室外供熱管網工程設計的優化研究

【摘要】室外供熱管網的設計水平，必須在熱用戶供熱質量達標的前提下，通過投入資金多少、熱能輸送過程中的能量損失大小、運行穩定性高低以及熱網分匯點水力平衡效果好壞等標準來衡量。本文主要研究室外供熱管網工程設計的優化策略。

【關鍵詞】室外供熱管網；工程設計；優化

為了體現集中供熱的優越性，確保在規劃設計范圍內的熱用戶供熱質量全部達標，還應當確定集中供熱的熱源最大經濟供熱半徑。因此，在熱網規劃設計中，必須采取科學有效的辦法，解決技術和經濟上的問題。

1 、優化熱網的供熱管經濟管徑和經濟保溫層

熱能輸送過程中能量損失的重要指標是壓力損失和散熱損失，而這兩種損失取決于熱網的供熱管經濟管徑（也就是經濟比摩阻下的管徑）和經濟保溫層。在熱能輸送過程中，如果保溫材料體積不變，要減少壓力損失，供熱管管徑必須加大，資金投入自然增加；如果供熱管管徑不變，要減少散熱損失，保溫層厚度必須增加，資金投入也自然增加。因此，熱網供熱管管徑和保溫層厚度的選擇與熱能輸送過程中的能量損失和熱網資金投入是密不可分的，不可割裂開來，獨立選擇，必須在熱網規劃設計中合理優化參數，科學確定供熱管經濟管徑和經濟保溫層。

2 、優化熱網水力運行穩定性和熱網分匯點水力平衡標準

熱用戶供熱質量標準是一個范圍，要想使熱用戶完全不改變其熱能需求量是難以做到的，熱用戶改變熱能需要量影響其他熱用戶越小，熱網水力運行穩定性就越高，即實際工況偏離設計工況的程度越小。熱網中載熱體有很多供和回的分匯點，為了確保熱用戶供熱質量標準，必須考慮熱網分匯點水力平衡情況。在熱網設計中，每個分匯點都需要作水力平衡計算（利用計算機既快捷又精確），反復調整管徑，保證熱網在運行過程中滿足熱用戶供熱質量標準。按照中華人民共和國行業標準《城市熱力網設計規范》的要求，熱網分匯點水力差應小于25%，但設計的標準能使熱網分匯點水力平衡達到最大的理想化，效果會更好。因此，必須在熱網規劃設計中合理確定水力運行穩定性和分匯點水力平衡標準，盡量避免熱網水力運行失調。

如果熱網中的供熱管統一選擇經濟管徑，管網的輸送成本就會明顯減小，但忽視了熱網的水力運行穩定性和熱網分匯點的水力平衡，就會使得水力運行穩定性變差，并且不能按熱用戶的需求量供熱，這種熱網水力運行失調狀態是不符合熱網技術要求的。辯證地對水力進行分析，要想使熱網運行的水力運行穩定性好，就要相對地提高進入熱用戶供熱管的壓降或相對地降低熱網干管的壓降，也就是相對地減小進入熱用戶供熱管的管徑或相對地增大熱網干管的管徑。因此，熱網水力運行穩定性問題可以在進入熱用戶的管段上解決，那么，熱網的分匯點水力平衡工作也應放在進入熱用戶的管段上，正好兩項工作互相兼容、互相兼顧，一并操作完成，最終符合熱力網設計的技術標準。解決水力運行穩定性和分匯點水力平衡與選擇供熱管經濟管徑和經濟保溫層的矛盾，是設計熱網過程中的突出問題，但是，為了更大地突出選擇經濟管徑和經濟保溫層的諸多優點，必須著重考慮熱力網設計的技術標準。

熱網的合理設計必須考慮各種相互制約的因素，綜合分析比較，既要考慮管網的輸送成本最小，又要考慮熱網水力運行穩定性和熱網分匯點水力平衡，達到最佳效果。因此，在進入熱用戶的管段上，可選擇兩種不同管徑的供熱管和其相匹配的保溫層厚度，實現分匯點水力平衡，如果載熱體限定流速，也可以選擇一種管徑的供熱管和其相匹配的保溫層厚度，另外加上調壓板，實現分匯點水力平衡；在進入熱用戶管段以外的管段上，必須按優化選擇經濟管徑和經濟保溫層來設計。實踐證明，采用上述熱網設計，熱網的熱能輸送成本最小化，水力運行穩定性較好，熱網分匯點的水力平衡也得以兼顧，并且能基本滿足熱用戶的供熱需求量，水力運行符合熱網技術要求。

3、優化熱源的最大經濟供熱半徑

理論和多年的實踐證明，集中供熱與分散供熱相比，熱能利用率高，經濟性較好，供給熱用戶相同的熱能成本明顯降低。但是集中供熱的優越性也局限于一個范圍，這個范圍就是集中供熱熱源最大經濟供熱半徑，超出了熱源最大經濟供熱半徑，集中供熱的優越性也就體現不出來了。所以，在規劃設計時，應當確定熱源的最大經濟供熱半徑，以便在集中供熱工程中，考慮是否應剔除那些在最大經濟供熱半徑以外的用戶。

4、優化熱網規劃設計的計算步驟

在熱網規劃設計中，要做到技術性與經濟性的完美結合，必須統一考慮、綜合分析，在堅持熱能輸送成本最小的原則下，滿足熱網水力運行穩定性和熱網分匯點水力平衡的技術要求。熱網規劃設計的計算步驟如下：

（1）在載熱體參數和熱量已確定的情況下，對管網的輸送成本進行經濟分析，合理優化參數計算，確定出不同流量下熱網供熱管經濟管徑和經濟保溫層。

按要求計算出集中供熱網熱源的最大經濟供熱半徑。（2）在熱網供熱管的管徑已確定情況下，合理計算出用以進行水力平衡的經濟保溫層厚度。（3）科學確定熱源輸出以滿足熱用戶供熱質量全部達標。（4）確認熱網供熱管的管段和熱源間壓差最大熱用戶，除此之外的熱用戶，把最大壓差用戶的壓力作為基準，選擇二個管徑和長度各異的供熱管并與之相配的經濟保溫層厚度，如果較小管徑的供熱管載熱體超出了限定流速，則可選較大管徑的供熱管加上調壓板，實現分匯點水力平衡。（5）按照設計進行安裝，安裝完畢后，還應當進行系統水壓試驗與調試，驗收合格才能正式投入使用。

參考文獻：

[1]徐巖，楊文濤，齊峰，等.供熱管網分布參數模型與電熱耦合網絡協同規劃[J].電力建設，2017（07）.

[2]李震.供熱管網節能改造及輸熱能效初探[J].門窗，2017（06）.

[3]付長江.供熱管網的科學管理[J].黑龍江科技信息，2012（01）.

[4]劉永鑫，鄒平華，周志剛，等.基于方程組極小范數解的供熱管網阻抗辨識方法[J].暖通空調，2011（02）.

[5]本刊通訊員.《城鎮供熱管網設計規范》行業標準發布[J].煤氣與熱力，2011（01）.

[6]趙曉剛.直埋供熱管網工程設計兩種計算方法對比分析[J].山西建筑，2010（16）.