供熱項目改造中水力計算及管徑確定方法

陳 真 俞 聰

(華電電力科學研究院有限公司,浙江 杭州 310030)

0 引言

隨著全球氣候變暖，國家重視節能減排工作，城鎮供熱事業得到迅速發展。集中供熱對節約一次能源、降低環境污染、提高人民的生活水平具有重要意義[1-3]。

水力計算是熱網設計的重要組成部分，目前有傳統的人工查表計算、人工估算和計算機軟件模擬等方法[4,5]，三種方法各有利弊，所以利用現有資料找出一種有效快捷的供熱管網水力計算方法尤為重要。本文根據現有公式，整體分析和統計，為設計提供依據。

1 小區基本情況

省電梨園小區包括省電梨園1棟～16棟住宅，非住宅建筑，以及梨園酒店，接待總面積為94 429 m2,小區住宅概況如表1 所示。

2 采暖熱負荷指標

行業標準CJJ 34—2010城鎮供熱管網設計規范給出了各種建筑物采暖熱指標推薦值，根據調查，該區域的職工家屬區及辦公區域均為20世紀80年代、90年代建筑，非節能建筑。由于武昌屬長江流域中部，不屬于北方寒冷地區。住宅未采取節能措施58 W/m2～64 W/m2，但由于建筑使用年限較長，確定住宅采暖熱指標60 W/m2，本指標包含5%的管網熱損損耗。

表1 省電梨園小區住宅建筑物概況

3 采暖熱負荷

根據GB 50736—2012民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范,CJJ 34—2010城鎮供熱管網設計規范的有關數據，武漢冬季供暖室外計算溫度tw=-0.3 ℃，采暖期平均溫度tm=5 ℃。按照國家采暖設計規定：設計采暖室外溫度為5 ℃，考慮到長濕冷天氣，冬季寒冷，故現設計采暖室外溫度一般按8 ℃，室內計算溫度為18 ℃考慮，采暖季為120 d，一般從每年的11月16日持續到次年的3月15日。主要涉及相關參數如下：

根據供熱面積及綜合熱負荷指標，可計算供熱設計熱負荷為：

Qw=qw×Aw/100。

其中，Qw為采暖設計熱負荷，MW；qw為采暖熱指標，W/m2；Aw為采暖建筑物的建筑面積，萬m2。

采暖期供熱平均熱負荷為：

Qp=Kpj×Qw。

其中，Qp為采暖期平均熱負荷，MW；Qw為采暖期設計熱負荷，MW；Kpj為平均熱負荷系數。

根據氣象資料，其平均熱負荷系數Kpj值計算如下：

Kpj=(tn-tp)/(tn-tw)。

其中，tn為采暖期室內計算溫度，℃；tw為采暖期室外計算溫度，℃；tp為采暖期室外平均溫度，℃。

其中，采暖期供熱最小熱負荷為：

Qmin=Kmin×Qw。

其中，Qmin為采暖期最小熱負荷，MW；Kmin為最小熱負荷系數。

根據氣象資料，其最小熱負荷系數Kmin值計算如下：

Kmin=(tn-tdi)/(tn-tw)。

其中，tdi為設計采暖室外溫度，℃。

4 水力計算及確定管線管徑

4.1 管網設計流量計算

根據《城鎮供熱管網設計規范》中規定，供熱管網設計流量的計算公式如下：

G=3.6·Q/c(t1-t2)。

其中，G為供熱管網設計流量，t/h；Q為設計熱負荷，kW；c為水的比熱容，kJ/(kg·℃)；t1為供熱管網供水溫度,℃；t2為各種熱負荷相應的供熱管網回水溫度,℃。

4.2 水力計算參數

低溫水管網散熱器區供水溫度70 ℃，回水溫度50 ℃，水力計算管網粗糙度按0.5 mm選取，根據熱力站的設計熱負荷以最大循環水量確定干線和支線管徑。主干線采用經濟比摩阻30 Pa/m～70 Pa/m，以減少管材投資，支干線及支線按其允許壓力降確定管徑，且比摩阻不大于300 Pa/m，并滿足供熱介質流速不大于3.5 m/s。

4.3 水力計算原則

管網最不利環路阻力應為設計流量條件下熱力站、熱網和最不利用戶環路的阻力之和：

H=H1+H2+H3。

其中，H為最不利環路阻力；H1為熱力站內阻力，包括換熱器、除污器等設備的阻力和管路系統的阻力；H2為網路的阻力損失，本文中包括新建低溫水管網阻力和原有低溫水管網阻力；H3為最不利環路末端用戶系統阻力。

本文中熱力站內換熱器阻力按5 m H2O考慮，除污器阻力按2 m～3 m H2O考慮，末端用戶系統阻力按5 m H2O考慮。

4.4 確定管線管徑

管線管徑的確定以保證管網運行經濟合理為原則。低溫水管網各分支管徑根據熱負荷情況進行計算，主干線采用經濟比摩阻30 Pa/m～70 Pa/m，以減少管材投資。支干線及支線按其允許壓力降確定管徑，且比摩阻不大于300 Pa/m，并滿足供熱介質流速不大于3.5 m/s。室外熱水網路的限定流速根據《城市供熱工程》見表2，換熱站節點及水力計算見圖1，表3。

表2 室外熱水網路的限定流速

表3 熱力站水力計算表

管段編號計算流量t/h負荷kW管段長度/m流速m/s摩擦阻力系數比摩阻Pa/m管段阻力損失(單程)/MPa壓損(雙程)/mA～B257.095 95 980.05123.40.9360.02229.843 450.000 76.308 349B～C229.498 75 338.1446.81.1980.02361.317 150.002 96.238 515C～D148.1473 445.9327.61.2250.02485.390 010.028 05.951 551D～E18.969 88441.239 43900.3090.0268.273 5210.003 23.729 675注:新建低溫水管網循環水量為257.095 9 t/h,計算雙程阻力為6.31 m H2O,熱力站內阻力按10.0 m H2O計算(板式換熱器阻力5.0 m H2O、除污器阻力2.0 m H2O、站內管道及閥門計算阻力3.0 m H2O),用戶樓內阻力按5 m H2O考慮,管網最不利環路總阻力約21.31 m H2O,熱力站內循環水泵參數為G=330 t/h,H=36 m,N=55 kW,n=1 480 r/min,可以滿足供熱要求

5 結語

本文以武昌省電梨園小區供熱改造項目為基礎，根據行業標準確定采暖熱負荷指標，根據行業規范計算采暖熱負荷，進而進行水力計算和管徑選取，為換熱站循環水泵等設備的流量和揚程選型提供依據，對生產實際具有指導意義。