某小區提高供熱管網可靠性研究

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(1.中國石油大學(華東)后勤保障處，山東 東營 257061;2.中國石油大學(華東)儲運與建筑工程學院,山東 青島 266580)

集中供熱系統因為其具有節能環保的特點，在我國北方地區正在得到普遍的應用[1]。但與此同時，供熱管網系統的可靠性問題也變得越來越重要，并正在受到更多的重視。所謂供熱系統的可靠性是指在規定的運行周期內，按規定的供熱介質和運行參數，向熱用戶提供一定流量、保持其不間斷供熱的能力。本文研究的目的就是通過對某小區供熱管網進行可靠性分析，確定管網的可靠性指標，提出改進管網可靠性的具體措施，以便減少熱網故障的發生次數，提高小區供熱質量。

1 供熱管網系統可靠性評價指標

可靠性指標是對系統進行概率上的安全評價，是評價熱力管網是否可靠的重要手段[2]。其定義是熱網在實際運行狀態下的功能質量指標與理想狀態下的功能質量指標之比，公式為：

(1)

綜上所述可知：

(2)

聯系式(1)可得：

(3)

2 計算供熱管網可靠性指標的方法

計算供熱管網可靠性指標的關鍵是確定故障流參數、劃分故障分析當量區和確定可靠性評價指標計算公式。

2.1 故障流參數的確定

故障流是指熱網元件持續發生故障的隨機事件，故障流可以用故障流參數 來評定。一般來說熱力管網管道、設備的故障流特征函數 可以當做是線性的：

H(t)=ωt

(4)

式中：t指觀察的時間；ω為故障流參數，常數，1/年。

ω不能通過做實驗來獲得可靠的數據，但是可以通過統計的方法得出。對于熱網來說，閥門和管道是主要的元部件，所以統計時主要是要弄清閥門和管道的故障流參數。

在本文的研究中選取閥門的故障流參數ωf=0.0021 1/年，管道的故障流參數ωg=0.005 1/(km·年) 。

整個熱網的故障流參數可由下式計算：

(5)

式中：ωgy——供熱管網的故障流參數值，1/年；ωg——管道的故障流參數，1/(km·年) ； l——管道的長度，km；ωf——閥門的故障流參數，1/年；N——閥門的個數。

2.2 熱網故障分析當量區的劃分

所謂故障分析當量區是指當供熱系統中具有一定邏輯關系的某些元件發生故障并造成相同熱用戶失去供熱時，這些元件就構成了一個當量區。劃分故障分析當量區后的的熱網系統中，每個故障分析當量區都有自己的故障流參數總和以及因故障而被切斷的熱負荷。其中，被切斷的熱負荷由熱網平面圖決定；故障流參數總和由元部件個數和管線的長度決定。

2.3 可靠性指標公式的確立

(6)

式中：j=1，2，3…；ω為熱網元件的故障流參數，是元件固有屬性的故障概率。

熱網系統所有元件都故障的概率為：

(7)

熱網供熱不足量的平均值公式如下：

(8)

則供熱不足量的數學期望值為[2]：

(9)

把式(9)代入式(3)中，即可得到最終的可靠性評價指標，如下所示：

作為路由算法重要的衡量指標，在不同的場景下，分別比較了包的遞交率，端到端的平均延時時間以及包的平均跳數.根據以上的3個指標，比較了所提出的路由算法以及GPSR和SLBF路由算法.這3個算法都是基于地理位置的端到端的路由算法.唯一不同的是，SLBF是一種基于廣播方式的路由算法，利用定時器來找出下一跳的路由節點.而提出的算法和GPSR路由算法類似，也是通過間隔一段時間去廣播hello數據包或者是根據hello數據包來更新自己的鄰居表.

3 某小區集中供熱管網系統的可靠性分析

3.1 小區熱網熱負荷的確定

若想求熱網的供熱不足量，進而求可靠性指標，需先知道各用戶的熱負荷。熱負荷與建筑物面積的關系為：

(11)

3.2 可靠性指標的計算

按第2節中步驟及方法對該小區供熱管網進行可靠性指標的計算。

(1)選即取閥門的故障流參數ωf=0.0021 1/年，管道的故障流參數ωg=0.05 1/(km·年) 。

(2)對熱網進行故障分析當量區的劃分，把整個熱網分成20個故障分析當量區。

(4)計算該熱網的可靠性指標

根據熱網可靠性指標計算公式(10)，可得該小區熱網可靠性評價指標為0.9535。依據《城鎮供熱系統安全運行技術規程》要求，供熱系統的可靠性指標不得低于85%～90%。由此可見該小區熱網具有較好的可靠度。

4 提高供熱管網可靠性的途徑

4.1 分段閥的設置

分段閥門具有將管路合理分成若干段，以便在發生故障時縮小停止供熱范圍的作用，是提高熱網可靠性的重要手段之一[3]。增設分段閥將減少故障分析當量區內被關斷熱負荷的大小，同時也增加了故障分析當量區的元部件數量，使其故障流參數和增大，但是在一定范圍內被關斷熱負荷的減小量要大于故障流參數的增大量，所以整個系統的可靠性還是增加的。

4.2 主干線長度對可靠性的影響

熱網可靠性會隨管道長度的增加而降低，隨著主干線長度的縮短，發生故障的概率越來越小，熱網的可靠性也會隨之增加[4]。因此，應根據具體情況，尋找適合枝狀管網主干線長度的合理范圍，并在允許范圍內盡可能的縮短主干線長度，這樣既提高了管網的可靠性，又能減少投資和維護。

4.3 加強運行管理

主要包括:(1)提高管道的內防腐。包括合理運行水處理系統和除氧系統，熱網供熱停止期間，向熱網中加入進行過化學處理的軟水，以及加強夏季檢修。(2)提高管道的外防腐。包括合理選擇管道材料，在管道外敷設防水層和防腐層并且盡量選擇吸水率小的保溫材料，采用電絕緣支座、增加管段導電能力以及遠離有軌電氣化線路等措施來降低管道的電化學腐蝕。

另外，還可以加大維修的執行強度和力度，縮短維修時間；多儲備一些易發生故障的元部件，便于及時更換；提高維修人員發現、解決故障的能力；在管道薄弱環節設置專門維修點，便于發生故障后及時進行處理。

5 結論

(1)介紹了熱力管網可靠性研究的基本理論和方法。

(2)根據有關熱網可靠性指標的公式，計算了某小區的熱網可靠性指標，從而對熱網可靠性進行了定量評價。

(3)提出了提高熱力管網可靠性的措施，主要包括增設分段閥，限制主干線長度及加強運行管理等。