論述熱水供熱系統的水力工況

高海旺

以熱水作為熱媒的供熱系統稱為熱水供熱系統。熱水供熱系統的熱能利用率較高,輸送時無效損失較小,散熱設備不易腐蝕,使用周期長,并且散熱設備表面溫度較低,符合衛生要求。供熱系統中流量、壓力的分布狀況稱為系統的水力工況。供熱系統供熱質量的好壞,與系統的水力工況有著密切聯系。普遍存在的冷熱不均現象,主要原因就是系統水力工況失調所致。

在熱水供熱系統運行過程中,往往會由于設計、施工、改建、擴建和調節等原因,使網路中流量分配與熱用戶所需流量不相符合,各用戶之間的流量要重新分配。熱水供熱系統中,各熱用戶的實際流量與要求流量之間的不一致性稱為水力失調。水力失調造成各熱用戶的供熱量不符合要求,使熱用戶或供熱房間出現冷暖不均的熱力失調現象。

一個集中供熱系統,特別是一個大的集中供熱系統,要實現穩定運行和均衡供熱的基本條件是保證管網的水力工況平衡。目前我們一些系統中存在的工作壓力不能滿足正常工作需要,熱力站不能獲得需要的壓差,部分用戶不熱,或者前端用戶壓差高,流量超過設計值,而末端壓差不足,流量低于設計值,因而造成近端用戶過熱,遠端用戶不熱,就是系統存在水力工況不平衡的問題。

造成系統水力工況不平衡的原因是多方面的,下面將常見的幾種分析如下。

1 恒壓點壓力變動

水泵型號、管網阻力系數均未發生任何變化。系統流量未有變化,即無水力失調現象,因此水壓圖形狀不變,只是隨恒壓點壓力變化而沿縱坐標軸上下平移。如圖1所示,圖中虛線代表原水壓圖,實線代表變動后的水壓圖。此時流量無變化,但系統壓力卻變化很大,可能造成水壓不能滿足系統運行的基本要求。

2 循環泵出口閥門關小

如圖2所示某一熱水供熱系統,當關小循環泵出口處閥門時,網路的總阻力數增大,總流量將減小(為了便于分析,假定網路循環泵的揚程不變)。由于熱用戶1～5的網路干管和用戶分支管的阻力數沒有改變,因而各熱用戶的流量分配的比例也不變,即都按統一比例減小。網路產生一致的等比失調。工況變化后網路的水壓圖如圖3所示。圖中虛線為正常工況下的水壓圖,實線代表循環泵出口閥門關小后的水壓圖。由于各管段的流量均減小,因而實線的水壓曲線比原來的水壓曲線變得平緩一些。各熱用戶的流量是按統一比例減小的。因而,各熱用戶的資用壓差也是按相同的比例減小。

3 供熱系統某一用戶閥門開大

如圖2所示某一熱水供熱系統,當某一用戶如用戶3閥門開大時,水壓圖的變化如圖4所示,圖中虛線代表正常工況下的水壓圖,實線代表工況變化后的水壓圖。當用戶3閥門開大,則系統的總阻力數減少,系統總流量增加。Ⅰ管段動水壓線變陡,1用戶資用壓頭減小,流量也減小。Ⅱ干管流量增大,水壓線變陡,2用戶資用壓頭減小,流量減小。Ⅲ干管的流量增加最多,水壓線斜率最陡,3用戶流量增加。在3用戶之后,4,5用戶的流量將成比例地減小,Ⅳ,Ⅴ干管水壓線變得平緩一些。根據分析,3用戶閥門開大后,只有3用戶流量增大,系統其他用戶流量都將減小。3用戶以后的各用戶流量成一致的等比失調。3用戶以前各用戶流量成一致不等比失調,離3用戶越近的用戶,水力失調度越大。

如果3用戶閥門關小,水利工況的變動有類似情況,不同的是3用戶的流量減小,其他用戶流量增加。其他用戶的閥門的開大和關小,其變動水力工況也可通過類似的定性分析。

4 供熱系統某一用戶閥門關閉

如圖2所示某一熱水供熱系統,當一用戶如用戶3閥門關閉時,水壓圖的變化如圖5所示,圖中虛線代表正常工況下的水壓圖,實線代表工況變化后的水壓圖。當3用戶閥門關閉,則系統總阻力數增加,系統總流量減小。從熱源到用戶3之間的供水和回水管的水壓線將變得平緩一些,如假定網路水泵的揚程不變,在用戶3處供回水管之間的壓差將會增加,用戶3處的作用壓差增加相當于用戶4和5的總作用壓差增加,因而使用戶4,5的流量按統一比例增加,并使用戶3以后的供水管和回水管的水壓線變得陡一些。

在整個網路中,除用戶3以外的所有熱用戶的作用壓差和流量都會增加,出現一致失調。對于用戶3后面的用戶4和5,是一致等比失調。對于用戶3前面的熱用戶1和2,是一致不等比失調。

5 供水干管上閥門關小

如圖2所示某一熱水供熱系統,當干管上閥門如閥門c關小時,水壓圖的變化如圖6所示,圖中虛線代表正常工況下的水壓圖,實線代表工況變化后的水壓圖。當干管上閥門節流,則系統總阻力增加,系統總流量減小。供水和回水管的水壓線將變得平緩一些,并且供水管水壓線將在c點出現一個急劇的下降。

水力工況的這個變化,對于閥門c以后的用戶3,4,5,相當于本身阻力數未變而總的作用壓力卻減小了,同時流量也按統一比例減小,出現一致等比失調。對于閥門c以前的用戶1,2,可以看出用戶流量將按不同的比例增加,它們的作用壓差都有增加但比例不同,這些用戶將出現一致不等比失調。

對于全部用戶來說,流量有增有減,整個網路的水力工況就發生不一致失調。

6 熱水網路未進行初調節

由于網路近端熱用戶的作用壓差很大,在選擇用戶分支管路的管徑時,又受到管道內熱媒流速和管徑規格的限制,其剩余作用壓頭在用戶分支管路上難以全部消除。如網路未進行初調節,前端熱用戶的實際阻力數遠小于設計規定值,網路總阻力數比設計的總阻力數小,網路的總流量增加。位于網路前端的熱用戶,其實際流量比規定流量大得多。網路干管前部的水壓曲線,將變得較陡。而位于網路后部的熱用戶,其作用壓頭和流量將小于設計值。網路干管后部的水壓曲線將變得平緩一些。由此可見,熱水網路投入運行時,必須很好地進行初調節。其水壓圖的變化與圖4類似。

以上簡單介紹了幾種熱水供熱系統水力工況變化對系統水力失調的影響。故掌握了熱力網路各熱用戶的流量及其壓力、壓差的變化規律,就可以合理地進行網路的初調整和運行調節。說明水力工況分析對熱水供熱系統的運行管理具有很重要的指導作用。

[1]賀 平,孫 剛.供熱工程[M].北京:中國建筑工業出版社,1993.

[2]石兆玉.供熱系統運行調節與控制[M].北京:清華大學出版社,1994.