解決供熱管網(wǎng)末端供汽壓力偏低的研究

王志剛 桂三元 傅志峰

（中山粵海能源有限公司，廣東 中山528400）

我國電力市場化改革逐步深入，熱電聯(lián)產(chǎn)機組在國家一定扶持政策下在電力市場電量保證方面有一定優(yōu)勢，但“以熱定電”規(guī)則對供熱企業(yè)供熱的穩(wěn)定提出更高要求[1]。企業(yè)響應(yīng)環(huán)保和資源整合需要，對周邊企業(yè)進行供熱，需盡可能保證熱用戶用汽壓力和流量，但使用過程中，身處管網(wǎng)末端的使用用戶，往往會遇到供汽壓力偏低。

1 供熱管網(wǎng)末端供氣壓力偏低的主要因素

據(jù)資料顯示，某市黃圃片區(qū)有四條供熱管網(wǎng)末端，存在供氣壓力偏低的情況。它們都有一個共同的特征，那就是管道流動阻力增大。為了探討問題的解決辦法，本文以該片區(qū)的泰源管段為例作一分析。

1.1 泰源管段設(shè)計簡介

該管段設(shè)計情況是：

（1）流量計前管道。接入管徑為DN300，側(cè)向異徑三通一個，局部阻力系數(shù)為6.5；同向三通一個，局部阻力系數(shù)為1.5；截止閥一個，局部阻力系數(shù)為6；閘閥2 個，局部阻力系數(shù)為3.26；彎頭6 個，局部阻力系數(shù)為1.5。

（2）流量計后至儲能器的管道。管徑為DN300 的電動閘閥一個，局部阻力系數(shù)為1.63；電動減壓調(diào)節(jié)閥一個，局部阻力系數(shù)為36.8；接3 路支管，管徑為DN200。

（3）儲能器正常壓力為0.30MPa 左右，減壓前后壓差為0.20MPa 以上，電動減壓調(diào)節(jié)閥前后壓差約為0.10-0.15MPa。

1.2 泰源管段末端（包裝廠）壓力偏低的原因分析

經(jīng)查：

（1）母管壓降增大。該廠為了擴大生產(chǎn)，用汽流量從設(shè)計規(guī)劃流量的25t/h 增大至40t/h 以上，再加上另外兩個廠家的用汽，總流量已接近50t/h，已遠(yuǎn)超母管30t/h 的設(shè)計流量；

（2）該廠擴大生產(chǎn)用汽流量增大后，原接入的管徑DN300就顯得偏小，且流速高；

（3）管道附件布置不合理，局部阻力系數(shù)大，壓降大。

2 變徑減阻是解決供熱管網(wǎng)末端供氣壓力偏低的有效舉措

從實際原因分析情況來看，產(chǎn)生問題的主要關(guān)鍵就是，實際用汽流量大于設(shè)計流量，致使管網(wǎng)末端流體阻力增大，導(dǎo)致供汽壓力偏低。要解決這個問題，就必須從管道變徑和流體減阻兩個方面來尋找解決途徑[2]。關(guān)于管道變徑，就是在管道連接處，將兩種管道直徑不同的管道相連接，這里就是指將大管徑變?yōu)樾」軓剑约哟蠊芫W(wǎng)末端的供汽壓力。關(guān)于流體減阻就是減少流體在管道流動過程中的阻力，以提升流速，加大管網(wǎng)末端的供汽壓力[3]。

3 減阻結(jié)構(gòu)的設(shè)計、實驗及結(jié)果與分析

3.1 減阻結(jié)構(gòu)的設(shè)計

實驗開始前，筆者與同事開展大量準(zhǔn)備工作，涵蓋針對減阻結(jié)構(gòu)實際減阻效果展開的試探性測量以及文獻查閱等，最終確定選擇石英玻璃作為減阻架構(gòu)材料。主要是因為使用玻璃管道內(nèi)壁非常光滑，不會影響流體流動，進而在流體流過減阻結(jié)構(gòu)時，其流動情況不會受到影響，保證實驗結(jié)果和實際情況不會產(chǎn)生較大差異。

另外，可以充分觀察減阻結(jié)構(gòu)中的流體情況，保證流體可以與管道內(nèi)壁充分結(jié)合，減少氣泡，基于這些因素，最終選擇石英玻璃。

為了使減阻結(jié)構(gòu)的石英玻璃管，能將管徑由DN25 通過圓滑的拋物面過渡到DN20 管道，并用管箍進行連接，本文在設(shè)計時，對石英管減阻結(jié)構(gòu)進行了適當(dāng)?shù)难娱L。具體設(shè)計參數(shù)是：減阻結(jié)構(gòu)總長度為240mm，其中：DN25 管為100mm，圓滑拋物線過渡管為40mm，DN20 管為100mm。詳見圖1。

圖1 減阻結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

表1 實驗數(shù)據(jù)一覽表

3.2 實驗

科學(xué)確定測壓點部位，以保證水流不會嚴(yán)重影響測量結(jié)果。對于管路系統(tǒng)，應(yīng)該在水流穩(wěn)定、均勻部位設(shè)置測壓點，以便于結(jié)合伯努利方程減阻結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)進行測量，為了保證測壓點位置合理性性，需要合理確定測壓點與減阻架構(gòu)上游和下游之間的間距。本期實驗主要在上游管段10 倍d1 位置與5 倍d1 位置確定測壓點，對于下游管段則是在其50 倍d2、25 倍d2、15 倍d2 以及5 d2 倍位置進行測壓點設(shè)置，對減阻結(jié)構(gòu)中實際阻力損失進行測量，其中d1 是上游股管段的外徑，d2 是下游管段的外徑。

本實驗分三個部分：一是動力系統(tǒng)，二是動力輔助部分，三是測試系統(tǒng)。具體如下：

3.2.1 實驗裝置.主要有：減阻結(jié)構(gòu)、壓差計和超聲波流量計。

3.2.2 實驗的主要設(shè)備：①流量泵；②穩(wěn)流量箱；③球閥；④壓差計；⑤超聲波流量計。

3.2.3 實驗參數(shù).主要有：①進口管為PVC 管，管徑為DN25，長度為8m。出口管為PVC 管，管長度為1.5m；②流量控制范圍在0.24-0.5m3/h；③流速控制范圍：DN25 管為0.2-0.38m/s。

3.2.4 實驗步驟：一是實驗準(zhǔn)備。①完成實驗儀器晚裝工作后，將水注入儲液水箱，開展實驗活動時，需要確保水體清潔。將球閥打開，促使水能夠流動于實驗系統(tǒng)，同時用水灌滿管路，若是水量不足則需要繼續(xù)注水，以保證水箱中液體具有一定盈余，同時超出回水管路高度。②將穩(wěn)流水箱排氣閥打開，以將其中存留氣體完全排出。③將水泵啟動，在借助機械手段將管路氣體排出之后，關(guān)電停泵，在系統(tǒng)完全穩(wěn)定之后，觀察液差計的頁面情況。再④若是液面不水平，則應(yīng)該仿佛進行此項操作，頁面水平度滿足要求。二是進行測試，①初始水溫測定。②測點壓力測定準(zhǔn)備。③開啟水泵并對球閥開度進行合理調(diào)整。④測點壓力值讀取。⑤球閥開度調(diào)整，對系統(tǒng)管路流量加以調(diào)整，并重復(fù)以上實驗步驟，測定相關(guān)指標(biāo)數(shù)值，各個工況應(yīng)該測定3 次以上。⑥測量結(jié)果記錄。

3.2.5 實驗參數(shù)測量。主要有：①壓力測量；主要應(yīng)用測壓管測量壓力，該儀器主要對液體相對壓強進行測量，在為細(xì)玻璃管狀形狀。其上端開口連接于大氣，下端與管道側(cè)壁相連，并連通于被測液體，管內(nèi)液體能夠沿著玻璃管上升，之后借助P=γ·h 即可計算液體相對壓箱，其中h 為玻璃管液體高度，γ 為液體容重。②流量計測量校核。主要借助超聲波流量計開展校核工作，借助體積時間方法，在某段時間內(nèi)測量管道流體，同時將其設(shè)定為實際管流量。

3.3 實驗結(jié)果分析

根據(jù)超聲流量計、流量方程以及測量不同工況下各個測點之間的壓力高度，實驗數(shù)據(jù)如表1 所示。

4 結(jié)語與討論

本文結(jié)合某市供熱管網(wǎng)泰源管段末端汽壓偏低的實際，設(shè)計了與其相適應(yīng)的變徑減阻結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過實驗分析，證明達到了減小流體流經(jīng)和變徑減阻以及降低電耗的效果。此外，實驗結(jié)果還進一步表明，結(jié)合流體運動方程對減阻結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，不僅可以進行結(jié)構(gòu)的變徑減阻，而且還可以有效的降低流體變徑時的阻力損失，在流量范圍為0.24-0.48m3/h，雷諾數(shù)Re 的范圍在4000