熱網(wǎng)水力平衡分析軟件在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

熱網(wǎng)水力平衡分析軟件在供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

供暖系統(tǒng)，尤其是大型供暖系統(tǒng)，必須確保供暖質(zhì)量，并開展節(jié)能工作。基本條件是確保熱網(wǎng)的平衡施工現(xiàn)場。但熱網(wǎng)系統(tǒng)由于其固有的結(jié)構(gòu)特點，普遍存在著水力工況失調(diào)的問題。具體表現(xiàn)就是近端熱用戶或者換熱站的實際流量遠(yuǎn)大于設(shè)計流量，而遠(yuǎn)端流量卻小于設(shè)計流量，近端過熱，遠(yuǎn)端過冷。這個問題一直困擾著熱力行業(yè)。過去主要采取一些手動調(diào)節(jié)輔之以小溫差、大流量的運行方式；目前主要措施為在前端用戶設(shè)置電動調(diào)節(jié)閥和自力式差壓控制器等。但不管是那種措施和方法，如果沒有進行原熱網(wǎng)運行工況的模擬和診斷分析，沒有對熱網(wǎng)在各種運行工況下運行參數(shù)的具體數(shù)值及分布有準(zhǔn)確的掌握和了解，缺乏對熱網(wǎng)技術(shù)改造方案和調(diào)節(jié)方案預(yù)期效果的分析和評估（包括經(jīng)濟性方面的），都只能說是定性的或不準(zhǔn)確的。而使用熱網(wǎng)水力平衡分析軟件可很好地模擬熱網(wǎng)運行的實際情況，定量地掌握管網(wǎng)的狀況，使得管網(wǎng)技改、擴建更有針對性和目的性，從而大大提高技改、擴建的有效性，并降低費用。隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展、熱網(wǎng)供熱面積的增大，出現(xiàn)了越來越多的環(huán)狀供熱管網(wǎng)、甚至是多熱源環(huán)狀網(wǎng)，熱網(wǎng)調(diào)節(jié)的難度進一步增大。這就更需要有熱網(wǎng)水力平衡分析軟件系統(tǒng)指導(dǎo)運行調(diào)節(jié)，為技術(shù)人員提供了基本數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。單熱源類熱網(wǎng)系統(tǒng)沈陽皇姑熱電熱網(wǎng)供熱面積為530萬平方米，共有65個換熱站。熱網(wǎng)由兩部分組成：南線熱網(wǎng)和北線熱網(wǎng)，其中南線熱網(wǎng)形式為單熱源環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，供暖面積為300萬平方米；北線熱網(wǎng)為單熱源枝狀網(wǎng)，東北線供暖面積230萬平方米。熱網(wǎng)存在著水力工況失調(diào)的問題，末端的一些熱力站，壓差很小，流量不足，導(dǎo)致供熱質(zhì)量不穩(wěn)定。兩站共建采用密閉式水岸結(jié)構(gòu)熱網(wǎng)存在著水力工況失調(diào)的問題，大家都知道是由于熱網(wǎng)前后端壓差不同，導(dǎo)致流量分配不均造成的。但具體在實際運行中全網(wǎng)的壓差、流量等參數(shù)是怎樣分布的，各站的參數(shù)具體跟設(shè)計的參數(shù)相差多少，這僅僅靠熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)是不能完全做到的，還要跟專業(yè)的軟件系統(tǒng)相結(jié)合。通過軟件系統(tǒng)模擬出熱網(wǎng)的各個工況，然后對各個工況下的參數(shù)，水壓圖，流量、壓差等參數(shù)分布圖等進行分析，就可以知道熱網(wǎng)工況失調(diào)的具體原因所在，指導(dǎo)熱網(wǎng)調(diào)節(jié)和熱網(wǎng)改造。結(jié)合2004—2005年采暖季熱網(wǎng)的運行參數(shù)對熱網(wǎng)運行工況進行模擬分析，分別模擬中寒期（-9℃）和最寒期（-19℃）的熱網(wǎng)運行工況，為便于分析對比，分別以熱網(wǎng)近端的六旅站和水榭花都站，中間的怒江小學(xué)站和翔鳳花園站，末端的區(qū)委站和實驗小學(xué)站為參考點。符號說明：T—室外溫度；Pg—供水壓力；Ph—回水壓力；△P—壓差；Tg—供水溫度；Th—回水溫度；△T—溫差；F—流量；R—比摩阻；△V—流速。1.2004—2005年采暖季中寒期的時候（-9℃）熱源出口參數(shù)：供水溫度95℃，回水溫度60℃；供水壓力0.74MPa，回水壓力0.15MPa，流量3240t/h。工況模擬結(jié)果：2.2004—2005年采暖季最寒期的時候（-19℃）熱源出口參數(shù)：供水溫度95℃，回水溫度55℃；供水壓力0.9MPa，回水壓力0.22MPa，流量3550t/h。工況模擬結(jié)果：通過軟件對熱網(wǎng)運行工況的模擬分析可以非常方便地找到環(huán)網(wǎng)的水力平衡點（在水壓圖中體現(xiàn)為流量最小的點或管段）。通過水壓圖可知環(huán)網(wǎng)的水力平衡點存在于克萊斯勒站與主干線接口點和金穗站與主干線接口點之間，而區(qū)委站和實驗小學(xué)站位于該水力平衡點附近，水力工況可想而知。又結(jié)合各站在2004—2005采暖季的運行參數(shù)記錄，發(fā)現(xiàn)熱網(wǎng)前端站如六旅、水榭花都站等流量遠(yuǎn)大于設(shè)計流量，末端站如區(qū)委站和實驗小學(xué)站等遠(yuǎn)小于設(shè)計流量，由于熱網(wǎng)前后端的壓差差異原因，流量分配嚴(yán)重不均，水力工況失調(diào)比較嚴(yán)重。通過軟件計算的流量與實際運行流量的對比，可以非常方便地了解各個站的水力失調(diào)度，為流量調(diào)節(jié)閥的設(shè)置等水力調(diào)節(jié)手段提供理論依據(jù)。此外，從表3也可以看出在熱網(wǎng)前端的主干線部分管道比摩阻、流速均過大，可見這些管道的輸送能力已經(jīng)不足，加之2005年系統(tǒng)還要增加100多萬平方米的供熱面積，所以需要對這些管道進行技術(shù)改造。新增負(fù)荷水力模擬分析管網(wǎng)改造的目的是為了增加管網(wǎng)供熱能力和改善水力工況、解決熱網(wǎng)末端用戶資用壓頭小，流量不足的問題。該熱網(wǎng)為一個環(huán)狀管網(wǎng)，新增規(guī)劃供暖負(fù)荷掛網(wǎng)位置又不確定，如何確定與新增用戶所連接管道的位置和管徑，使之對新增負(fù)荷的位置和大小有良好的適應(yīng)性；新增負(fù)荷對原有管網(wǎng)用戶會產(chǎn)生什么影響；如何使改造成本最低。這一系列問題都需要進行多方案多工況的水力模擬分析。熱網(wǎng)水力平衡分析軟件為我們提供了方便、快捷、準(zhǔn)確的手段，進行管網(wǎng)的工況分析。使得我們在各種方案中，優(yōu)選出一個管網(wǎng)適應(yīng)性強，投資低的方案，大大降低了管網(wǎng)重復(fù)改造的風(fēng)險，節(jié)約了投資。05海陽市展望工程簡稱“4.6”西江街支線：鐵路技校站11.6萬平方米；西江悅園站6.77萬平方米，寧山路支線：翔鳳三期站9.6萬平方米；43中學(xué)站7.10萬平方米；怒江街至泰山路支線：綠園站9.6萬平方米；建工麗園站22.23萬平方米；遼寧大學(xué)2站11.6萬平方米；電校站33.83萬平方米；遼歌站14.5萬平方米；省物業(yè)站10萬平方米，合計：101.76萬平方米。管網(wǎng)改造方案模擬分析通過軟件對以往采暖季熱網(wǎng)運行工況的計算和模擬的結(jié)果可知，紫山路的主干管（DN700，長750米，簡稱GD1）比摩阻過大；怒江街車輪廠站到辦公樓站之間管道（DN600，長540米，簡稱GD2）比摩阻過大；泰山路的農(nóng)牧廳站與輕工站之間主干管（DN450,490米，簡稱GD3）的管徑過小；紫山路車輪廠站到建工麗園站之間的水源地上需新建管道（擬采用DN700，簡稱GD4），局部形成另外一個環(huán)網(wǎng)，分流通過原來怒江街干線的流量。上述管道都需要進行改造，但采用多大的管徑，改造以后是否能取得預(yù)期效果，這些都需要進行多種方案的模擬和優(yōu)化。為方便管網(wǎng)改造方案的運行模擬結(jié)果，采用上述擬改造管道和末端的區(qū)委站和實驗小學(xué)站、新增的名仕之都站、翔鳳三期站、遼寧大學(xué)2站、西江悅園站為參考管道和參考點。模擬管網(wǎng)改造方案一：GD1采用DN800,GD2采用DN700,GD3采用DN600,GD4采用DN700。熱源輸出參數(shù)1：供水溫度95℃，回水溫度55℃；供水壓力0.85MPa,回水壓力0.22MPa；流量5378t/h。工況模擬結(jié)果：熱源輸出參數(shù)2：供水溫度95℃，回水溫度55℃；供水壓力0.9MPa,回水壓力0.22MPa；流量5378t/h。管網(wǎng)改造方案———運行模擬結(jié)果分析：在管網(wǎng)改造方案一運行模擬中，在熱源出口溫差為40度的情況下，如果熱源出口壓差為0.65公斤，那么末端的站和新增的站資用壓頭就不足，會影響供熱效果，同時由于新增負(fù)荷后系統(tǒng)流量增加，主干線怒江街支線管道壓力損失比較大，導(dǎo)致在系統(tǒng)中后端的紫荊花園站的資用壓頭不足，也就是說熱網(wǎng)新增負(fù)荷以后，原本運行工況比較好的站受到了影響。當(dāng)熱源出口壓差為0.68公斤的時候，末端的站和新增的站資用壓頭才比較大，但這時候熱源運行費用增加。同時主干線GD1的比摩阻和流速也很大，可見GD1所選管徑偏小，其它管道管徑還是比較合理的。模擬管網(wǎng)改造方案二：GD1采用DN900,GD2采用DN700,GD3采用DN600,GD4采用DN800。熱源輸出參數(shù)1：供水溫度95℃，回水溫度55℃；供水壓力0.9MPa,回水壓力0.22MPa；流量5378t/h。熱源輸出參數(shù)2：供水溫度95℃，回水溫度60℃；供水壓力0.9MPa,回水壓力0.22MPa；流量6028t/h。工況模擬結(jié)果：管網(wǎng)改造方案二運行模擬結(jié)果分析：當(dāng)室外溫度接近計算溫度時候，在熱源出口溫差為35度的情況下，熱網(wǎng)末端的區(qū)委站、新增的中乾站、翔鳳三期站等資用壓頭不足，而熱源出口溫差達(dá)到40度的情況下，整個系統(tǒng)的工況都非常好，進行管網(wǎng)改造的管道的比摩阻、流速等參數(shù)均沒超過規(guī)范的規(guī)定，從而可見管網(wǎng)改造方案二還是比較合理的。綜上，通過FLOWRA軟件對熱網(wǎng)運行工況的診斷分析，找到了影響供熱效果的原因，同時結(jié)合熱源的實際能力輸出情況，通過多個管網(wǎng)改造方案的運行模擬分析，優(yōu)化了管網(wǎng)改造方案。經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)比較分析，沈陽皇姑熱電公司確定方案二為最終的管網(wǎng)改造方案。熱網(wǎng)改造計算案例通過熱網(wǎng)水力平衡分析軟件進行方案優(yōu)選，沈陽皇姑熱電有限公司2005年改造工程取得了十分滿意的效果，原計劃分兩年投資約3000萬元的改造項目，通過管線路由的重新選擇，采用熱網(wǎng)水力平衡分析軟件進行方案優(yōu)選，僅用一年時間，投資2000萬元，就完成了全部管網(wǎng)改造任務(wù)，大大降低了改造費用，同時增加了管網(wǎng)對負(fù)荷的適應(yīng)性。結(jié)合熱網(wǎng)改造和現(xiàn)有熱源的實際情況，沈陽皇姑熱電公司從9月份開始就利用FLOWRA軟件制定05—06年采暖季