KPF平衡閥在平衡調節中的應用

張亞忠 沙寶良 侯隆月 張海巖（大慶油田有限責任公司礦區服務事業部）

隨著市場經濟的發展、人們商品意識的增強，用熱居民對供熱質量的要求也越來越高，供熱質量不達標是供熱上訪的主要因素。針對這一問題，在供熱設施、設備檢修過程中下了很大功夫，但是供熱效果仍不理想。關鍵問題在于忽視了供熱管網平衡調節，導致系統水力失調，住戶冷熱不均，出現供熱質量不達標現象。因此，必須采取有效措施解決供熱系統水力失調問題。

1 現狀

物業管理三公司管理供熱面積573.31×104m2，附屬3座燃煤鍋爐房，9座燃油（燃氣）鍋爐房，46座熱力站。負責登峰、鐵人、擁軍、豐收等22個住宅小區875棟住宅樓和附屬公共設施的供熱服務。

1.1 調節設施

2011年初，公司外網共計287條供熱環路，環路分、回水缸處主要使用閘閥、蝶閥、球閥等類型的閥門進行二網流量調節，其中蝶閥、閘閥數量占總數的76% （表1）。

外網環路上，除奔二地區使用了K PF 平衡閥外，其他地區仍以閘閥、蝶閥為主。

1.2 存在問題

在平衡調節方面主要存在以下問題：

◇閘閥、蝶閥等閥門為快開特性閥門，不具備調控功能；

表1 閥門現狀統計

◇該類調節精度不足，有空回間隙，開度與流量不對應，調節范圍不足；

◇環路上的流量無法計量，無法判斷單個環路流量是否滿足供熱用戶需求；

◇管網中各個環路的長度不同，循環阻力相差較大，造成流量分配不均。

鑒于上述原因，在平衡調節時，工人只能根據室內溫度及經驗進行反復調節，無法達到按需供熱的要求。當系統存在水力失調現象時，傳統的做法是增大供熱管網的管徑或增大循環泵的流量，采用“大流量、小溫差”的供熱運行方式緩解低溫問題，造成能源浪費。

2 KPF平衡閥的選用

針對目前存在的問題，若要實現水力工況平衡，首先要加強外網調控手段，主要是裝設孔板、平衡閥、自力式平衡閥等。由于公司采用分階段改變流量的質調節的供熱運行方式，且熱力站內使用變頻泵，導致系統循環流量、壓力變動頻繁；若使用自力式平衡閥，則每改變循環流量或系統壓力波動時，都要對閥門進行調整設定，給運行管理帶來很大不便，所以不宜采用。孔板平衡措施由于管網實際安裝與計算工況很難相同，所以會有一定的誤差。而裝設具有流量標定功能的K PF 平衡閥進行管網的水力平衡調節，由于其成本低，且管網具有可調性，適合公司范圍內使用。

K PF 平衡閥具有良好的流量調節特性及開度鎖定記憶裝置，配合使用專用智能儀表可測量單體建筑的供熱流量。該閥門可實現系統平衡后、總流量增減時，各支路、各用戶的流量同比例增減，同步傳至每一個末端裝置，可有效避免流量失衡、各個環路相互干擾造成的熱量浪費。

綜上所述，選擇在外網安裝使用K PF 平衡閥，加強調控手段，實施平衡調節。

3 KPF平衡閥的調節方法

3.1 國內現有平衡調節技術

目前國內平衡調節的主要方法有溫差法、比例法和CCR 法。溫差法是在用戶入口安裝壓力表、溫度計，觀察熱用戶處供水、回水溫差和熱源處的總供水、回水溫差的偏離程度大小，根據經驗對其用戶閥門進行節流。該方法調節周期時間長，需要反復進行，它適用于保溫較好的管網。但此調節方法屬于粗調，調節不準確。比例法是利用2臺便攜式超聲波流量計、步話機來完成的。比例法的基本原理為：如果2條并聯管路中的水流量以某比例流動（如1∶2），那么當總流量在±30%范圍內變化時，它們之間的流量比仍然保持不變（1∶2）。但用比例法調節時相互間不易協調，對操作人員素質要求較高，并需要2臺相同的流量計。CCR 法由數據采集、計算機計算和現場調整三部分構成。先測出被測管網的各管段阻力數S 值，再根據所要求的各支路流量計算出各調節閥相應的開度，最后根據計算結果依次將各調節閥調節到所計算的開度，使系統達到所要求的流量。此方法測量各管段實際阻力數S 值較為不易。

3.2 KPF綜合調節法的研究

通過分析上訴各類調節方法的優缺點，結合公司選擇使用K PF 平衡閥的現狀，提出一種新的外網調節方法，此方法具有比例法和CCR 法的一些特點，因此稱之為“K PF 綜合調節法”。該方法是計算出每棟單體建筑的理論循環流量，通過安裝K PF平衡閥，利用其專用智能儀表標定通過閥門的實際流量，調節閥門開度，使實際流量趨近于理論流量，實現水力工況平衡。

3.2.1 計算理論流量

由公式（1）和公式（2）確定各類建筑的設計熱指標：

式中：qp為計劃熱指標；qd為設計熱指標；ti為室內溫度；toa為室外平均溫度。

式中：Q 為計劃用熱量；S 為供熱面積。

由公式（3）計算出單體建筑計劃供熱量：

式中：G 為環路理論流量；C 為水的比熱容；ts為供水溫度；tr為回水溫度。

然后計算出運行高峰期每棟建筑的理論循環流量（在實際操作中，需根據實際供暖溫度、當前室外天氣條件以及單體建筑在環路中所處的位置等相關信息綜合考慮理論流量）。

3.2.2 單體流量標定

單體閥門的調節，將智能儀表與要進行平衡調試的平衡閥閥體上的2個測壓小閥連接，對該平衡閥作二次開度調節。由于智能儀表中已儲存各型號平衡閥的性能曲線，在向儀表輸入二次開度值后，儀表即能獲得對應于2個開度下的流量Q1、Q2及閥門在不同開度情況下的流通系數Kv1，Kv2。隨后，儀表即自行解聯立方程，求出系統其他部分的流通系數Kva。之后，向儀表輸入該平衡閥處要求流經的理論流量Q3，儀表即能計算出該平衡閥在系統水力平衡時的開度值（由儀表顯示出圈數值）。最后將閥門調試到確定的理論閥門開度值，完成調試。按照此方式，對平衡閥進行逐個標定，即可完成外網的初調節工作。

使用K PF 綜合調節法對管網進行平衡調節時有兩個假設條件：對某一平衡閥做調試時，系統其他部分看作一個阻力，用相應的流通系數Kva表示；調節某一平衡閥2個任意開度過程中（并非2個極端位置），系統的阻力系數Kva保持不變，水泵揚程H 保持不變。從實際調試的結果看，最后1個單體閥門調節后，最初的閥門流量變化率為3%，以上2個假設條件對最終的結果影響不大。

3.2.3 整體調節原則

K PF 綜合調節法遵循下述原則：

在站內總體調節上，采取“先外后內”的原則。即供熱運行初期，首先將熱力站內的循環流量調整到最大值；其次對外網環路進行平衡調節，將每一個單體建筑的循環流量調整接近至理論流量，確定閥門開度；然后根據平衡調節的實際情況，調整熱力站分、回水缸處每一條環路的通過流量，確定閥門開度；最后將熱力站內的循環流量降低到供熱運行初期所需要的理論流量。

表2 環路流量調節統計

在外網調節上，采取“先近后遠”的原則。首先利用專用智能儀表對相對于熱力站較近的平衡閥進行流量標定，這樣可以有效地增大中端和末端的使用流量；其次根據理論流量及實際測溫情況，適當控制中端和末端的流量，使整個環路水力工況達到平衡。

由于K PF 平衡閥具備良好的等比例增長特性，系統平衡后，站內流量調整時，可保證通過外網閥門的流量等比例增長，所以在完成初調節后，只需要針對具體情況進行精細調節，無需再對其他閥門進行調整。

4 KPF平衡閥的應用

公司在2011年實施的《小區采暖計量控制研究》項目中，啟用了奔二地區原有的79個K PF 平衡閥，并新安裝平衡閥41個，確保所有住宅樓及公設的入戶都安裝有K PF 平衡閥。2012年公司又采購并安裝了K PF 平衡閥224個，將各鍋爐房、熱力站的分、回水缸處的閥門更換為K PF 平衡閥。K PF平衡閥及專用智能儀如圖1所示。

圖1 KPF平衡閥及專用智能儀

在安裝K PF 平衡閥后，公司應用K PF 綜合調節法完成了供熱管網初調節。以奔二地區西環路外網調節為例，理論流量與實際流量的對比見表2。

從表2可以看出，調節前近端流量遠大于理論流量，末端流量還達不到理論流量，存在嚴重水力失調問題。應用K PF 平衡法進行逐步調節，當住戶溫度基本都達標后確定最終流量及閥門開度。但是，3-13#樓的閥門開得再大，也達不到理論流量，可判斷出該樓管網存在問題，需要夏季處理。

各環路的調節也是如此，以站內安裝環路調節為例，理論流量為78.87m3/h，外網單體建筑物水力平衡調節后，實測流量為89.00m3/h，經測溫普遍偏高，說明該環路流量設定偏高。以理論流量為依據，當流量調節為69.50m3/h時測溫比較理想，最后將該環路流量下調至標定值。

此外，奔二機廠環路上的原紅光修理廠超供問題長期被因保溫效果差造成的低溫所掩蓋，導致末端環路住宅樓低溫，經過流量標定、調節后，溫度達標率明顯上升。還解決了西路2-7至2-14超供高溫、安裝環路整體高溫等諸多問題。在平衡調節中應用K PF 平衡閥，不僅從根本上解決了水力失調問題，消除了冷熱不均現象，而且節約了熱能。

5 結論

K PF 平衡閥價格低廉，閥門可關斷，密閉性好，具有良好的流量調節特性，配合使用專用智能儀表可測量環路供熱流量。利用K PF 綜合調節法進行外網水力工況平衡調節，解決了原來靠經驗調節的不足，實現了水力工況平衡。