供热管网可靠性研究论文

区域供热管网设计与节能技术应用研究的意义非常重要。它可以帮助改善供热系统的效率，降低能源消耗，减少环境污染。此外，还可以提高供热系统的可靠性和安全性，从而满足用户的需求。通过研究，可以提出合理的设计方案和节能技术应用，从而提高供热系统的效率，降低能源消耗，减少环境污染，提高供热系统的可靠性和安全性，满足用户的需求。

能源是国民经济发展的物质基础，电能是在各行业中应用最广泛的一种二次能源。目前由于我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，促使用电设备的增长速度超过发电设备的增长速度，造成能源短缺，电力供需矛盾十分突出，严重影响我国经济的可持续性发展和节约型社会的建设。供热企业是耗电大户，各种水泵、风机都用电。如果系统设计不合理，设备选型不当，很容易造成电能的大量浪费。因此，为消除用电过程中电能的浪费现象，提高电能的利用率，必须采取技术上可行、经济上合理和不影响环保的一切节约电能的技术和措施，合理有效地利用电能源。经调查，造成电能浪费严重的局面有以下几个原因：1、因循守旧的不合理设计、选型习惯造成电能浪费一些设计人员或供热企业的工程技术人员因循守旧或生搬硬套对一些基本理论认识不清，不加分析、不加研究地按习惯做法搞设计。同时还存在着保守的心理，因为怕担责任，总是把用电设备选得很大，造成了错误设计、错误选型，使供热系统或用电设备白白浪费了宝贵的电能。例如：多泵并联或扬程偏高的问题依然存在。2、热力站内照明灯具安装位置及选型不合理等，造成了不能很好的利用自然光源，而导致的站内长明灯的现象，从而使浪费了电能。3、不合理的技改措施造成的电能浪费一些工程技术人员在供热系统运行过程中出现技术问题而影响供热质量时，不做认真分析，找出问题所在，抓住主要矛盾，而是凭经验、凭感觉采取了盲目更换或增加用电设备的方法。虽然使问题有了一定程度的改善，却增加了运行成本，进一步浪费了大量的电能。例如：热网水力失调，不去调网，却增加循环水泵台数或更换大泵。4、运行管理不善及错误的认识造成的电能浪费还有一些其它原因，如对水处理设备的作用认识不够或运行管理不到位，造成水循环阻力增加等，都对电能造成了浪费。另外，如错误地认为电费只占供热成本的一小部分，不用计较等等。由以上的情况可知，供热系统的节电潜力是非常大的，必须引起充分的重视。热力站作为供热系统中的一个中枢环节，供热管网是连接热源与热用户的热量分配、调节的重要环节，必须从它们的设计、施工、运行管理以及技术改造等方面进行全方位分析、研究，找出主要矛盾，从而采取综合措施，达到最大程度的节约电能。一、供热节电首先从设计入手（一）采暖热指标合理选定是节电的基础采暖热指标是城镇供热规划设计与建筑供热设计中一个重要的经济技术评价和控制指标，是确定集中供热系统热源规模的主要依据，一般多用面积热指标表示，即单位时间内对单位建筑面积的供热量。热指标的大小直接影响着供热系统的运行效益，如热指标偏大，会使设备和管网的容量偏大，增大了建设投资，增加了运行成本，从而降低集中供热系统的经济性；如热指标偏小，将难以满足用户的使用要求，达不到供热效果，影响社会效益。在集中供热系统的运行管理中，热指标又是各种量化控制的基础。当热指标偏大时，设备的运行处于低负荷比的状态，热效率和管网输送效率会大大降低，设备的供热能力不能充分发挥，特别对于蒸汽供热管网能源利用效率更低，不利于节能。因此对于已有的集中供热系统，合理确定其采暖热指标可充分挖掘已有设备和管网的供热能力，在不增加热源和扩建管网的基础上，达到扩大供热面积的效果。目前我国建筑节能发展正处在第三阶段，即建筑总节能要求达到65%，同时要求2020年建筑能耗达到发达国家20世纪末的水平。而当前的各类采暖居住建筑既有节能标准为30%的，也有节能标准为50%的，而新建采暖居住建筑执行的是建筑节能65%的标准。同时，城市居民生活水平的不断提高，对所居住房屋的装修也使得建筑物的采暖热指标发生了很大变化，建筑节能状况纷乱复杂。因此，在设计中采用以往设计规范中给定的采暖热指标是不合理的。这需要供热行业的设计人员和工程技术人员通过维护结构测试法和采暖系统测试法，结合供热计量技术对采暖建筑热指标重新进行核算，为不同类型建筑确定合理的采暖热指标。（二）热力站循环水泵正确的选型和安装是节电的当务之急在水泵的选型与安装上，目前普遍存在着一些不合理的地方，许多时候不依照水力计算，而是死套所谓的规定，并层层加码或参照别人的设计、以前的设计，甚至在错误的理论指导下确定泵的型号。因此，在水泵的问题上存在大量的电能浪费。主要问题有：1、泵扬程偏高、与实际需要相差太大循环水泵扬程过高既造成了电能浪费，有时还使泵在超流量工况下工作，使电机过载，不得不在关小水泵出口阀门的状况下工作，进一步造成了电能的浪费，可以使电耗超过实际需要的三倍以上。如某一种水泵流量为100m3/h，当扬程H=12.5m时，水泵功率N=5.5kW；扬程H=20m时，N=11kW；扬程H=32m时，N=15kW；扬程H=42m时，N=22kW。造成水泵扬程偏高的原因一般有两种：（1）错误地把楼房高度加在循环水泵的扬程中这是错误认识造成的。一些人错误地把采暖系统的楼房高度，作为选择循环水泵扬程的依据。他们把循环水泵的作用和补水定压泵的作用混到了一起，不知道循环水泵的扬程只是用来克服采暖系统的循环阻力，而补水定压泵的扬程是维持采暖系统所需静水压强。循环水泵的扬程不应负担楼房的高度。那些把热力站的循环水泵扬程定为32m甚至40m的就是这种情况。（2）设计人员的保守心理和习惯的后果这是设计人员不良的设计习惯造成。一般的设计人员都存在着保守的心理，认为所选的设备各方面的参数大一些总比小了好，这样不会出问题。而很少去考虑怎样做才能更经济、更实用，怎样做才能使自己的设计水平有所提高，怎样做才能使这方面的技术更进步、更先进。而且有的人一直墨守成规，或不加思索、不加研究和鉴别地去参考别人的设计，或随着大多数状况走，这样可不动脑，可少犯错误。这样在选择设备时就会死搬规程，或层层加码，最后再乘以一个安全系数，使所选水泵的扬程超过实际很多。不但造成了大量的能源浪费，而且往往给运行带来很大困难。若不关小出口阀门，电机就会超载，同时关小的阀门又增加了系统的阻力。（3）循环水泵出口取消止回阀在给排水系统中，给水泵或排水泵出口设止回阀是必要的。因为这些系统都是开式系统，都是把水由低处往高处送，或者把水从低压处送往高压处。停泵时如果没有止回阀，则水会倒流。而供热系统是一个闭式系统，循环水泵的作用是克服网路的循环阻力，使水在网路中循环。当水泵停止工作时，水泵两侧的压强相等，不会作反向流动。因此安装止回阀只会增加网路的阻力（经实际检测安装止回阀可增加1~3mH2O），无谓的消耗电能，没有任何作用。因此，换热站的循环水泵出口都可不设止回阀。但间供系统的补水定压泵和直供混水系统的混水泵，同补水系统与给水系统一样，出口应设止回阀。另外，建议对于多台水泵并联运行的无人值守热力站，建议泵出口暂时保留止回阀，以保证当某台水泵因突发故障而停止工作时能够及时关闭隔离，防止因发现不及时，导致站内长时间形成小循环而影响供热效果。（4）改多台水泵并联运行为单台水泵运行许多设计者都习惯为热力站选择二开一备、三开一备，甚至多开一备的方式。形成这种习惯的主要原因是：许多人错误地认为，水泵并联后的流量就是各泵铭牌流量之和。而实际情况是并联后的流量一定小于铭牌流量之和，因为，水泵的流量取决于并联特性曲线与管网特性曲线的交点。由循环水泵的并联工况可知，单台泵运行效率要高于多台泵并联运行。并联会造成电能的巨大浪费。合理的设计是在每种工况下都是单台泵运行。（5）水泵变频器合理的选型、安装是节电的重要手段自20世纪80年代被引进中国以来，变频器作为在节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。目前，随着大规模集成电路和微电子技术的发展，变频器技术已经发展为一项成熟的交流调速技术。变频调速器作为该技术的主要应用产品经过几代技术更新，已经日趋完善，用在热力站水泵调速控制系统中具有软启动功能，操作方便，减少了对电网的污染，节约能源。变频器在换热站中的节能应用变频器主要由五部分组成：整流回路、逆变器、控制电路、制动组件和保护回路。变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比关系，通过改变电动机的工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交—直—交电源变换技术，集电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。异步电动机的转速N与电源频率F、转差率S、电机极对数P这3个参数有关，即：N=60F（1-S）/P变频调速是通过改变电源频率F来调节电动机转速的。可看出N与F之间为线性关系，转速调节范围宽，不存在励磁滑差和阀门节流作用等带来的功率损失，达到节能目的。传统的流量调节通过改变阀门或挡板开度来实现。这种情况下，电机总是处于全速运行状态，但实际上机组负荷需要不断调整。因此，这种方法存在严重的节流损耗、对于泵，由流体动力学理论可知，流体流量与泵的转速一次方成正比，由公式：Q=Q0N/N0其中：Q0，N分别表示流量和转速。泵的转矩与转速一次方成正比，而其功率P则与转速三次方成正比，即：P=P0（N/N0）3上述各式中脚0均表示额定工况参数。转速减小时，电机的能耗将以三次方的速率下降，因此变频调速的效果非常显著。变频调速技术分析及水泵的节能控制在变频器的使用中，由于对变频器的选型及使用不当，往往会引起变频器不能正常运行甚至引发设备故障，造成不必要的经济损失。变频器的选型应满足以下几个条件：电压等级与控制电动机相符；额定电流为控制电动机额定电流的1.1~1.5倍；根据被控设备的负载特性选择变频器的类型。更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：

1．概述天津市热电公司集中供热热水管网(以下简称热水网)以天津市第一热电厂为热源，一级网管网总长度66．4公里，总供热面积达308万平米。热水网供热型式为间连供热，共有间供的热力站：322个。主干线可分为水网南干线及水网北干线，管网拓扑结构平面图如下图所示：图1天津热电公司管网拓扑结构平面示意图多年的实际运行调节表明，该热水网的特性如下：1)热力站数量多，一次网调节难度大虽然热水网总供热面积约300万平米，并不算多，但热力站总个数即达300多个，平均每个热力站供热面积不到1万平米，如此众多数量的热力站在国内极为罕见。这种热水网中热力站对应的建筑个数较少，二次网调节难度低，但在一次网中，由于热力站数目众多，热网大惯性、大耦合、稳定性差等特点，加之某些热力站体制和管理上存在的问题，使得一次网调节难度很大，技术含量要求高，管理也较为困难。2)管网脉络分明，供热区域清晰整个热水网可分为南干线、北干线两条主干线，以及电厂出口区域、北干线区域和五大道区域三大区域。管网脉络分明，供热区域清晰。3) 主要管道管径较粗，阻力消耗小热水网中，主要管道管径均较粗，与之相应管道阻力消耗也较小。如在五大道区域内，除DN300管道外，主干线、枝干线的管道比摩阻一般在10pa／m以内，这就使得五大道区域内除重庆道外的各热力站的资用压头相差不大，供热效果接近。2．问题的提出2．1运行中的失调现象追求热力工况稳定，既不发生水平失调，也不出现垂直失调，使得各供热房间室温均匀一致，是供热系统运行调节的重要目标。由于热水网热力站数量极多，且其中公建热力站占绝大多数，公建热力站运行年限较长，设备大部分老化，管理也相对困难，这给运行调节也带来了很大的难度，催生了“大温差、小流量”的运行方式，使得热水网实际运行工况严重偏离设计工况。》 设计工况为：一次网设计供回水温差为30℃，设计流量4300T／H；》 实际运行[况为：实际一次网供回水温差均未超过20℃，严寒期热水总流量为6000T／H左右。近几年来，热电公司热水管网的运行方式一直是“大流量、小温差”的运行模式，热源厂热网循环水泵(二用一备)二台泵满负荷运行，热水总流量约6000T／H左右，运行工况严重偏离设计工况，水力工况严重失调，供回水温差在最大热负荷下也未超过22℃，按以往运行经验，二大供热区域中，电厂出口区域供热效果最好，其次为北干线区域，最差为五大道区域，五大道区域内最差为重庆道区域(由于马连道瓶颈的影响，如图1所示)。流量比在1．2以上的热力站一般分布在电厂出口区域，流量比在1．0—1．2之间的热力站一般分布在北干线区域，流量比在0．8以下的一般分布在五大道区域。出现这种现象的最主要原因是热网运行调节不到位，没有完全建立管网的温差和压差，近端回水温度高、温差小而过热，远端回水温度低、温差大而较冷。大流量的运行方式，并不能从根本上消除系统的水平失调问题，即各用户热量分配不匀的问题并没有解决。根据管网实际运行数据，热水网实际运行中管网水平失调度为21．4％(调节较好的管网在8％一15％左右，采用自动监控系统的管网在1％一5％左右)，水平失调较为严重。2.2“大流量小温差”的危害“大流量小温差”这种运行方式的本质是通过增大管网流量的方法，来减小近端换热器的散热能力和增加远端换热器的散热能力，从某种程度上能够缓解热力工况的失调，但它有很大的局限性，如相应的能耗很大，系统流量增大得越多能耗越多。在大流量的运行方式下，系统运行调节存在如下一些缺点：1)平米耗电量大大流量运行方式是通过增大系统流量实现的，泵轴功率和水泵的流量成三次方关系，流量每增加25％，泵耗即增大一倍，因此大流量运行方式是以电能的极大消耗为代价的，导致供热系统平米耗电量大；2)平米耗热量大由于无法无限制的增大流量，因此通过大流量的运行方式往往还不足以消除用户冷热不均的现象，系统中仍有冷点存在。此时，往往需要提高系统的供水温度，来增加末端用户的平均室温，从而改善供热效果，这是以热能的消耗为代价的，导致供热系统平米耗热量大；3) 降低了系统的可调性流量越大，将使得系统调节性能越差，末端热用户难以达到要求的理想流量，这是因为系统要求的输送能力超过了循环水泵所能提供的最大扬程。一级管网在“大流量、小温差”工况下运行，造成大网水力工况失调严重，用户冷热不均现象非常明显，各个热力站换热设备不能按额定参数运行，使得二级管网更加偏离设计工况，造成恶性循环。因此提高热水管网经济性，提高管网的输配能力，提高供热质量，节能降耗，同时为满足热水管网供热负荷的发展需求，该热水管网运行工况的改变迫在眉睫。3．解决问题的方法大流量是一种落后的运行方式，应在运行调节中不断摸索经验，逐渐改变落后的运行工况，建立管网运行的温差和压差，接近设计工况，促进供热系统设计和运行的良性循环。我公司于2006年采暖季进行了大规模的全网调节工作，由于管网自动监控系统尚未在热水网完全建立，目前调节仍然主要依靠人工调节。因此在调节工作中的技术分析和管理工作显得尤为重要。3．1运行的理论指导我公司首先通过反复的水力计算，得到各热力站的设计流量及资用压头，并测量我公司主要采用的流量调节阀门的特性曲线，由此计算得出了各站阀门指导开度如下图所示：依据此计算结果，在热水网中，采用定流量调节方法的阀门可设定流量值，采用定压差调节方法的阀门可设定压力值，采用流量调节阀的热力站可通过调节阀门开度实现热力站的初步调节。实际运行中，由于及管网主线、枝干线及其它相关阀门开度的影响，以及计算中各热网元件的阻力特性偏差，会与指导值有些出入，仍需细调。3．2．实施办法如前所述，完成300个热力站的调节工作较为繁复，实施办法是否可行也是调节工作能否正常推进的关键。本次调节实施办法如下：1)分阶段、有计划的进行调节重要分为三个阶段，试验阶段、初调阶段和细调阶段。试验阶段在2005年采暖期末进行，主要目的是对热水网进行了实验性的运行方式的改变和管网特性研究工作。在通过前期的管网、用户大量试验性工作的前提下，电厂关闭一台循环泵，流量从6000吨每时下降到4800吨每时，当时，北线的滨江道支线末端、河北路支线末端、新华路末端供回无压差南线的津汇支线末端、五大道末端基本没压差，这些没压差的站当时供水温度较正常温度少5、8度。根据这次试验，我们基本把握了热水网的主要特性。初调阶段在2006年采暖初寒期进行，按照流量分配比例的原则进行。我们对掌握的300个换热站及管网状况的数据进行认真分析，确定了改变运行方式的努力方向，重新计算并确定了所有300余个换热站及南北干线所需流量的配比，并把所有用户分为三类，一类为过热站为93个，作为首批调整换热站，二类温度适中的82个换热站为观察站，作为第二批调整换热站，其余为第三类换热站。每次调节都按过热一适中～不热的三类换热站顺序进行，尽可能的降低了系统耦合特性的影响，从而使得调节朝着正确的方向进行。细调阶段，通过试验阶段和初调阶段后，整个热水网网络的流量工况基本建立，而细调的工作主要针对耗热量较大、换热效率较低等原因造成的特殊类热力站进行。主要原则为依据各热力站的温差进行调节。2)科学的理论指导、多种试验工况并行在整个调试阶段，每次调节均采集了大量的数据，并根据这些数据进行分析、比较，以确定下～次调节的方案，如此使得每次的调整方案均详细周到，调节手段以及调整方法有科学依据。同时在调试方案中还准备了南干线不同情况下采取环网运行、枝状管网运行的两套运行方式，北干线枝状管网运行的运行方式以及每一个支、干线阀门的启闭状态，均有明确的、详细的调整目标。3)准备工作完备，使得调节得以顺利的整体推进在今年的调试中，我们采取了抓住典型，对重点户进行重点分析，消除缺陷，扫除调整障碍。例如金皇大厦DN200的一次流量调节阀，以前从来没有调整过，原因为调整竿的阀帽由于长时间没动锈死，阀帽又粗，得用至少需要800以上的管钳子才内能卡住阀帽，别说检修班，就是外委队伍也没有如此大的工具，且阀门为国产阀门没配有专用调整工具，致使该站供回水温差最高只有5～6度，今年夏季，我们克服种种困难，把阀门修好又自制了专用调整扳子，经过对该站的多达5次的调整，使得该站的一次供回水温度达到25度以上，原先全开25圈的阀门调整到5．5圈，并帮其查出该站以前由于过流掩盖的高低区流量分配不均等问题，说服其在高低区加装调节阀，得到用户的理解和认可，还对吉利、海司航保部等5个站的流量调节阀进行检修。早在今年夏季我们除了对换热站设备进行改造外，还对管网存在的问题进行消缺，如对南通里、港建里、l_二次网进行改造；对崇仁里、南通里等片进行分户系统改造，消除了户内、二次网隐患，收到及好的效果，拆改了因暖气管年久结垢造成部分户内暖气多年不热的现象，回收了暖气前欠的绝大部分热费，避免了用一次大流量掩盖二次存在的缺陷。3．3．全年运行结果2005年采暖季和2006年采暖季供回水温度变化曲线如图所示：图42005年采暖季和2006年采暖季供回水温度变化曲线从图中可以看出，2006采暖季我们通过将热水管网流量控制在5000T／H以下，在相同热负荷的情况下，提高一级网供回水温差将近5℃。通过近一个采暖季的运行，运行效果大大好于往年。1、管网出力原能达到6000T／H，经过调整下降到5000T／H，使管网留有对外供热1000T／H裕量，为今后发展负荷提供了技术支持。2、在5000T／H流量运行工况下，管网供回压差增大，使末端资用压头增高，管网趋于良性循环。3、由于今年的成功调整，拉大了一次供回温差，使得换热器换热效率提高了，能充分发挥其能效。4、由于管网调整到5000T／H，电厂供水压力下降O．1MPa，管网泄漏点明显减少，使得管网安全运行可靠性提高。4．结论和建议与前几年采暖季运行参数比较，05—06采暖季我们将热水管网流量控制在5000T／H以下，在相同热负荷的情况下，提高一级网供水温度，供回水温差增加了5℃。通过近一个采暖季的运行，运行效果大大好于往年，具体表现在：1)水力工况失调现象大大缓解。2)冷热不均现象经过供热前期的反复调整，几乎没有出现。3)供热效果好于往年，反映不热的电话大幅度下降。可以看出在趋于“小流量、大温差”的参数下运行，该大型热水管网水力工况更加趋于平衡，供热质量大量提高，同时具有很大的负荷发展潜力。今后我们将对该管网进一步进行调整，在供热负荷增加的同时进一步加大供回水温差使之接近于设计温差，深入挖掘供热潜力，进一步提高管网输配能力，进一步提高管网平衡度，使得该大型热水管网运行模式更加合理规范，更加节能降耗。参考文献：(1)贺平、孙刚、供热工程(M)。中国建筑工业出版社，1993年。(2]E．Я．索柯洛夫．热化与热力网【M】。北京：机械工业出版社，1988