武昌热电供热管网水力工况分析及优化

葛晓岚　俞聪　高新勇

【摘 要】文章主要分析了武昌热电一次管网压损过大的原因，是由于一次管网中间管径较小，产生喉部效应，致使管网压损过高。针对当前实际供热面积较小的问题，只需通过提高一次网供回水温差来降低管网压损；针对当前接待供热面积过高的问题，需对管网中间的喉部管段进行改造。此次改造初投资受一次网供回水温差的影响，一次网供回水温差越高，所需扩径的管段长度越小，管道改造的初投资就越少。

【关键词】水力工况；压损；供回水温差；喉部效应

【中图分类号】TK26；TM621【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）04-0144-02

0 引言

随着现代社会的快速发展及节约能源、保护环境的迫切需求，当前分散式供热锅炉逐渐被淘汰，而热电联产集中供热方式越来越受到重视。近年来，虽然供热技术水平得到了不断的提高，运行管理水平也有所提升，但供热能耗高、运行费用高等问题仍然突出，这些问题降低了供热的经济性，浪费了能源。

在进行供热管网设计与优化时，水力工况分析是高质量的管网设计、施工及运行调度的必要条件[1]，也直接影响整个供热系统的经济性[2]。

本文结合武昌热电厂的工程实例，分析说明水力计算在供热管网设计与优化中的重要性。

1 实例概况

1.1 机组现状

武昌热电公司总装机规模为370 MW。一期工程第一套185 MW燃气-蒸汽联合循环机组于2010年投产运行。二期工程第二套185 MW燃气-蒸汽联合循环机组于2015年投产运行。

第一台机组设计最大供汽流量为160 t/h，供汽压力为0.3～0.5 MPa，供汽温度为220～260 ℃；第二台机组的供汽压力提升至1.0 MPa，供汽温度为220～280 ℃；2套机组年供热能力最大可达314 t/h。

1.2 采暖热负荷

目前，武昌热电热网首站接待住宅小区面积为324.1万m2，商业办公面积为43.6万m2，总接待面积为367.7万m2。2016—2017年采暖季，住宅区实际供热面积为117.8万m2，商业区实际供热面积为25.4万m2，总计实际供热面积为143.2万m2，占总接待面积的58.25%。

根据当前热负荷增长速率测算，2017—2018年采暖季，实际总供热面积将达到209.3万m2，供热总接待面积可达到407.2万m2。

1.3 一次管网现状

目前，武昌热电公司的供热一次管网总长约11.8 km，一次管网的管径变化趋势是DN600→DN500→DN450→DN400→DN450→DN500→DN600。受下游管网管径不一致、局部段喉管的影响，管网在实际负荷下管网水力计算显示：末端用户水力工况难以保证用户正常使用。目前，末端用户采暖效果差，还会导致首站增加泵的运行而引起电耗增加，出现此问题的原因是目前水泵扬程为90 m，扬程低，克服不了管网阻力。一次管网分段后，各管段的具体数据见表1。

2 水力计算分析方法

参考文献[3]的水力计算方法，管道沿程阻力压降可按下式计算：

公式（1）中，R为单位管长的沿程损失，单位为Pa/m；Gt为管段的水流量，单位为t/h；d为管子内直径，单位为m；λ为管道内壁摩擦阻力系数；ρ为水的密度，单位为kg/m3。

公式（2）中，K为管壁当量绝对粗糙度，单位为m；K取值为0.5×10-3 m。

而管道局部阻力计算则可以折算成当量长度来计算，一般选择0.2～0.4的比例系数（局部阻力/沿程阻力）来计算。

3 水力计算结果分析

3.1 按供热面积计算

根据2016—2017年采暖季的一次网实际运行供回水温度为95/55 ℃，计算得出一次管网压损大于1.6 MPa，显然不合理。本次计算选取一次网供回水温差为50 ℃，即一次网供回水温度为105/55 ℃。此外，局部阻力的比例系数选取0.3，计算结果见表2。

根据结果分析，一次管网总长度为11.8 km，折算长度为15.4 km，总流量为1 440 m3/h，单程总阻力为462.95 kPa，当考虑热网首站压损及末端换热站压损时，一次网总压损为1.13 MPa；由此可以得出，只需增大循环水泵的扬程与流量，就能满足一次管网的运行要求。

3.2 按接待面积计算

由于当前管路管径分布不合理，当选取以总接待供热面积为基础进行水力分析时，考虑多种因素后，选取一次网设计供回水温差为60 ℃，即115/55 ℃。经过水力计算，结果显示总流量为2 333.90 m3/h，由于一次管网喉部的存在，致使管网压损过高，单程总阻力为1 227.65 kPa，远超出供热系统的运行要求，特别是中间DN400的管路压损占总压损的46.3%，而该管段长度仅为总长的18.8%。

3.3 中间管段扩径计算分析

（1）按供回水设计温差60 ℃计算。经过水力分析，此时需扩径的管道为前端管径较小的管路，即DN500、DN450、DN400、DN450，总长度为5.6 km，各管段扩径及压损情况见表3。扩径后水力计算结果显示，单程总阻力损失为486.95 kPa，当考虑热网首站压损及末端換热站压损时，一次网总压损为1.17 MPa。

（2）按供回水设计温差70 ℃计算。经过水力分析，此时需扩径的管道为前端管径较小的管路，即DN450、DN400、DN450进行扩径改造，总长度为3.0 km，各管段扩径及压损情况见表4。扩径后水力计算结果显示，单程总阻力损失为496.37 kPa，当考虑热网首站压损及末端换热站压损时，一次网总压损为1.19 MPa。

由此可见，当一次网供回水温差提升10 ℃时，需要扩径的管路长度减少2.6 km，极大地降低了管网改造的初投资。

4 结语

本文主要分析了武昌热电公司一次管网压损过大的原因，是由于一次管网中间管径较小，产生喉部效应，致使管网压损过高。针对当前的实际供热面积，只需通过提高一次网供回水温差来降低管网压损，使得管网供水压力不超过设计压力（1.6 MPa）。针对当前接待供热面积过高的问题，需对一次管网的中间喉部管段进行改造，此时管段扩径改造的初投资受一次网供回水温差的影响，一次网供回水温差越高，所需扩径的管段长度越小，管道改造的初投资就越少。

参 考 文 献

[1]黄建春，张贝.工程实例说明热网运行中的水力计算方法[J].区域供热，2013（2）：19-26.

[2]秦芳芳.供热管网水力计算模型研究[D].北京：华北电力大学，2008.

[3]贺平，孙刚，王飞，等.供热工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[责任编辑：陈泽琦]