管道的結(jié)構(gòu)。也就是說，對于一定的管網(wǎng)，其阻力特性系數(shù)也固定不變。S值用下式計算：當(dāng)單位為Pa/(m3?h-1)2時：K0.25Pa/(m3?h-1)2 (10)S=6.88X10-9 (l+Pa/(m3?h-1)2 (10)d5.25 d當(dāng)單位為mH0/(m3?h-1)2時：2K0.2511)12)S=7.02x10-10 +1d)p mH20/(m3?h-1)211)12)管網(wǎng)阻力特性計算：串聯(lián)管段：總阻力特性系數(shù)等于各管段阻力特性系數(shù)之和，即nS=S+S+S…+S=YS12 3 n ii=1式中，i――管段編號n串聯(lián)的管段數(shù)。說明：在串聯(lián)管段中，串聯(lián)管段愈多，總阻力特性系數(shù)值愈大，各串聯(lián)管段流量相等，總壓降為各管段壓降之和。并聯(lián)管段：總阻力特性系數(shù)的平方根倒數(shù)等于各管段阻力特性系數(shù)的平方根倒數(shù)之和，即1 =才113)11111 =才113)=+++說明：在并聯(lián)管段中，各并聯(lián)管段的壓降A(chǔ)p與總壓降相等，即Ap=Ap。當(dāng)并

聯(lián)管段的阻力特性系數(shù)值增大時，總阻力特性系數(shù)值也增大，反之亦然。有源管段：是指有安裝水泵的管段，如下圖3所示。66圖3有源管段

對于無源管段，流體通過該管段時，流體對外作功，流體本身壓力降低，此時阻力

特性系數(shù)為正值；對于水泵，流體通過水泵時，流體壓力增高，說明流體吸收了水泵提供的能量，增強流體的流動，也就是說，水泵的阻力特性系數(shù)S<0，為負(fù)值。水泵的p阻力特性系數(shù)S值為：pA阻力特性系數(shù)S值為：pAPS=—pPG2AHS=—pP G2Pa/(m3?h—i)214)mH0/(m3?h-1)2215)外網(wǎng)熱用戶外網(wǎng)熱用戶說明：有源管段的阻力特性系數(shù)一定小于同一管段在無源情況下的阻力特性系數(shù)，即管段串聯(lián)水泵后，其阻力特性系數(shù)減小，有時甚至成為負(fù)值，主要取決于水泵揚程的大小。水泵揚程愈高，出現(xiàn)負(fù)值的可能性愈大?；焖眠B接管段:如圖4所示。 - 特點：?混水泵連接管段與熱用戶并聯(lián)；?當(dāng)混水泵不運行，關(guān)閉旁通管AB段上的閥門時，外網(wǎng)與用戶是簡單串聯(lián)，圖4混水泵連接管段此時S=*，則APB與ARB的阻力特性系數(shù)S=S,說明對熱用戶未起并聯(lián)APB ABARB作用；

?當(dāng)旁通管AB段上的閥門開啟，混水泵運行時，將熱用戶部分回水抽回與外網(wǎng)供水混合降溫后送入熱用戶，混水泵的水流與熱用戶的水流相反，此時APB與ARB并聯(lián)的總阻力特性系數(shù)由下式計算：1_1_1由公式可知,S>S，說明在管網(wǎng)中混水泵的作用是增大管網(wǎng)的總阻力特性系數(shù)，ABARB亦即減少管網(wǎng)的總流量。（2）管網(wǎng)阻力特性線：以流量為橫坐標(biāo)，壓降為縱坐標(biāo)將管段（管網(wǎng)）的阻力特性（公式8或9）用一條拋物線描繪出來的曲線，成為管網(wǎng)阻力特性曲線。阻力特性系數(shù)不同，阻力特性系數(shù)也不同。不同阻力特性系數(shù)的阻力特性曲線n/in/i圖5圖5管網(wǎng)阻力特性曲線圖6串聯(lián)管網(wǎng)阻力特性曲線串聯(lián)管網(wǎng)阻力特性曲線S_S串聯(lián)管網(wǎng)阻力特性曲線S_S+S12并聯(lián)管網(wǎng)阻力特性曲線111_+—圖7并聯(lián)管網(wǎng)阻力特性曲線有源管段阻力特性曲線APS=S+S有源管段阻力特性曲線APS=S+S=S-p1p1G2圖8有源管段阻力特性曲線水泵的特性:水泵樣本給出的基本參數(shù)：流量Q,揚程H,效率n,必需汽蝕余量NPSH等，這些參數(shù)表示水泵性能是由泵廠以常溫清水為介質(zhì)通過試驗測得的值。離心水泵特性如下圖所示。工圖工圖9離心水泵特性曲線□流量；泵的流量是單位時間內(nèi)泵排出口所輸出的液體量。泵廠用實測數(shù)據(jù)繪制的流量一揚程Q—H曲線，用以表示Q—H的變化關(guān)系。一般Q用體積流量ms/h或L/s表示。但在工藝算中還常用重量流量G（kg/h）,兩者之間的關(guān)系為:Q二G/p式中，Q，——輸送溫度下流體的體積流量 （m3/h）G 流體的重量流量 （kg/h）P 輸送溫度下流體的密度 （kg/m3）?！鯎P程：泵的揚程H是指單位重量液體通過泵獲得的能量增量（Pa或m水柱）。泵

樣本給出的揚程是以水為基準(zhǔn)得出的，在任何條件下泵的揚程與流體的密度無關(guān)。而壓力與密度有關(guān)。泵的揚程是用來克服下列各項阻力或壓頭差：兩端容器液面間距的位差；兩端容器液面上壓力作用的壓頭差；泵進(jìn)出口側(cè)管線、管件、儀表和設(shè)備的阻力損失；兩端液體出口的速度頭差，但此值一般甚小，可忽略不計。根據(jù)用途不同，泵的揚程所要克服的阻力或壓頭差的內(nèi)容是不同的。□功率和效率：①有效功率：單位時間內(nèi)對液體所作的功，其計算公式如下式中：NoN式中：NoN=QHp/1020泵的有效功率或No=QHy/367kW；Q——輸送溫度下泵的流量 ms/s；Q， 輸送溫度下泵的流量 m3/h；P 輸送溫度下液體的密度kg/ms；Y——輸送溫度下液體的相對容重（相對于水）;H 揚程m。效率：泵效率是指泵的有效功率N和泵軸功率N之比，其公式如下o所示：—N/Nx100軸功率：由電機傳給泵的功率，其公式如下所示：N二N二QHp/102n或N二QHy/367n泵樣本給出的功率和效率都是清水試驗得出的如果對于其它流體應(yīng)換算。□汽蝕余量：汽蝕現(xiàn)象：泵第一級葉輪進(jìn)口處的壓力低于液體在該溫度下的飽和汽壓時，液體開始汽化而產(chǎn)生汽泡，并隨液流到較高壓力處，汽泡突然凝結(jié)，周圍液體迅速集中而產(chǎn)生水力沖擊。這種汽化和凝結(jié)過程產(chǎn)生對泵的沖蝕，震動和使泵性能下降的現(xiàn)象，稱之為汽蝕現(xiàn)象。汽蝕余量（NPSH）：又稱為凈正吸入頭，是指在泵進(jìn)口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富裕能量，也可以說從臥式泵中心算起（對立式管道泵，從吸

入口中心線算，對其它立式泵從基礎(chǔ)頂面算起）。泵進(jìn)口處的總壓力（絕對）減去液體的汽化壓力（絕對），可用下面公式表示；（NPSH）=100（P-P）/y+V2/2gSV 0（NPSH）——汽蝕余量，m；P——泵進(jìn)口處絕對壓力，MPa；sP——輸送溫度下液體的汽化壓力（絕對），MPa；vV——進(jìn)口側(cè)液體的流速，m/s。0必需汽蝕余量（NPSH）:是指在泵進(jìn)口處所必需具有的超過汽化壓力的能量，是r水泵工作時不產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象所必需具有富裕的能量，是水泵本身具有的一種特性，由泵廠通過實驗測定，在泵樣本中以（NPSH）或Ah表示。r水泵流量G、揚程H、功率N和葉片轉(zhuǎn)速n之間有如下關(guān)系：G n H n2N n3G/ n/ H/ n/2‘N/ n/3 （17）②水泵工作點：水泵最佳區(qū)段并不就是水泵實際工作點。水泵實際工作點，除與水泵本身的性能曲線有關(guān)外，還與水泵連接的管網(wǎng)阻力特性有關(guān)。確定水泵工作點最常用的一種方法是作圖法。在圖上繪制水泵工作特性曲線H-G和管網(wǎng)阻力特性曲線AH-G，其交點即為水泵實際工作點。圖11并聯(lián)水泵工作點在供暖系統(tǒng)中，循環(huán)水泵可以多臺并聯(lián)運行，也可以多臺串聯(lián)運行。水泵工作點的求法，是先作出水泵的（并聯(lián)或串聯(lián)）綜合特性曲線，再與管網(wǎng)阻力特性曲線相交。從圖10和11中可看出，無論水泵是并聯(lián)或串聯(lián)運行，水泵的流量、揚程都將增加。但并聯(lián)運行主要是增加流量，串聯(lián)運行主要是提高揚程。圖11并聯(lián)水泵工作點圖10串聯(lián)水泵工作點注意：在管網(wǎng)阻力特性不變的情況下，減少并聯(lián)運行水泵臺數(shù)時，單臺水泵的功率

將增加，要提防超載燒壞電機。5．水力工況分析（1）恒壓點壓力變動：在水泵不變、管道阻力未發(fā)生任何變化的情況下，則水壓O'圖形狀不變；但隨恒壓點壓力變化水壓圖沿縱坐標(biāo)（虛線代表原水壓圖）上下平移。此時，流量及流量分配都不發(fā)生變化，但系統(tǒng)壓力發(fā)生變化，可能會造成水壓不能滿足系統(tǒng)運行的要求，即可能出現(xiàn)超壓、倒空、汽化。O'圖12恒壓點壓力變動△H（2）循環(huán)水泵出口閥門關(guān)小：當(dāng)水泵出口閥門關(guān)小時，系統(tǒng)S值必然增大，根據(jù)水泵工作點的變動，水泵揚程將有所增加，系統(tǒng)流量有所減少，動水壓圖比原水壓圖（虛線代表原水壓圖）平緩。表明系統(tǒng)水流量減少，如果系統(tǒng)用戶未調(diào)節(jié)閥門，則用戶流量將成比例地減少?！鱄圖13循環(huán)水泵出口閥門關(guān)?。?）干管泄漏：干管泄漏相當(dāng)于系統(tǒng)增加了并聯(lián)環(huán)路，表現(xiàn)為系統(tǒng)總阻力系數(shù)減少，揚程略有下降，系統(tǒng)總流量增加，各用戶流量均減少。同時，泄漏點上游段水力坡線變陡，其下游水力坡線變平緩。

△H△H圖14干管泄漏（4）干管堵塞：當(dāng)干管堵塞時，系統(tǒng)總阻力特性系數(shù)增大，循環(huán)水泵揚程提高，總循環(huán)水量減少，堵塞點上游區(qū)段，流體繼續(xù)循環(huán)，在其下游區(qū)段，水流停止流動。圖15給出三種情況：第一種，回水干管在B點堵塞，恒壓點在循環(huán)水泵入口處。從圖中看出，堵塞點后的區(qū)段壓力遠(yuǎn)超過靜壓線值，系統(tǒng)末端用戶嚴(yán)重超壓，如果是直接連接，就會導(dǎo)致大量散熱器破裂的事故，必須嚴(yán)防發(fā)生。第二種，供水干管在A點堵塞，恒壓點在回水干管上。從圖中