浅谈换热站及二次网系统节能措施

胡成利

（沈阳皇姑热电有限公司，辽宁 沈阳 110000）

在我国北方冬季采暖地区，各住宅小区普遍采用由热源到换热站、再到热用户的供热模式。换热站及二次网系统做为热能中转站，起着很重要的做用。由于设计、施工、运行等各方面因素的影响，换热站及二次网系统存在着大量能源浪费的情况。为了达到有效节能的目的，减少能源的浪费，需要通过必要的技术手段，在不同的阶段充分考虑节能降耗的目标，实现换热站的高效管理及节能运行。

1 概念

设计部门在做换热站设计时，首先需要就选址与承建方进行沟通，站址选好后就可以按部就班的进行设计工作了。换热站设计有很多值得关注的细节，这些细节直接影响到未来的能源消耗，处理好设计上的细节工作才能保障投资的合理化与能源充分利用。

1.1 换热站选址

相对小区整个供热管网而言，换热站宜选择在管网的中心区域，这样也就减小供热半径，缩短了最不利环路的长度，有利于管网的水力平衡，改善供热效果，从节约能源方面考虑，供热半径缩小相应管道的沿程与局部阻力损失也会减小，循环泵的扬程必然会减小，消耗能源也随之减少。

因此，住宅小区在规划时应充分考虑换热站的选址问题，在减少初投资与附属设施投资的前提下，尽量让换热站选择在管网的中心区域。

1.2 循环泵选择

换热站的节能经济运行，首先取决于站内设备的配置。其中循环泵是换热站中的耗电大户，既要保证投资的合理，又要经济运行。

1） 循环泵流量由下式确定：

G= (1.1～1.2) 3.6Qt/CpΔt kg/h

式中：G—循环泵流量，kg/h；

Qt—计算热负荷，W；

Δt—循环温差，℃；

Cp—循环水平均比热，KJ/kg℃；

(1.1～1.2) —附加余量。

因此，在热负荷确定和循环温差恒定的情况下，循环泵的单位流量几乎是一定的。循环泵流量不宜过大，更不能过小。实践证明目前和今后一段时间内，循环泵的流量仍将控制在3kg/m2～3.5kg/m2，个别情况和地段也不要大于4kg/m2，否则就会增加无效的电耗、浪费能源。

2） 循环泵的扬程

循环泵是为供热系统中水的循环提供动力，循环泵的扬程按下式确定:

H=H1+ H2+ H3+ H4+ (3～5) m

式中：H—循环泵扬程m；

H1—换热器内部阻力m；

H2—循环水供、回水干管阻力m；

H3—最不利用户系统内部阻力m；

H4—二次网除污器、过滤器阻力m；

(3～5) —附加余量m。

换热站循环泵的扬程是为了克服二次网循环阻力的，但在实际工作中发现，循环泵选型扬程偏高是普遍现象（尤其老小区的换热站），一般为40m～60m 的扬程，实际运行中循环泵克服二次网循环阻力一般仅需15m～30m，循环泵的富裕压头全部消耗在站内设备的节流降压上，造成了相当大的电能损耗。如果减少站内不必要的压头损失，无效电耗将大大降低，其经济效益是显著的。

1.3 减少换热站系统的阻力损失

1） 减少换热器内部阻力

小区供热大多采用板式换热器，板式换热器总的流体阻力可用下式表示：

ΔP=f× (L/d) (ρV2/2) ×n (Pa)

式中：ΔP—板式换热器总阻力Pa；

ρ—流体密度kg/m3；

V—流道中速度m/s；

n—流程数；

f—板片通道摩擦阻力系数；

(L/d) —板式换热器内部构造参数。

从上式中可以看出影响流体阻力的因素主要有流体的流速、板式换热器内部构造、板片通道摩擦阻力系数以及流程数。

由于换热站一、二次侧供回水流量不同，在城市集中供热系统中，国内所采用的一次热媒的温度一般为130～70℃、110～70℃，二次热媒的温度一般为80～60℃。在这样的设计参数下，板式换热器二次热媒流道中的流量一般为一次热媒流道内流量的二倍甚至更多，因此涉及选型时要以不等截面换热器为首选，板式换热器推荐流速范围为0.3～0.8m/s，在选择换热器的时候有必要校核一下一次侧特别是二次侧的水流速，看是否在此推荐范围内。

换热器内部污垢变厚不能及时的消除不仅使板片通道摩擦阻力系数增大，换热器内部阻力增高，更多消耗循环水泵的扬程，而且会减弱换热器的传热系数，使换热器的换热效果大打折扣。因此，有必要在换热器的一、二次进出水管均设置冲洗管，在一、二次进水管上加设Y 型除污器，在运行期间对换热器进行定期的冲洗（一般换热站最少为两台换热器，可以视室外环境温度而选择交替冲洗），定期打开Y 型除污器清理杂物，这样可以保持换热器理想的运行环境，亦可以延长换热器的运行寿命。

2） 减少除污器、过滤器的阻力损失

除污器、过滤器的功能与结构注定了它们的阻力损失会很大，减小阻力损失的最好办法是根据除污器、过滤器出口压力变化，及时排污、清洗滤网。经过多年运行的换热站，在每年的检修过程中发现，除污器中没有大的杂质时，除污器就可以取消了（只留过滤器即可，取消除污器可用于其它换热站建设）。这样可减少一部分阻力损失，降低运行成本。

3） 减少站内管路系统上的阻力损失

站内管路系统是换热站的重要组成部分，它负担着设备与设备之间的联通任务。这部分管段产生的阻力一般会被忽略，为了减小阻力，节约能源，设计中管道应尽量少走弯路。同时，如果有热负荷增加的情况发生时，需要从新核定管路系统阻力。

4） 将三通连接改为22°引流角连接，扩散管角控制在7～12°

在循环泵的出口和入口与母管之间的连接，习惯于正三通的连接，由于这种连接破坏了管内层流的流动状态，因而产生局部阻力较大，增加循环泵无效电耗。如果按22°引流角连接，扩散管角控制在7～12°制作，会取得明显效果。

5） 控制水的流速，是减少无效电耗的关键

依据管段附件（阀门、三通、扩散管） 的阻力与水的流速平方成正比关系即R=∮V2/2g，计算管件的局部阻力，因而控制水的流速是降低管件阻力的关键，但由于泵内流速一般在6m/s 左右，出口流速也能达到5m/s 以上，如果不扩径降低水的流速，那么一个止回阀的局部阻力就达到9mH2O，如果扩径后将水的流速降到1.5m/s，那么，同样一个止回阀它的局部阻力还不到1 mH2O，相差近9 倍；同样，习惯于按三通连接的分支入口管和分支出口管，其局部阻力是4.5 mH2O，如果按22°引流角连接，其局部阻力可接近于零。因此，在安装循环泵的出入口管件前，一定要根据泵的额定流量计算水的流速，并确定出入口扩散管的大小。

水的流速按下式计算：

V=3.69×10-4×G/D2

式中：V—流速m/s；

G—水泵额定流量m3/h；

D—出入口管径m；

水的流速控制在1.5m/s，最大不超过2m/s。

另外，为确保循环泵的正常运行，防止汽蚀等不良后果，建议泵的吸入母管和压出母管内的水流速控制在1.2m/s，最大不超过1.5m/s。

1.4 加强二次网平衡调节

二次网平衡调节是整个供热过程中最重要的步骤。供热的目的是在保障每个热用户都达到所需要的温度的前提下，还要节能减排。要实现这一目的，就必须首先保障每个热用户所需要的热水流量，尽量做到不多不少。流量少了，室内温度不够；流量多了，室温过高，浪费电能和热能。总之，热网控制平衡后有如下好处：①解决冷热不均现象、提高收费率、减少维护量。②节省热能、电能20%左右、节水、增加供热面积。

目前，我国热网平衡调控设备种类很多，如手动调节阀、自力式流量阀、自力式压差阀、电动调节阀、便携式超声波流量计等，这些设备的应用，促使热网平衡工作的推广，提高了我国供热行业节能经济运行水平。

1.5 减少管网泄漏损失

管网泄漏普遍存在于供热管网中，大的管网泄漏会造成供热系统严重的事故，小的管网泄漏损失的不仅仅是水能、电能，还包括热能。因此，减少管网漏点损失，在安全节能经济运行中起着至关重要的作用。

管网漏点查找是一件比较困难的工作。目前，常用的做法是区域定位法，就是在泄漏管网系统区域内根据管网系统走向、利用截断井、支线井、进户井，进行不同区域的划分，在划分后的区域内利用截断井、支线井、进户井做关断阀门操作。同时，在换热站内，根据补水水表记录不同时间内补水量变化，判断该区域是否存在漏点，不断缩小区域、配合测漏仪器锁定漏点。

2 结语

节能减排是我国新时期发展的一项重大国策，对于国民经济各行各业都有着重大影响。对于供热行业，深入的节能活动，实施一项改造创新，利用好每一份可控资源，通过严格管理、细化设计和技术提升，切实降低消耗，真正实现节约生产。