分布式变频系统在供热管网中的应用探究

尹熙俊

摘 要：分布式变频系统可以降低供热一级管网压力，提高整体管网安全性。是保障供热系统良好稳定运行的重要手段。本文首先大概阐述了分布式变频系统的运行方式，再分析分布变频系统在供热管网中的应用优势，最后针对具体应用展开探究，以供参考。

关键词：分布式变频系统;供热;管网安全

前言：随着人们生活质量的提高，对供热安全的重视程度逐渐提升。传统的以供热首站循环泵为主的供热方式安全风险较大，在供热负荷较高的情况下，一级供热管网需要承担较大的运行压力，极易引发管网漏泄，甚至造成安全事故。而分布式变频系统通过将运行压力分散开，再进行变频，不仅能够节约能源，还能够降低以及供热管网的压力，提高供热的安全性。

一、分布式变频系统概述

我国供热系统正处于全面发展阶段，大面积供热地区多处于北方。专家预计，2023年，我国的集中供热范围可以达到119.3亿平方米。在供热范围逐渐扩大的趋势下，如何提高供热的稳定性，降低供热事故发生频率成为了值得探讨的议题。供热的基础是保证人民的生命财产安全，需要提高供热的安全性，降低供热过程中的隐患。随着供热面积的逐渐扩大，传统供热方式致使供热一级管网承受较大的运行压力，极易因为负荷过重产生一系列连锁问题。供热管网压力大的首要原因就是供热系统单一，为了解决该问题，专家研发出分布式变频供热系统。

分布式變频系统将每个热交换站中，在一级供热管网回水管路上加装一台热水循环泵。通过变频器，控制水泵出力[1]。其中，热网首站循环泵泵用来控制水循环，保证管网基本流量稳定。每个换热站通过一级管网的热网循环水泵进行一次网的水循环。二次管网循环水泵，主要负责用户侧。该系统中水泵数量较多，水泵点装机容量较低，运行电耗小，供热一级管网所承受的运行压力较小。由于管网负荷较小，安全性得以提升。

二、分布式变频系统优势

集中供热系统主要包含五个环节。热源是产生热量的源头，是供热系统中必不可少的部分。它通过消耗能源产出热量，并输送到一级管网。一级管网负责将热源厂生产的热能运输到换热站。通常情况下，能源的运输方式是高温高压水。换热站将高温高压水降温降压，再传输到二次管网。二次管网将接收到低温低压水传输到用户设施。经过以上环节，实现集中供热。一级管网作为高温高压水的直接接收和运输渠道，运行压力较大，故障率高，老化速度快。在此基础上，分布式变频系统应用具有实际意义。

（一）降低能耗

分布式变频系统可以降低能源的浪费，实现节能目标。通过变频设计，可以随着供热需求的变化而进行自身调节，避免在设计时预留过多造成的资源浪费。该系统在各个环节多处使用自动化技术，实现首站和热力站的自动控制。通过自动控制，智能的贴合供热系统的供热需求。降低多余能耗的同时，降低人工操作在供热系统中的占比。这不仅能够降低人力成本，降低人工操作失误比率，还能够提升供热系统的安全性，避免检修、维护人员的生命安全受到威胁。如果仅靠人工操作，调控的精准度难以得到保证，调节周期也相对较长，会造成能源的消耗。

（二）稳定性强

该系统采用零压点压差的控制技术，能够提高水循环的稳定性。将系统负荷进行统一处理，在流量变化时，降低压差变化。通过系统自行调节的方式，提高用户的便捷性，为供热对象提供良好的服务。另外。主循环泵承受压力得以降低，只需承受零压点位置前的压降。在转速发生变化时，主循环泵受影响较低，稳定性较强，运行效率较高。

（三）降低管网压力

传统的供热系统通常在系统运行后逐渐增加管网压力，没有进行科学合理的提前规划，很容易造成管网压力过大。而分布式变频系统中的主循环泵可以根据负荷的变化进行调节，大大地缓解了管网的压力。在后期供热范围发生变化时，可以实时进行自我调整，平衡一级管网的负荷。提高管网的使用寿命同时，还能够通过调节降低管网因异常工作发生故障，影响供热的稳定性和安全性。另外，该系统有利于缓解水泵的气蚀情况，提高水泵的运行安全。该系统运行较为平滑，通过变频设计降低实际的操作频率，提高使用年限。

三、分布式变频系统在供热管网中的应用

（一）应用方案

分布式变频系统可以降低供热一级管网的运行压力，提高管网安全性。在供热过程中，首站循环泵泵和热力站循环泵相互独立。将压力分摊出去，而不是集中在一端。可以取中间数值为压力交汇点，此时压力交汇点前的管网阻力损失集中在主循环泵上，而之后的集中在用户泵上。此举能够将管网系统的压力分摊出去，极大的降低管网压力。压力集中在主循环泵和热力站循环泵上，各自压力均处在可以承受的范围内，不至于超负荷作业，提高了整个管网系统的安全性和稳定性。避免某个环节因负荷过重发生故障，造成安全隐患。该系统下，管网压力可以降低到115.2mH2O。在零压点压差的作用下，降低节流损失，提高管网的输送效率。

（二）分布式变频设备选择

一般情况下，10万平方米左右的热力站需要配备15kW、22kW、30kW的一级网分布式循环泵。15万平方米的热力站则需要配备30kW、37kW、55kW的一级网分布式循环泵。20万平方米的热力站则需要配备45kW、55kW的一级网分布式循环泵。25万平方米的热力站则需要配备45kW、75kW的一级网分布式循环泵。30万平方米的热力站则需要配备75kW、90kW的一级网分布式循环泵[2]。以上每个循环泵均需配备一台变频器，以及备用循环泵。20万平方米及以上的热力站还需在安装一台供热机组的基础上，预留一台。

（三）事故工况模拟分析

如果在供热过程中发生事故工况，分布式变频系统会进行一系列调控，保证供热系统的安全性，具体流程如下。

如果首站循环泵发生故障，停止工作，系统会在一分钟后将压管阀门自动关闭。关闭时长大约在10秒左右，在此过程中，首站流量逐渐增加，均压管流量逐渐降低，起到保护作用。具体流量变化如下图。

均压管阀门关闭后，首站和均压管流量开始发生变化，变化到一定值后趋于稳定。首站流量处于较高水平，此时，部分换热站因为阀门的关闭，流量的变化导致流量波动。如图所示。

在均压管阀门关闭后，部分换热站的流量开始下降，下降幅度较小。达到某一定值后，趋于平稳。经数据统计可知，流量波动与热源距离越小，稳定的速度就越快。管网在稳定后，与初始值相比，供热量会发生一定的下降。如图所示。

热源循环泵故障后，一级网流量依旧可以稳定在原值的一半以上。大多数换热站依旧能够保持部分流量，不至于整体停工。与管网距离较远的换热站流量相对较大，基本都能达到故障工况的相关标准。另外，均压管阀门关闭后，热能损耗较小，供热水流温度较高，能够缓解供热事故工况的不良影响。大多换热站也能够保持七成以上的供热量，据此可以看出分布式变频系统能够提升供热系统的安全性。

通过事故工况分析，可以看出，分布式变频系统在供热出现问题后会进行自我调节。通过分布式管网调节各分布泵的流量，由于分布泵流量和与首站的循环流量相比较大，可以使二者流量合流。首站出口热量与出站热量差距较小，管网热力变化较小。分布式变频系统能够保证管网系统的安全性，提升供热系统稳定性。

结论：

分布式变频系统可以通过分压降低一级管网的压力，将压力转移到主循环泵和用户泵上，延长管网的使用寿命，降低管网发生故障的概率，保证管网安全。与此同时，该系统还能在供热系统发生故障时，保持供电的稳定性和安全性。

参考文献：

[1]李奎伟，康健，刘勇.降低供热系统运行压力的改造方案对比分析[J].区域供热，2020（01）：23-25+49.

[2]张娇娇.分布式变频供热系统热网优化及节能策略研究[D].沈阳建筑大学，2019.