集中供热系统运行调节的实践研究

李哲

（太原热力集团有限责任公司第五供热分公司，山西太原 030000）

0 引言

目前，国内的集中供热系统在技术与控制方面日臻完善，同时节能建筑的大规模建设使得供热压力得以缓解，因此针对不同区域的制定动态化的供热工作计划是降低供热企业成本的重要方式[1]。由此可见，针对不同区域的供热需求变化，企业应结合差异化的供热工作计划进行供热系统调节。因此，针对集中供热系统运行调节进行深入研究对于满足动态化供热需求以及维护供热企业的健康发展具有重要的现实意义[2-3]。

1 集中供热运行调节现状

目前，太原市集中供热共有热力站2000 余座，供热面积2.12亿m2，服务用户150 万户。用户二次网供热系统由于建设时间、技术要求和设计方式的不同，实际情况较为复杂，整体来说可以按照二次网和楼栋（单元）立管的形式进行分列，其中二次网系统分为同程式和异程式，楼栋（单元）立管主要分为四类，分别为：①三供一业改造后的二次网，楼栋单元平衡，户阀可远控。②热计量入网用户，户阀可远控，有户表和楼栋表计。③仅仅实现分护控制，单元和户均没有调节阀。④上供下回的供热系统。

目前，太原市参与“三供一业”的改造面积约2000 万m2，24万余户，加装分户计量用户4800 万m2，实施热计量收费2340 万m2。上述用户基本能实现自动调控，其余上供下回供热系统调节手段有限，自动化调控手段较为欠缺。

2 集中供热系统运行调节实践分析

2.1 正常的维持供热系统水力工况水压条件

供热系统中水力工况主要表示内部流量压力分布情况。供热系统的工作效率通常与其内部的水力工况关系密切。供热系统出现局部供热失常问题时，其主要原因多为系统水力工况失调。

2.1.1 稳定的资用压头

资用压头主要表示供暖系统维持内部热量所克服的对应压力，若系统水流压力显著低于室内环境压力，则供热系统将无法实现有效供热。针对室内供热系统的差异化问题，室外系统的安装方案也存在一定差异，因此室内安装的资用压头需进行对应调整。在集中供热导入到室内供热系统的过程中，室内系统的资用压头一般在3~5mH2O。但就实际而言，随着装修改造日渐复杂，多数地区的室内供热系统呈现多样化发展，除铁片形式的散热器外，部分地区大规模安装了地暖、风暖等系统，且整体结构变为同程和异程式，因此部分区域的室内采暖系统压力存在较大出入，因此资用压头方面还需针对室内供热改造方案进行对应调整，详细确定系统内压力，否则可能造成系统供热失常问题，无法满足用户的正常采暖需求[4]。

2.1.2 应低于设备标准压力的运行压力

在集中供热运行中，一次网的设备组件标准压力普遍超过2.5MPa，二次网设备组件的标准压力普遍超过1.6MPa，在普通类型建筑物供暖方面可维持稳定，设备组件寿命较长，但在散热组件方面需进行对应调整，避免出现压力过高导致寿命缩短问题。例如早期阶段铸铁暖气片标准压力介于4~6mH2O，钢制散热器可承受10mH2O 以上，而当供热时间逐渐增加后，建筑物底层的住户的设备组件的压力逐渐升高。因此，在运行压力控制方面，技术人员仅需检查承压最大的散热设施的承压能力即可，并结合最大承压选择散热设备[5-6]。

2.1.3 避免系统高点倒空

在系统高点时水压力处于压力波谷状态，若此时出现倒空，则可能导致系统内部淤积大量的空气，不断阻碍系统正常运行，同时空气雾化作用下增加了管道内部损耗速度。因此，只要确保顶端的水压需求，则可避免倒空，另外在调控过程中仍需预留富余量，来保证系统的正常运行。

2.1.4 避免系统汽化

若系统内部的压力显著低于水流的汽化压力时，则可能出现汽化问题，如此一来，即可导致系统内部出现水击现象，使得系统内部存在安全风险。汽化问题的主要发生点位集中在的位置系统高点处。当处于标准大气压时，汽化温度为100℃，因此在调节系统运行方案时，应维持水温处于50~65℃，同时注意避免倒空出现，即可消除汽化问题。

2.2 水力工况的构建与调整

2.2.1 确定系统的静压力

静水压力在系统待机时通常维持不变。在工程实际中，静水压线表示供热系统待机过程中，各个子设备中满水条件下的最低压力值。这一数值是由设计人员在设计准备阶段统一计算确定。其数值主要参考自供暖用户的散热设备的承压能力，静水压力值应确保低于设备的标准压力值，以免影响寿命。当然，在实际运行过程中，企业仍需维持供热系统运行必要条件，既不超压、不倒空、不汽化。在实际作业中，部分地区受地形影响，供水压线的标准值设定较低，使得很多用户无法满足供热需求，因此需结合系统进行分部设计。

2.2.2 规划定压点及定压方式

定压点的规划工作意义重大，是维持系统稳定的关键。从理论上来讲，当系统处于任何状态下，该定压点的压力应始终维持不变。而该数值，即为水压图中静水压线的值。当标定定压点后，需进行对应的水力计算，从而确定整个系统的水压图，进而推进后续调节方案。在运行过程中，定压点位置主要集中在循环水泵的入口处，该点位的压力值即为整个系统的静压点。通常而言，循环水泵位置处于系统压力的波谷位置，若将水泵压力作为该系统的基础压力值或作为系统运行的压力起始点，则定压点则可称为系统回水的终末位置，流经定压点的水可通过水泵循环在此进入系统中。当受水泵故障或系统运行失常问题影响，定压点的压力数值可能随着整个系统的运行波动出现变化，因此在波动状态下，该系统的水压图可能出现失稳，若波动幅度较大，则可能影响整个系统的长期稳定运行，因此针对定压点的维稳工作，是维护系统运行正常的必要条件。

2.3 水力工况对热力工况的影响

在实际作业过程中，当整个系统水力调节维持正常时，用户的室温与供暖计划温度相近；当系统内部出现水力失调现象，例如低点位用户流量超标过多，则可导致在流量上升期间，室温随之升高，但是两者之间的上升趋势并非呈正比上升，室温上升幅度通常较低；而末端用户流量较低时，内部供暖系统压力较低，室温将低于规定供暖温度，既水力失调度远远小于1 时，室温下降幅度十分明显。而当水力工况失调出现时，环境温度降低可导致热力工况出现急剧变化，因此室温与环境温度存在一定的关联性。所以水力工况失稳将导致室内系统的热力工况失常，针对此类问题技术人员应重点关注。通过经验统计，多数供热系统运行过程中，水力工况失调问题主要集中在近端用户，中段用户的流量基本与设计方案相近，但远端用户的则无法满足正常供热需求，因此此类问题将严重影响室温分布，也无法通过增加供水温度环节，因而在实际运作过程中经常出现近端用户通风散热，而末端用户额外加热的情况。因此水力工况的失稳将导致整个系统运行失常，必须针对此类问题进行对应的调节方案降低供热系统的水平失调问题。

2.4 解决热力失调现象的主要思路与方式

2.4.1 热力失调现象

针对供热系统而言，水力失调以及远端用户供热失调问题均可导致整个室内供热系统出现温度分布不均匀问题，此类问题可统称为热力系统失调。单一用户的室内温度与整个区域内用户平均温度的比值称为热力工况失调度。当其为1 时，表明整个热力工况正常，系统处于正常运行状态；当该数值不为1 时，则可证明整个系统内部的冷热分布存在问题。从工程实际来说，等于1 的供热系统并不常见。

2.4.2 解决热力失调现象的方法探讨

（1）采用大流量、小温差方案。为进一步缓解热力失调的问题，使得系统供热稳定，多数企业结合运行经验制定了二次管网的大流量、小温差工作方案。要显著提高供热系统的循环水量，就单一供热企业而言常用方案包括循环水泵优化或采用并联多台循环水泵以及在系统部分区域架设对应循环水泵。通过提高循环水量，对于部分热力失调现象具有一定的缓解效果，降低了整个系统的供暖压力。加速末端用户系统水流量，则可在末端用户室内形成更快的温度交换，进而保持了散热器的平均温度，使得散热器的整体加热效果显著提高。但在近端位置的散热器受流量加速影响而出现温度迅速升高现象，但就实际而言，散热器自身的散热效果存在设计上限，因此，当更换对应的散热器后，近端用户的整体室温不会随着水流加快而进一步上升，因此与远端用户的室温差将会减小，进而保证整个供热系统的热力工况维持稳定，降低多余的热量损耗。

（2）初期调节。在供热工作过程中，技术人员应重点关注水力工况问题，确保整个供热系统的水量处于平稳状态。通常而言，水平调节工作模式应结合供暖用户的分布位置进行对应调整，具体应按照从远到近的顺序逐步提高阀门开放度，在远端用户数量较多的区域，应保证阀门尽量开大，同时区域内的近距离供暖用户数量较多，则可降低阀门开启幅度。针对供热企业的二次管网系统，若在室外入口处安装了调节阀，则可根据对应需求进行供暖规划调整，并根据相关流量监测数据确定具体流量，确保整个流量满足设计方案，在调平后应进行校准，并对流量进行再次监测。针对缺少对应的调节阀的用户，同时二次系统规模较为复杂的供热企业，应结合可供暖规划进行对应调节。在工程实际中，部分工作人员在调节过程中凭借经验进行对应调整，在调整过后应进一步对整个管道的流量进行数据测量，以此确保管阀调节符合供暖规划需求。针对垂直双管模式或者采用垂直双管供暖系统，在管阀调整时应保证系统各位置的管阀调整保持同步性，因此要求运管员对区域内各处的阀门进行逐一调节。

（3）量调节。此类调节方案主要针对供水温度处于恒定状态，技术员通过改变供热系统流量实现可控调节。在落实阶段中，循环水量变化的宏观表现在于回水温度的变化，从而提高末端散热设施的整体散热量，提高室内温度。其主要方式是在系统内部进行对应调节。对于缺少水泵变频功能的热力系统，在实现量调节的过程中应重点控制阀门的开度。但就实际而言，此类方式的原理在于调整水泵的工况，特殊情况下可能影响水泵效率，在能耗方面降低阀门开度可降低水泵的整体运作功率，但相较具备变频调速的供热系统而言，调整阀门在整体精度以及使用寿命方面存在较多缺陷。采用水泵变频调速的供热系统，可通过简单调整流量，即可自动实现水泵功率调整，而无须针对供热系统中阀门进行对应调整，整体操作仅需通过变频器控制即可，因此该系统在节能环保方面具有一定优势。在进行实际操作过程中，实践经验丰富的运管人员，可结合区域内的实际供热需求以及系统压力进行对应调整，同时在不同时段分配不同方案，尤其对于公共建筑，白天和夜间的流量可根据实际情况进行较大幅度的调整。

3 案例分析

3.1 对不热用户进行测流量

我们选择的不热用户是太原热力集团有限责任公司第五供热分公司所管理的小窑头热力站所带的用户，小区物业相关人员对小窑头热力站及庭院管网情况进行了调查，针对该小区冬季不热问题，提出该小区流量测量方案，以及提出该小区庭院网调节办法。

站内测点选择90kW 循环泵进、出口；22kW 循环泵进、出口；热力站二次网供水管。

庭院网测点选择各单元地下室供、回水管。

方案：按照严寒期的运行工况进行测量。

调取2019 年1 月3 日热力站运行参数，运行站内90kW 循环泵，频率35Hz，根据站内管道空间位置，分别测量循环泵进、出口流量及二次网供水流量，判断站内是否有短路循环。测量各单元供、回水流量，判断庭院网是否流量失调。

按照2019 年1 月3 日站内供、回水温差及各单元面积，热指标选择50W/m2，计算出各单元及各楼应供流量，并根据计算值对各楼及各单元实际流量分配情况进行比对，指导二次网运行调节。

3.2 热力站及小区情况简介

该站设计供热面积8 万m2，实际供热面积3.5 万m2，站内共设置两组循环泵，一组循环泵的参数为H=40m、G=540t/h、P=90kW，另一组循环泵的参数为H=33m、G=160t/h、P=22kW。热力站二次网出口管径为DN350。

小区住户家中的采暖系统为地暖。小区庭院网主管道管径在出站后变为DN200，庭院网末端主管道变为DN150，小区供热半径约700m，热力站位于小区最西侧。小区共有12 栋楼，合计32个单元，每个单元供热管道管径均为DN50，其中，西1#、西2#及6#~9#楼进单元管道的管道材质为PPR，其余进单元管道的管道材质为钢管。小区冬季主要反映不热的用户主要集中在6#~9#楼以及西1#楼2 单元、西2#楼5 单元、西3#楼三单元。

3.3 方案的选取

调取2019 年1 月3 日（本采暖季室外温度最低的一天）热力站运行参数，运行站内90kW 循环泵，频率33Hz，根据站内管道空间位置，分别测量循环泵进口流量及二次网供水流量，判断站内是否有短路循环。测量各单元供水流量，根据当日热力站供回水温差及各单元供热面积（热指标选择50W/m2），得出各单元的计算流量和计算管径，并与实际流量进行对比，判断庭院网是否流量失调。

3.4 测量结果

实测站内90kW 循环泵进口流量为215t/h，站内二次网供水流量为240t/h。

由于1#楼、2#楼单元入口管道水平直管段长度较小（长度仅为15~20cm），仪器无法测量，共计5 个单元无法测量流量。

由于测量仪器、测量条件及系统运行方面的影响，测量结果存在一定偏差，27 个单元（5 个单元无法测量） 合计流量为248.05t/h，已大于二次网供水流量。

3.5 结果分析

虽然测量结果存在偏差，但仍具备一定的参考价值。

（1）站内90kW 循环泵入口流量与站内二次网供水流量相差不大，表明站内几乎不存在短路循环。

（2）小区二次网计算流量为181.3t/h，实测二次网流量为240t/h，表明在热指标选取已经较大的情况下，小区二次网流量完全达标。

（3）根据实测站内二次网流量计算可得，小区二次网每万m2流量为68t/h，远大于地暖系统每万㎡的应供流量（地暖系统每万m2流量为35~40t/h），小区二次网流量完全达标。

（4）利用站内二次网实测流量及二次网温差，计算得出小区实际热指标为63.6W/m2，表明小区因外墙未做保温及地处地势较高区域，热耗较大。

（5）对小区6#楼2 单元用户入户管道的测量结果显示，6#楼楼内采暖系统存在失调问题，需物业对楼内的阀门及排气阀进行检查。

（6）其他主要反映不热的用户，单元供水及入户流量均达标。这些用户多数位于该楼的西侧，热损失较大。

3.6 热成像情况

在流量测量的同时，另一组同事对冬季反映不热的用户的地暖盘管情况进行了热成像检测，结果显示9#楼602 整体、9#楼301、303 的小卧室盘管数量和间距极不规范，影响供热效果；8#楼 1 单元 102、6# 楼 2 单元 202、5# 楼 2 单元 101 地暖系统尚可，但也不规范。由此可见小区地暖系统情况不佳也是造成用户不热的主要原因。

3.7 其他用户

小区西2#楼、西1#楼1 单元、3#楼2 单元、5#楼1 单元存在供回水接反情况，同样影响上述用户的供热效果。

4 结语

进年来，随着国内大规模进行煤改气、煤改电，导致供热企业的运营成本也随之上升，因此针对供热系统进行调节优化工作成为维持企业健康发展的重要方式。在实际运行过程中，由于供热用户分布不均，且室内供热系统存在结构设计差异，因此导致供热系统存在热力失调问题，针对此类问题，供热企业应针对系统的水力工况以及热力工况进行分析，并结合供热需求采用大流量、小温差等方案进行对应调整，以此解决远近端用户的温差问题。