探索供热管网水力平衡调试技术

聂会民

(河南省郑州市热力总公司，河南 郑州 450003)

一 供热管网发展概述

自二十世纪五十年代以来，我国的供热管网在技术和规模上都有较大发展。城市集中供热规模变大，热网覆盖面积变广，热网结构逐步从小规模枝状热网走向大规模多热源联合运行的环状网。但是，和发达国家相比，我国的供热事业仍处于比较落后的发展阶段，调解供热落后和高能耗是差距最大的两个方面。总体说来，我国的供热水力和热力失调现象时常发生，供热品质较低。因此，改善供热管网的调试系统，提高供热效率成为重要的课题。

我国的供热管网建设中存在的主要问题有:

(一)管沟敷设方式落后。管沟敷设方式占地多，规划难，施工周期长，对交通影响大，建设的成本高。如果管沟敷设在城市中心，经常会与城市的整体规划建设发生冲突，增加了部门的协调成本，施工进度易被拖延，可能会造成供热管网系统的建设跟不上经济市发展的需要。

(二)调节手段缺乏。我国现在运行的室外供热管网多为支状管网，末端调节手段缺乏，水力失调情况严重。对供热管网调节手段在资金、设备和人力上的投入都严重不足，能源浪费现象严重。保证供热管网的水力平衡的问题亟待解决。

(三)供热管网系统检测不足。现有的供热管网系统针对设备的管理是粗放型，对整个系统主要运行参数缺乏系统的监控，对供热用户室温的远程检测更是无法做到。因此，供热管网单位无法准确掌握供热水平和质量，只凭借经验工作，无法适时有效的调节供热流量和温度，造成供热的初末期热量大量被浪费。

二 水力失调的涵义、形成原因及分类

(一)涵义

水力失调是指在供热管网系统中，各供热管网在运行中的实际流量与设计流量之间产生的不一致性。也就是说，供热管网无法按照供热用户实际需要的供热流量和热量分配供热能源，从而会造成供热管网不同位置的冷热不同，无法实际满足供热用户的需要。在供热管网系统中，管道内的热流速有限制要求，管道路径也有严格规定，管网末端的调节和监测实际操作中都无法进行，具体表现为:供热管网各管段的流量输配不合理，各用户的室温冷热不均，热源近端的用户室温过热，有时室温过高，用户只能开窗散热，热能大量流失。同时，远离热源的末端用户室温无法达到标准室温，用户的需求无法得到满足。

(二)形成原因

1.根本原因。供热管网水力失衡的根本原因是供热管网的阻力不平衡，供热管网系统运行时，供热管网不能根据用户的实际需求保证供热流量各路段的阻力相等。

2.其他原因。供热管网水力失衡的其他原因主要有如下几个方面:第一，设备选择不当。供热管网系统中，选择循环水泵时，无论流量或扬程选择过大还是过小，都会造成水泵工作点偏离设计工况点，导致水力失调。第二，用户自身的原因。一是用户增加或者减少，都要求供热管网系统重新分配供热流量，供热管网的全网阻力特性都会因此改变，引起水力失调。二是用户需求的变化，要求供热管网中的供热流量发生变化，也会要求供热管网重新分配流量，导致水力失调。三是用户室内水力工况发生改变。第三，维护人员的原因。实际操作人员的工作技能和经验无法统一，人为调节存在一定的随意性，引发水力失衡。

(三)分类

1.根据水力失调度，供热管网水力失调可分为一致失调、不一致失调、等比失调三类。

(1)一致失调，是指供热管网各个用户的水力失调度≥1。流量过大导致供热房间温度过热，浪费能源;流量过小导致供热房间温度过低，不符合标准要求，影响用户的生活质量。

(2)不一致失调，是指供热管网各个用户的水力失调度有的＞1，有的＜1。即供热用户的供热流量有的大于规定流量，有的小于规定流量。流量过大的导致供热温度过高，流量过小的无法满足供热需求。

(3)等比失调，是指供热管网各个用户的水力失调度全部=或≠1。即供热管网各个用户的流量大于或小于规定流量，等比例出现过热或过泠，且程度一样。

2.根据管网系统状态，供热管网水力失调可分为静态失调和动态失调两种。

(1)静态失调，是指供热管网各管段的阻力固定不变。

(2)动态失调，是指供热管网各管段的阻力可调控。供热管网中某些管段的阻力变化时，这些管段中的调控设备也会发生动作，对其它管段产生影响，从而引起的水力失调。

三 水力平衡的调试技术

如前文所述，供热管网的水力平衡对供热管网的运行十分关键，是供热管网系统正常运行的基本保障，水力平衡直接决定了供热管网系统运行效果的好坏。一般来说，水力平衡的调试工作应在供热管网系统验收运行之前完成，是实现节约能耗运行的前提条件。但是，由于工作人员的认识不足，重视不够，调控技术手段有待提高，实际中水力平衡往往难以实现。在前人研究经验的基础上，笔者总结了如下供热管网水力平衡的调试技术和措施:

(一)加设平衡阀，使用附加阻力的平衡技术

供热管网设计时，实现供热管网各个管段的阻力平衡实际上无法做到。一般而言，循环水泵的扬程需按照阻力最大的管段确定。因而，供热管网其它各个管段都存在着或多、或少的剩余压头。在系统正式运行之前，如果这些剩余压头无法消除，就会造成供热管网的水力失调。一般而言，加强人力调节等自控设施来根除管网水力失调现象，是供热管网节能运行的首要条件，也是供热技术人员追求的目标。但是，通过人力调节阀门来实现供热管网系统阻力平衡极为困难，其原因是:调节过程互相影响，需反复调节，需耗费大量人力和较长时间。而且，如果供热管网系统中有任何因素变化，如用户或用户负荷变化，人力调节的效果就会前功尽弃，必须重新从头开始调节。在用户系统安装完善的自动调节设备，自动改变附加阻力是有效的解决方法。这种在管网系统中安装自动调节设备消除剩余压头，使官网各个管段实现阻力平衡的措施，即“附加阻力”平衡技术，可以减少热量浪费，满足热量需求，以实现节能和舒适的需求。

加设平衡阀湿附加阻力的重要方式，已经被广泛使用。在液体供热管网系统中，主要通过设置闸阀、截止阀和节流孔板来平衡管道系统阻力和调节供热流量。但是，闸阀、截止阀的调节性能较差，作为调节阀门不是很适宜，一般只作为关断阀门使用。节流孔板的孔径是根据设计工况计算确定，当供热管网系统运行偏离设计工况时，节流孔板则无法进行相应的调整，调节作用失效。而平衡阀具有较完备的调节功能，可较好改善供热管网系统的调节功能，主要特点为:平衡阀上有2个测压小孔用软管与智能仪表相连接，显示阀门前后的压差和流量;在平衡阀前后压差不变的情况下，流量与开度成线性关系;平衡阀有精确的开度指示;平衡阀有开度锁定装置，非供热管网的管理人员不能随便改变开度。因此，平衡阀正在被越来越多采用，取代了闸阀、截止阀和节流孔板。

(二)安装压力表温度计，使用温差调节技术

使用该种方法，即在供热管网的用户入口安装压力表温度计，对系统进行初始调节。首先，保持供热管网系统的热力稳定。并在官网系统热力稳定的情况下，记录热源的总供水和回水的温度，用户处回水压力及供回水的温度。首先，调节供回水温差小于热源总供回水温差的供热用户，具体根据用户的规模和温差的偏离程度确定初始调节次序。一般先调节规模较大且温差偏离较大的供热用户，根据经验对供水或回水阀门进行节流。第一轮次调节完毕后，让供热管网系统稳定运行几小时，再重新记录总供水温差及各用户入口处供回水压力及温度进行下一轮的调节。这种调节方法周期长，需要反复进行。如果供热管网管路的保温效果差，管路供水的温度变化较大，则可能仍然出现水力失调。

(三)利用超声波流量计，使用比例调节技术

该种方法是调节人员利用超声波流量计来完成的。基本原理是:如果供热管网的2条并联管路中的水流量以某种比例流动，那么当总流量在正负30%的范围内变化时，2条并联管路之间的流量比例保持不变。比例法调节时，不易协调供热管网的管路，对操作人员素质要求较高，并需要两台相同的超声波流量计，资金投入较大。

除了上述调节方法外，还有如下方法:在换热站的一侧设置动态压差调节阀，满足一次网回水系统的动态调节。采用变频技术适时调节供热管网流量。如使用变频水泵，适时根据用户热负荷的变化自动调节供热管网管路中的流量，将管网流量重新分配，满足用户实际需要，减少损失，降低能耗。采用微机控制技术，由操作人员对供热管网进行适时检测和调节，在换热站前端安装电动调节阀，有效调整和控制压差。

但是每种调节方式都有固定的弊端和优势，因此，笔者认为，应该将各种水力失衡的调节方法综合使用，以达到最好的调节效果。

四 结语

能源是发展的动力，解决能源问题是我国经济可持续发展面临的艰巨任务。供热作为节约能耗的重要一环，其供热管网的水力平衡调试技术成为研究的重要课题。在供热管网的建设和维护中，不仅需要加强研究供热管网水力平衡的调试技术，也需要做好供热管网的日常维护和水利平衡的日常测试工作，以确保技术支持和管理服务同步到位，实现供热管网事业的节能发展。

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