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PLC企業(yè)資訊
    供熱管網(wǎng)水力平衡計(jì)算及分析
    發(fā)布者:mlk1888  發(fā)布時(shí)間:2011-09-08 14:17:49
    1 問題的提出
      中南建筑設(shè)計(jì)院西區(qū)(生活區(qū))集中低溫?zé)崴膳到y(tǒng)于1991年完成設(shè)計(jì)及施工,并于當(dāng)年年底投入運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行至今已有十年,大大改善了我院職工的生活條件。但該熱水采暖系統(tǒng)自運(yùn)行之初起,就存在著熱力失衡問題。后隨著用戶的增加,管網(wǎng)作用半徑的增大,隨著燃煤蒸汽鍋爐、汽-水換熱器、熱水循環(huán)泵運(yùn)行效率的降低,也隨著采暖系統(tǒng)閥件及沿程管道性能的弱化,采暖系統(tǒng)運(yùn)行效率降低,熱力失衡問題越來(lái)越嚴(yán)重,具體表現(xiàn)在管網(wǎng)末端用戶的采暖效果越來(lái)越差。為配合我院沿街開發(fā)的形勢(shì),院西區(qū)兩棟臨街多層住宅拆除,由于采暖用戶(以下均指單棟或單元建筑)減少采暖外網(wǎng)須相應(yīng)調(diào)整,此舉可部分程度緩解采暖系統(tǒng)效果惡化情況,但熱力管網(wǎng)水力失衡問題尚未得到解決。
      院西區(qū)采暖熱網(wǎng)布置現(xiàn)狀參見“圖一”。西區(qū)采暖面積約35000m2,冬季總采暖熱負(fù)荷為2230kw。采暖熱源為西區(qū)鍋爐房及換熱站;4t/h燃煤蒸汽鍋爐1臺(tái);螺旋板式汽-水換熱器2臺(tái);1000m3/h熱水循環(huán)泵2臺(tái),1有1備,銘牌揚(yáng)程3.2Mpa;系統(tǒng)由設(shè)在“中南海18單元”屋而后高位膨脹水箱定壓,換熱站內(nèi)設(shè)系統(tǒng)被給水泵。該采暖系統(tǒng)共分3個(gè)樹狀供回水環(huán)路。
     
    2 管網(wǎng)水力計(jì)算及平衡分析
      基于上述原因,我們對(duì)院西區(qū)采暖熱網(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算及分析,擬采取水力平衡閥等技術(shù)措施對(duì)該采暖熱網(wǎng)進(jìn)行水力平衡,以期改善西區(qū)整體采暖效果。

    2.1 計(jì)算條件
      已知條件
     。1)外網(wǎng)各環(huán)路管段管徑及沿程長(zhǎng)度,各單位采暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷及總設(shè)計(jì)熱負(fù)荷。各環(huán)路用戶采暖熱負(fù)荷說“表1”
    表一
    用戶名稱
    1~3單元
    4~7單元
    北大板
    28單元
    29單元
    幼兒園南
    幼兒園北
    單元
    單元
    單元
    熱負(fù)荷(kw)
    126.1
    126.1
    160.0
    51.0
    33.6
    44.1
    38.0
    70.7
    70.7
    78.2

    續(xù)表一
    用戶名稱
    33單元
    34單元
    35單元
    23戶
    7~10單元
    11~14單元
    中南海15~21單元
    中單
    熱負(fù)荷(kw)
    55.7
    60.9
    60.9
    155.8
    184.7
    184.7
    527.6
    115.0

     。2)各環(huán)路用戶室采暖水系統(tǒng)所需資用壓頭,由各單體采暖設(shè)計(jì)圖紙及資料獲得,參見“表四”及“表五”中“用戶所需資用壓頭”項(xiàng)。
       假定條件:
     。1)由于鍋爐及換熱器效率的降低,根據(jù)該系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)采暖供水最高溫度為80℃,最大供回水溫差15~18℃。采暖供回水溫度取80/60℃。
     。2)由于系統(tǒng)運(yùn)行多年外管內(nèi)壁粗糙度增大,外管內(nèi)壁粗糙度取K=0.5mm。

    2.2 環(huán)路外網(wǎng)摩阻計(jì)算
      1#環(huán)路負(fù)擔(dān)總熱負(fù)荷為1219kw,循環(huán)水量為52.8kg/h,其供回水總管管徑為DN125,環(huán)路外網(wǎng)摩阻計(jì)算說“表二”
    表二
    管段編號(hào)
    流量
    (t/h)
    管徑
    (mm)
    流速
    (m/s)
    單位摩阻
    (Pa/m)
    管段長(zhǎng)度
    (m)
    管段摩阻
    (Pa/m)
    累計(jì)摩阻
    (Pa/m)
    L1
    52.8
    125
    1.25
    171
    154
    26.30
    26.3
    L2
    47.3
    125
    1.11
    135
    134
    18.10
    44.4
    L3
    41.9
    125
    0.99
    107
    124
    13.30
    57.7
    L4
    31.3
    125
    0.74
    60
    10
    0.60
    58.3
    L5
    26.3
    125
    0.62
    42
    26
    1.10
    59.4
    L6
    23.3
    125
    0.55
    33
    26
    0.86
    60.3
    L7
    18.1
    100
    0.67
    66
    54
    3.56
    63.8
    L8
    13.4
    100
    0.50
    36
    20
    0.72
    64.6
    L9
    10.8
    100
    0.41
    25
    20
    0.50
    65.1
    L10
    6.5
    50
    0.96
    330
    24
    7.90
    73.0
    L11
    10.5
    65
    0.90
    157
    20
    3.14
    60.9
    L12
    9.07
    65
    0.70
    116
    20
    2.32
    63.2
    L13
    6.93
    65
    0.62
    80
    50
    4.00
    67.2

      2#環(huán)路負(fù)擔(dān)總熱負(fù)荷為897kw,循環(huán)水量為22.9kg/h,其供回水總管管徑為DN125,環(huán)路外網(wǎng)摩阻計(jì)算詳“表三”。
    表三
    管段編號(hào)
    管段流量
    (t/h)
    公稱直徑
    (mm)
    管段流速
    (m/s)
    單位摩阻
    (Pa/m)
    管段長(zhǎng)度
    (m)
    管段摩阻
    (Pa/m)
    累計(jì)摩阻
    (Pa/m)
    L14
    38.8
    125
    0.92
    92.4
    200
    18.48
    18.5
    L15
    22.9
    100
    0.85
    104.8
    50
    5.24
    23.7
    L16
    22.9
    80
    1.26
    300.4
    200
    60.0
    83.7
    L17
    15.9
    80
    0.88
    145.3
    50
    7.27
    31.0
    L18
    7.94
    80
    0.44
    36.4
    130
    4.73
    35.7

      3#環(huán)路目前僅負(fù)擔(dān)單一用戶,其設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為115kw,循環(huán)水量為4.95kg/h,其供回水總管管徑為DN100,供回水總管長(zhǎng)約80m,環(huán)路外網(wǎng)摩阻及局部阻力較小,總阻力約為5kpa。

    2.3 環(huán)路外網(wǎng)水力平衡分析及平衡措施
    2.3.1 1#環(huán)路外網(wǎng)水力平衡
      1#環(huán)路最不利用戶為“23戶”,其外網(wǎng)沿程摩阻為73.0kpa,考慮沿程局部阻力為摩阻的10%即7.3 kpa,沿程總阻力為80.3 kpa,“23戶”資用壓頭為30 kpa,因此,1#環(huán)路所需資用壓頭為110.3 kpa,,可取值為115 kpa。各用戶之入戶管徑及所需資用壓頭不等。1#環(huán)路水力平衡計(jì)算詳“表四”。從水力平衡計(jì)算表“表四”可以看出,近端用戶入戶供水管均設(shè)數(shù)字鎖定平衡閥,閥門口徑均比相應(yīng)管徑小一號(hào),同時(shí)可以看出各平衡閥的開度均較小,尚未達(dá)到開度應(yīng)在60~90%的理想范圍。最不利用戶“23戶”入口不設(shè)平衡閥。
    表四
    用戶名稱
    用戶流量
    (t/h)
    環(huán)路提供壓頭
    (kpa)
    用戶所需資用壓頭
    (kpa)
    平衡閥用壓頭
    (kpa)
    入戶管徑
    (mm)
    平衡閥閥徑
    (mm)
    平衡閥開度
    (%)
    4~6單元
    5.42
    83.7
    30
    53.7
    50
    40
    30
    1~3單元
    5.42
    65.6
    30
    35.6
    50
    40
    38
    幼兒園南
    1.90
    52.3
    20
    32.3
    40
    32
    25
    30單元
    3.04
    52.3
    25
    27.3
    50
    32
    35
    31單元
    30.4
    51.7
    25
    26.7
    50
    32
    37
    幼兒園北
    1.64
    50.6
    20
    30.6
    40
    32
    23
    32單元
    3.36
    49.7
    25
    24.7
    50
    32
    42
    18戶
    2.75
    46.2
    25
    21.2
    40
    32
    38
    33單元
    2.41
    46.2
    25
    21.2
    50
    40
    33
    34單元
    2.64
    45.4
    25
    20.4
    50
    40
    38
    35單元
    2.96
    44.9
    25
    19.9
    50
    40
    40
    23戶
    7.79
    30.0
    30
    7.0
    50
    不設(shè)閥
     
    28單元
    1.44
    49.1
    25
    24.1
    50
    32
    23
    29單元
    2.11
    46.8
    25
    21.8
    50
    32
    29
    北大板
    6.88
    42.8
    30
    12.8
    50
    40
    50

    2.3.2 2#環(huán)路外網(wǎng)水力平衡
      2#環(huán)路最不利用戶為“中南海15~21單元”,其外網(wǎng)沿程摩阻為83.7kpa,考慮沿程局部阻力為摩阻的10%即8.4 kpa,沿程總阻力為91.7 kpa,該用戶資用壓頭為30 kpa,因此,2#環(huán)路所需資和壓頭為121.7 kpa,取值為125 kpa。各用戶之入戶管徑及所需資用壓頭不等。2#環(huán)路水力平衡計(jì)算詳“表五”。從水力平衡計(jì)算表“表五”可以看出,近端用戶入戶供水管均設(shè)數(shù)字鎖定平衡閥,閥門口徑均比相應(yīng)管徑小一號(hào)。最不利用戶“中南海15~21單元”之各單元供回水管為水平同程布置,因此不設(shè)平衡閥。
    表五
    用戶名稱
    用戶流量
    (t/h)
    環(huán)路提供壓頭
    (kpa)
    用戶所需資用壓頭
    (kpa)
    平衡閥用壓頭
    (kpa)
    入戶管徑
    (mm)
    平衡閥閥徑
    (mm)
    平衡閥開度
    (%)
    7~10單元
    7.95
    83.7
    30
    90
    50
    40
    30
    11~14單元
    7.956
    65.6
    30
    85
    50
    40
    38
    中南海15~21單元
    22.9
    30
    30
    0
    DN25× 19
    DN20× 6
    不設(shè)閥
     
     
    2.3.3 3#環(huán)路外網(wǎng)水力平衡
      3#環(huán)路沿程總阻力為5 kpa,用戶資用壓頭為25 kpa,因此,3#環(huán)路所需資用壓頭為30 kpa。入戶管徑DN65,而該環(huán)路外管管徑DN100相對(duì)過大,若僅靠調(diào)整在換熱站內(nèi)該環(huán)路供回水管DN100口徑閥門開度難以達(dá)到環(huán)路所需較低的資用壓頭,因此建議在其用戶“中單公寓”之進(jìn)水干管設(shè)口徑DN40數(shù)字鎖定平衡閥,也可為將來(lái)院內(nèi)發(fā)展再增加該環(huán)路之用戶作準(zhǔn)備。具體的平衡方案是,在換熱站內(nèi)適當(dāng)關(guān)小3#環(huán)路供回水總管閥門開度使環(huán)路資用壓頭為50 kpa,用戶采用DN40數(shù)字鎖定平衡閥消耗富裕壓頭20 kpa,該平衡閥開度設(shè)定為42%。
    3 供熱管網(wǎng)改造及效果
      在2000年采暖季之前,中南院西區(qū)集中供熱管網(wǎng)已根據(jù)上述水力平衡方案進(jìn)行了改造。具體做法是:(1)對(duì)絕大多數(shù)熱用戶熱力入口處的供水干管均增設(shè)SP型數(shù)字鎖定平衡閥,并將平衡閥設(shè)定在計(jì)算所確定的開度,用戶供回水干管上原有手動(dòng)截止閥或閘閥全部滿開;(2)通過調(diào)節(jié)換熱站內(nèi)集分水器處各環(huán)路供回水管上的主閥,使1#,2#,3#環(huán)路的資用壓頭分別為115 kpa,125 kpa,50 kpa。
      2000年入冬后,院西區(qū)集中供暖系統(tǒng)投入運(yùn)行,長(zhǎng)期以來(lái)困繞我院的熱力失衡問題得到了解決。例如,1#環(huán)路原采暖效果最差的用戶“23戶”室內(nèi)采暖系統(tǒng)完全正常,該環(huán)路已實(shí)現(xiàn)熱力平衡,其水力平衡已得到體現(xiàn)。2#環(huán)路除“中南海15~16單元”個(gè)別室內(nèi)立管外,該環(huán)路也基本正常!爸心虾!备鲉卧┡到y(tǒng)為水平同程布置,系統(tǒng)投入運(yùn)行的頭幾年各單元屬正常,“15~16單元”個(gè)別室內(nèi)立管不熱的原因初步分析結(jié)果是,部分住戶近幾年裝修時(shí)對(duì)室內(nèi)系統(tǒng)改動(dòng)較大導(dǎo)致水流不暢,部分室內(nèi)立管上回水失靈無(wú)法開啟或被雜物堵塞,目前該問題正在整改中。3#環(huán)路“中單公寓”略有過熱現(xiàn)象,后經(jīng)過系統(tǒng)微調(diào)完全正常。
    4.小結(jié)
      (1)該供熱和網(wǎng)改造后的運(yùn)行效果證明上述水力平衡的計(jì)算及分析結(jié)果是正確可靠的,為今后熱網(wǎng)的平衡積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。
     。2)平衡閥是熱力管網(wǎng)平衡的有力工具,借助于平衡閥可以實(shí)現(xiàn)水力平衡的量化。
      (3)對(duì)于整個(gè)熱力管網(wǎng)而言,單體室內(nèi)采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的入戶管徑偏大的情況普遍存在,對(duì)樹狀管網(wǎng)的近端用戶尤為嚴(yán)重,值得我們?cè)诮窈蟮脑O(shè)計(jì)中注意。
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