分布式变频泵供热系统的设计探讨

卢 春 萍

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

分布式变频泵供热系统的设计探讨

卢 春 萍

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

通过对分布式变频泵供热系统的工程实例进行设计，探讨了关键设备的选型，绘制了水压图，分析了网路运行工况下是否会出现倒空、汽化及小于大气压力吸入空气的现象；校核了采用常规方法初步确定的静水压线，分析得出需要将静水压线提升，才可以满足热水网路的安全运行.

分布式;水压图;网路压力分析

0 引 言

传统的供热系统是在热源处设置循环水泵，该泵必须满足系统最不利用户资用压头的要求，扬程等于热源阻力损失、热网阻力损失和末端热用户的资用压头之和；该系统实际运行时，为了满足系统最末端用户的资用压头要求，近端用户不得不用阀门将大量的剩余压头消耗掉，节流损失大，输送效率低.

分布式变频泵供热系统在热源处设置主循环泵，该泵只需提供系统循环的部分动力，其余动力由各热力站的供水管或回水管设加压泵提供，这样主循环泵的扬程会降低、电机功率会下降；整个系统水泵采用变频变流量调节，避免节流引起的能量损耗.

1 分布式变频泵供热系统的设计

1.1 案例简述

锅炉房配置2台70 MW燃煤层燃炉，供水、回水温度为130/70 ℃；供热面积201万m2，供热半径为13.2 Km，下设18个换热站；供热区域特点：各热用户分布在高低不一的丘陵上，且高差相差较大；锅炉房位于采暖季最大频率风向的下风侧，处于地势最低处；集中供热一次管网见图1，图中标注了各换热站的绝对标高；集中供热网中绝对标高最高的热力站为914.1 m，最低锅炉房的绝对标高为841.1 m，最高最低高差达73 m.

1.2 供热系统水力计算

1.3 零压差点控制方式的选取

若选取变零压差点设计，各用户的加压泵工作时间有可能较短，但运行调节相当复杂；若热源循环水泵的流量范围变化大，用户加压泵启闭频繁，因此实际工程设计中一般采用定零压差点控制方式[2]，本案例采用定零压差点控制方式，在锅炉房热源处的供回水干管之间设均压管作为零压差控制点，见图2.

图1 集中供热一次管网图

图2 分布式变频泵供热系统原理图

1.4 分布式变频泵供热系统的设备选型

(1)热源循环泵选择.

流量：热源循环水泵的总流量应不低于系统的总设计流量，系统总流量为.G=1840 t/h.

扬程：热源循环泵克服热源锅炉房循环管路的阻力，包括：H1-锅炉阻力，取15 mH2O；H2-除污器阻力，取5 mH2O；H3-锅炉至零压差控制点(均压管处)之间管线阻力损失，H3=1.2 mH2O；富裕量：H4取3 mH2O；考虑10%的安全量，扬程总计为27 mH2O.

选取3台循环水泵，两用一备，型号：HPK-S型热水循环泵，流量G=940 t/h，扬程为27 mH2O.

(2)一次网供水加压泵.

由于热源在低处，用户加压水泵应设在供水管上[1]，见图2.

流量：一次网供水加压泵流量满足热用户换热站流量，例如：R1设计热负荷7.7 MW，流量为G=110 t/h；

扬程：计算公式如下：H=H1+H2+H3+H4；H1-零压差控制点到换热站的主干线的阻力损失；H2-热用户分支管路的阻力损失；H3-热用户换热站的阻力损失，取10 mH2O；H4-富裕量,取3 mH2O；另外考虑10%的安全量；计算结果见表1.

表1 主干线上换热站内加压泵流量、扬程

2 热水网路压力工况分析

2.1 绘制网路水压图

目前，国内常用的定压方式为循环水泵入口定压方式和旁通管定压方式，实际工程中，出现供热系统大面积串气现象，这是因为水压图交叉，导致局部管网过低[4]，因此，必须对两种定压方式分别绘出水压图，对系统运行、停运时进行压力工况分析.

(1)确定静水压线.

最高处热水网路与锅炉房高差73 m，换热站充水高度4 m，考虑到热源供热参数为130 ℃/70 ℃运行，130 ℃水汽化压力17.6 mH2O，另外考虑3-5 mH2O富裕度，可以确定本工程静压线为100 mH2O.

(2)网路水压图绘制及说明.

循环水泵入口定压方式的网路水压图见图3，水压图结构说明：o-零压差控制点，of-热源循环水泵出口到零压差控制点的阻力损失，og-零压差控制点到热源循环水泵入口的阻力损失；

以换热站R13为例说明：cd-一次网加压泵扬程，ab-从零压差控制点到R13的供回干管阻力损失，ac-供水支管路阻力损失，de-换热站内阻力损失(10 mH2O)，eb-回水支管路阻力损失.

图3循环水泵入口定压方式的网路水压图图4旁通管定压方式的网路水压图

图4为旁通管定压方式的网路水压图.

2.2 热水网路压力工况分析[1]

(1)分析供水管动水压线.

1)分析网路供水管是否出现汽化.

网路供水干管以及与热用户连接的供水管中，任何一点都不应出现汽化，应预留3-5 mH2O的富裕度，热网供水130 ℃，水汽化压力17.6 mH2O，那么，供水管任何一点都应大于20.6-22.6 mH2O，否则会产生汽化事故；从图3可见：h点(R17供水支管压力点或加压泵入口点)动水压为16.8 mH2O，小于汽化压力，会出现汽化；从图4可见：c点、h点动水压均小于汽化压力，会出现汽化.

2)分析网路供水管是否出现倒空、小于大气压力.

网路供水干管以及与热用户连接的供水管中，任何一点都必须高于管路充水高度，以防止倒空吸入空气，破坏正常运行；同时应满足高于大气压力5 mH2O的要求，以免吸入空气.

从图3可见：R13中a点(供水干管与供水支管交接点)压力59 mH2O、c点(换热站内加压泵入口点)压力23 mH2O，均小于此管段充满水压力73 mH2O，会出现倒空现象；R17中h点(换热站内加压泵入口点)压力16.8 mH2O，小于管段充满水压力51 mH2O，会出现倒空现象，但高于大气压力约7 mH2O，满足高于大气压力5 mH2O的要求，管路不会吸入空气.

从图4可见：R13中a点(供水干管与供水支管交接点)压力50 mH2O、c点(换热站内加压泵入口点)压力14 mH2O，小于此管段充满水压力73 mH2O，会出现倒空现象；c点不满足高于大气压力5 mH2O的要求，管路会吸入空气；R17中h点(换热站内加压泵入口点)压力为7.5 mH2O，小于管段充满水压力51 mH2O，会出现倒空，同时不满足高于大气压力5 mH2O的要求，管路会吸入空气.

(2)分析回水管动水压线.

从图3、图4可见：1)回水干管均高于静水压线，不会出现倒空、吸入空气和汽化现象；2)以R13为例，回水支管的压力在eb之间，换热器出口压力为e点，均高于静水压线，满足不倒空、不汽化和大于大气压力的要求.

(3)为满足安全运行，需对静水压线作调整.

为满足系统任何一点不倒空、不汽化及大于大气压力5 mH2O的要求，从图3可见，需对R13-R17最低压力点与管段充水高度作比较，获得静水压线所需要的提升值，分析结果见表2；

表2 静水压线所需要提升值的分析

从图3、图4比较可见，旁通管定压方式的静压线需要提升：50 mH2O+9 mH2O=59 mH2O.

3 结 论

按常规方式确定静水压线，不论采用何种定压方式，会出现供水干管、支管出现倒空、汽化现象，因此必须准确绘制水压图，对水泵运行工况下进行压力分析，校核初步确定的静水压线是否满足热水网路的安全运行要求.

从图3、图4比较可见，热用户承压较大，如图3中热用户R13：d点(换热器入口压力)为205 mH2O，在设计时必须予以高度重视，避免出现超压现象.

[1]贺平,孙刚,等编著.供热工程(第四版).中国建筑工业出版社.240，252～255

[2]李姣等.动力分布式输配系统的零压差控制点分析[J].绿色科技,2015(1)：269

[3]《城镇供热管网设计规范》(CJJ34-2010)

[4]石兆玉.供热系统复杂工况的定压[J].区域供热,2014(1)：1～5

OntheDesignofHeatingSystemwithDistributedVariableFrequencyPump

LUChun-ping

(Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou 075000)

Through the design of a practical engineering of heating system with distributed variable frequency pump,the selection of key equipments is explored,the pressure diagram is drawn,and it is analyzed that the phenomenon of the empty,the vaporization,and air suction because of less atmospheric pressure might happen in the network running condition.The hydrostatic pressure with the conventional methods is checked,and the conclusion is obtained that the hydrostatic pressure shoud be raised with the safe operation of the hot water network.

distributed；pressure diagram；network pressure analysis

2016-12-26

卢春萍(1966-)，女，教授,能源与环境工程学院，研究方向：供热节能.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.03.008

TU85

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