基于模擬分析法的供熱管網調節研究

李 雙 貴

(山西省城鄉規劃設計研究院，山西 太原 030001)

基于模擬分析法的供熱管網調節研究

李 雙 貴

(山西省城鄉規劃設計研究院，山西 太原 030001)

通過管網的節點方程與獨立回路壓力平衡方程，建立了供熱管網的模型，并求解了各分支管段的流量，經過對模型的分析，確定了各用戶通過理想流量時，用戶調節閥所需的理想阻抗，同時對其進行了實證分析，以供參考。

調節閥，供熱管網，流量，模型

1 建立模型

1)管網的節點方程。

根據質量守恒原理，在恒定流動過程中，與任一節點關聯的所有分支的流量，其代數和等于零，即供熱管網的節點方程為：

2)獨立回路壓力平衡方程。

根據管網恒定流動過程中，任意回路中沿回路方向，各個分支管段壓降的代數和等于零。對于環路i，獨立回路壓力平衡方程為：

圖1中，n=10，j=8，所以有7個獨立的節點流量方程和3個獨立回路方程。當對各管段阻抗賦權后，可以求解出10個管段的流量。

2 模型分析

首先通過各種可能的方法來確定各分支的阻抗值，建立方程組，即建立了管網的模型，并求解各分支管段的流量。其次，確定各用戶通過理想流量時，用戶調節閥所需要的理想阻抗。最后通過逐一改變方程中“調節閥”的阻抗，也就是用理想阻抗值逐個替代實際“調節閥”的阻抗值，來模擬實際管網的初調節。根據水利工況原理可知，某一個閥門的阻抗被替代，全網的流量、壓力就重新分布一次。而第一次“調節閥”用理想的阻抗替代后，流過該“調節閥”的流量和設計流量不等，是一個確定的值，稱為過渡流量。但是，當最后一個用戶的“調節閥”用理想阻抗替代后，該用戶以及其他用戶的過渡流量就達到了設計流量。因此，雖然實際工程無法直接測得理想的阻抗，但是可以測得過渡流量。按照計算過程阻抗替代的順序，記錄下替代后對應調節閥的過渡流量，在現場按照替代順序，逐個調節熱用戶的調節閥，使其流量達到過渡流量。當最后一個用戶閥門調節完畢后，全網各用戶的流量就達到了規定的工況，初調完畢。

3 實證分析

假設某供熱系統如圖2所示，共有4個用戶，一臺循環水泵，揚程DHp=62mH2O。系統編號如圖，其中管段編號為1，2，3，…，13，節點編號為①，②，③，…，⑩。

設循環水泵入口點即節點編號①為參考節點，按初調節的四個步驟進行。

1)通過實測管段流量和讀取各相關壓力表，確定管段實際阻抗，結果見表1。

表1 實際工況

2)計算所有用戶的理想阻抗。

即在設計流量下用戶及其分支的阻抗。按照獨立回路方程，計算結果見表2。

3)阻抗替代、運算獨立回路方程組。

按用戶1，2，3，4(離熱源由近及遠)的調節順序，即將用戶1的理想阻抗代入后得到第一組過渡流量，將用戶1，2的理想阻抗代入后得到第二組過渡流量，將用戶1，2，3的理想阻抗代入后得到第三組過渡流量，將用戶1，2，3，4的理想阻抗代入后得到第四組過渡流量，共得到4組流量值，結果見表3。

表2 理想工況

表3 調節方案(一)

表4 調節方案(二)

4)現場調節。

按照阻抗替代的順序，調節相應的用戶調節閥。當被調用戶的過渡流量達到計算值的同時，其他用戶的過渡流量也就達到了計算值。如表3所示，調節用戶1，當過渡流量G1=101.956 m3/h時用戶1的阻抗達到理想值；再調節用戶2，當過渡流量G2=107.96 m3/h時用戶2的阻抗達到理想值；再調節用戶3，當過渡流量G3=112.859 m3/h時用戶3的阻抗達到理想值；最后調節用戶4，當過渡流量G4=100 m3/h時所有用戶的阻抗均達到理想值，調節完成(見表4)。

需要說明的是：在供熱規模大，用戶數量多的條件下，節點方程和回路方程的求解只有采用矩陣方法才是可行的。

4 結語

當用戶入口安裝的調節閥具備阻抗和開度一一對應的函數關系時，就可以通過計算機求解，直接得到各個用戶調節閥的理想開度。不難求解，在現場調節時，只要把全部用戶的調節閥調節到理想開度并鎖定，就能達到理想的流量分配而與調節順序無關。

Researchonheat-supplypipelinenetworkbasedonmodelanalysis

LIShuang-gui

(ShanxiUrbanandRuralPlanningandDesignResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

According to the nodal equation of the pipeline network and the independent mesh pressure balance equation, the paper establishes the model for the heat-supply pipeline network, solves the flow of all kinds of branch pipe segments, identifies the ideal impedance adjusted by users when they have the ideal flow according to the analysis of the model, and has the empirical analysis, so as to provide some reference.

control valve, heat-supply pipeline network, flow, model

1009-6825(2014)14-0142-02

2014-02-24

李雙貴(1960- )，男，高級工程師

TU833

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