大地形高差循環水供熱解決方案一例

【摘要】山東棲霞市地處膠東半島中心位置，屬丘陵地區，城區地形高差近110米，中節能（煙臺）生物質電廠采用循環水供熱方式承擔市區約80%的區域供熱。供熱區域內整個管網的高差約為98米。如此高差懸殊的熱力網，散熱器及電廠內凝汽器靜水超壓、動水超壓問題非常突出。本技術方案為解決該類大高差地形循環水供熱提供一種解決思路。

【關鍵詞】循環水供熱；直埋；地形高差

1.工程概況

棲霞市屬丘陵地區，地形高差較大，中節能（煙臺）生物質電廠采用循環水供熱方式承擔市區約80%的區域供熱。其中電廠海拔125米，供熱區域內最低點為棲霞二中區域（海拔120米），最高點為向陽小區（海拔198米），市區內多為7層樓以下住宅樓（高度按照20計算）。整個管網的高差約為198+20-120=98米。

棲霞市循環水供熱熱力網覆蓋市區主要街道，近期供熱面積近150萬平方米。電廠內凝汽器要求水壓不得超過0.5Mpa。而棲霞市目前沒有集中供熱，多以小區鍋爐房和土暖氣為主，因此熱用戶按照鑄鐵散熱器考慮， 要求水壓不超過0.4Mpa。設計供水溫度65℃ ， 設計回水溫度50℃。供熱半徑約7公里。

如此高差懸殊的熱力網，散熱器及電廠內凝汽器靜水超壓、動水超壓問題非常突出。

2.解決思路

2.1散熱器承壓問題

我國建筑工業行業標準中，各類型散熱器的工作壓力多為0.4～1.0Mpa，散熱器是一個薄壁承壓容器，關系到使用安全，由采暖系統的水壓分布規律可知，系統底層散熱器承受的水壓通常最高，其數值接近系統的定壓值，而系統的定壓值由系統最大壓差加2～3m水柱安全量確定（對于供水溫度≤95℃的系統。）棲霞市城區內高低落差很大，供熱區域內最高海拔高度198m，最低海拔高度120m，，棲霞市多為7層以下住宅樓，一般住宅建筑的層高為2.8～3.0m，考慮20米的樓層高度，高低落差近100米，如果散熱器均按照承壓40m考慮，同時考慮樓高20m，那么海拔高度近20米左右就需要分區。顯然對于棲霞市地形特點，整個城區供熱高差分區達5級，將造成嚴重的垂直水力失調，無論對今后的運行還是采暖效果都是極其困難的。

因此結合本工程實際特點，采用以間接供熱方式為主，直接供熱為輔的方式將會有效解決在高差懸殊區域散熱器承壓問題。

2.2防止靜水超壓方案

本工程在采購汽輪機時，已經要求汽輪機廠家對凝汽器做了相關加強處理，凝汽器可以承壓0.6Mpa。但考慮到整個供熱的長期性和穩定性，通過調研和反復溝通，并結合棲霞市地形分布特點，本次將主管網靜水壓力定為40米，采暖住宅樓考慮20 m，富裕壓力考慮3m，電廠海拔高度125m，依據上述數據，可由電廠直接供熱的海拔高度：

Hmax=125+40-20-3=142m

因此，采暖住宅樓按照20 m考慮，區域內海拔高度125m～142m（或熱用戶海拔高度125+40-3=162米）之間的熱用戶均可以滿足熱水直接入戶。

對于海拔高度低于125米的部分區域（僅迎賓路棲霞二中附近），為了防止散熱器靜水超過0.4Mpa，可以采取供水減壓，回水加壓的直供方式或間接換熱的方式供熱。

在主管網靜水壓力定為40m的情況下，主管網可以到達的高度為125+40-3=162m，因此在142m-162m區域全部采用間接換熱。

在海拔高度162m以上，主要集中在文化路以北山城路和躍進路兩側，根據各區域實際海拔情況同時結合換熱站供熱范圍，該區域全部采取間接供熱。支線管網獨立定壓，在與主管網相連的回水干管上設截止閥和閥前壓力調節器。供水主干管上設截止閥和止回閥。當電廠熱力網循環水泵停止時，止回閥、閥前壓力調節器自行關閉， 為安全起見，操作人員需及時關閉供回水截止閥， 把熱網靜水壓截斷為幾個區域，每個網各自維持本網的水靜壓線， 防止了靜水超壓。

2.3防止動水超壓方案

本工程主管網的沿程阻力假如由電廠設置的循環水泵全部負責， 按照近期熱負荷進行水力計算后，電廠熱網首站循環水泵出口壓力接近1.5Mpa，對于整個主管網的長期安全穩定運行有一定的不穩定因素，同時考慮到有效降低廠用電，因此在回水管網上設置增壓泵，有效降低整個管網的運行壓力，防止動水超壓問題。

2.4補水定壓系統

目前常用的補水定壓系統有高架開口水箱（膨脹水箱）和補水泵定壓方式，對于能夠合適位置架設水箱的優先考慮采用膨脹水箱定壓。其余采用補水定壓方式。

3.具體解決方案

3.1采暖區域類別劃分

依據上述解決思路同時結合棲霞市供熱區域海拔高度分別情況，將市區分為A、B、C、D四種類別，各自情況如下：

3.2間接供熱和直接供熱方式的選擇

通過前文論述，棲霞市相當一部分區域即可采用直接供熱也可以采用間接供熱，針對棲霞市供熱現狀，對這兩種供熱方式方式提出如下建議：

介于當前棲霞市處于集中供熱的初期，熱用戶相對較為分散，且規模較小的現狀，建議當前在能夠實現直供的區域以直接為主，待熱網達到一定規模后，應逐步向間供式轉換。最終將整個管網實現間接供熱，有效提供冬季供熱的穩定性和供熱質量。

3.3 中繼泵站

本工程為棲霞市整個城區的供熱管網，供熱半徑較大，最遠輸送距離達到了近7公里，且地形高差較大，如果整個管網均有供熱首站內循環水泵來帶，整個管網的運行壓力近1.5MPa，對整個供熱管網的長期安全運行帶來一定的隱患，為有效解決該問題，同時降低廠用電，降低管網運行電耗，節省運行費用，本工程在主管網上考慮設置中繼泵站。

中繼泵站可以設置在管網的供水管道、回水管道或在供回水管道上都串聯中繼泵，通過對整個管網的水力計算，本工程僅在回水管道上設置中繼泵即可。

中繼泵站的最佳設置點，要選在使系統運行電耗最低處（即節點函數值極值點），具體位置需要視熱網水力工況及水壓圖確定。站址應盡量靠近熱網管線

介于棲霞市處于集中供熱的初期，最近兩年熱負荷尚不能達到管網的設計供熱能力，整個管網的熱水流量相對較小，電廠內循環水泵既可以克服整個主管網的沿程阻力。中繼泵站可以視熱負荷發展情況和廠區內擇機建設。預計當采暖面積達到100萬m2的時候，中繼泵站需投入使用。

在中繼泵站地點的選擇上，由于城區主管網主要沿文化路敷設，文化路為棲霞市城區核心道路，沿街均為各類商業建筑，通過對文化路沿線的實地調查，目前僅文化路山城路交叉口西北角和文水橋北側具備建設中繼泵站條件，當前僅將中繼泵站規劃在這兩個地方，具體選址隨著棲霞市集中供熱的發展，再詳細確定。

4結論

本工程已于2012年投入運行，管網至今已經運行3個采暖季，整體運行情況良好，提高當地百姓冬季生活質量的同時，集中供熱的實施有效改善了當地環境質量。

參考文獻

[1]施振球《動力管道設計手冊》.北京：機械工業出版社

[2]李岱森《簡明供熱設計手冊》 北京：中國建筑工業出版社

[3]CJJ34-2010《城市供熱管網設計規范》 北京：光明日報出版社