控制供热管网水力失调提高供热效能的措施

姚旭光

摘要：简要阐述城市供热管网系统水力失调的产生原因及采取的控制措施

供热系统是由热源、管网、用户组成的一个复杂系统。供热管网在运行中普遍存在水力失调的问题，造成近端过热、远端过冷的状况。这不但降低了供热系统的效率，而且恶化了供热质量，使得供热系统能耗和运行费用大幅度增加。采取技术措施实现供热管网的水力平衡，消除供热管网水力失调运行工况，对提高管网的经济性、安全性和可靠性，改善供热质量，节约能源具有重要作用。解决水力平衡失调问题是节能及提高供热品质的首要问题

由于供热管网系统的高度非线性和耦合度，对于区域热网的水利失调问题的解决比较困难。很多热网建成后就存在问题，进行一次或多次改造后，往往问题刚解决，新问题又来了，即使非常有经验的专家，对一些老大难问题也难以解决。水力平衡技术的应用是改善供热系统现状和促进节能改造的有效途径，它投资少、见效快，具有显著的经济与社会效益。

水力失调产生的原因

一、水力失调的根本原因：是由于在该运行状态下热网特性不能在用户需要的流量下实现各用户环路的阻力相等。室外管网一般都是异程系统，各个环路的阻力不同。最不利环路的路程最长，阻力最大，管网流量不足；而路程越短的环路其阻力也就越小，其中阻力最小的环路，流量超额数倍的很常见。如果不采取有效的措施，准确地匹配各个环路的阻力差，水力失调是不可避免的。

二、设计导致的失调：室外管网系统进行设计时，通常所遵循的原则是满足最不利点所必需的资用压头。这样就会使其他管段的自用压头有不同程度的富裕量。在自然状态下来分配给各个管段流量，同时，为系统扩容预留余量，不能以最不利环路的阻力匹配其它环路的阻力，只能尽量减少各个环路的阻力，而这样做的结果只能使有利环路更加有利，不利环路仍然不利，必然产生了水力失调。

三、改造导致的失调：由于供暖规模的迅速扩大，系统中的水力失调越来越明显。在热网需要扩大供热范围和供热负荷时，需要对热网进行必要的扩建和改造，网路流量重新分配，破坏了原有的平衡状态，这也是水力失调的重要原因。

解决水力失调的途径

一、在热用户入口处增加中继泵

热网末端一些热用户不热是因循环流量不够，其实质是供回水压头不足。于是，在效果欠佳的热用户入口加装压力泵，提高热用户的压头，可以作为一种解决方法。它的特点是降低了循环水泵的能耗，对于供热半径大的热网节能效果更加显著。

采用这种方法也存在一定的缺点，如果没有实施有效的调节，这些加压水泵会存在“抢水”问题，即安装加压水泵的用户循环水流量增加了，而其前面的没有安装加压头水泵的用户的循环流量却明显减少了。有时甚至为解决局部问题，导致整体出现更多问题的现象。

二、更换大流量、高扬程循环水泵

随着热网半径的不断扩大，热网的水力失调现象将加剧。通常采用更换大流量、高扬程循环水泵的方法增大末端环路的流量，以减缓管网的水力失调状况。这种方法虽然可以缓解末端用户不热的问题，但会带来近端用户过热的问题。而且由于小温差运行，热量浪费严重，运行成本很高。

三、用附加阻力消除用户剩余的资用压头

在系统设计时，热网各个用户的环路的阻力实现完全的平衡是很难做到的，为了消除剩余压头，可以采用附加阻力设备调控的方法进行解决。

1. 稳态调控设备

稳态调控设备也可称为定阻力设备，包括节流孔板、普通阀门、平衡阀等。它们共同的特点是：通过人工调节设定其开度，匹配各个环路的阻力，消除剩余压头，以实现水力平衡。其中，节流孔板的阻力设定后无法调节而且调节精度不高；普通阀门经常应用是闸阀、截止阀。这两种阀门的调节性均较差，做不到线性调节，如闸阀当开度达到50%后，其流量基本就不再随开度而增大了。因此虽然普通阀门的阻力可以调节，却没有定量的手段，所以它们基本无法满足使用要求。

平衡阀与普通阀门构造不同之处在于阀芯形状不同、有开度指示、开度锁定装置及测压小阀。在管网平衡调试时，可以通过专用智能仪表，显示流经阀门的流量值。由于其设计构造上的特点，平衡阀具有较好的直线型流量特性，可以通过手动调节来匹配管网系统中各个环路的阻力，使系统实现水力平衡，但它的调试比较繁琐，管网系统越大，调试也越困难；当管网系统扩容后，其阻力特性改变，又需重新进行调试；平衡阀的调节效果因人而异，其系统稳定性较差。

平衡阀也是一种定量的调节装置，只能在管网系统压差稳定的前提下才能做到流量平衡调节。如遇压差变化或负荷增减时，全系统又需要重新做流量平衡调节，这种阀不能进行动态下的平衡，

2.动态调控设备：

动态调控设备也可称为自力式变阻力设备，主要包括自力式流量控制阀、自力式压差控制阀等。

自力式流量控制阀和自力式压差控制阀与上述稳态调控调节方式不同，它的作用不是保证流量分配比例，而是保证该阀门所负责的支路上流量（压差）保持不变。因此当供热网增加新用户后，原有支路的流量受到影响后它可以自动调节来适应这种变化，从而保持该支路的流量不变，原有支路的自力式流量（压差）控制阀不需要重新进行调整。它们能够根据阀门前后压差的变化自动调节阀门的阻力，保持流量或压差的恒定，流量或压差还可以随时设定调整。变阻力设备适用于动态系统中克服动态失调，也可用于稳态系统克服稳态失调

自力式流量调节阀是一种利用管道系统自身具有的压差，作用在自动调节的阀瓣上，不需要外加动力，即可以自动消除系统剩余压头，确保流量恒定的功能。它的调试只需根据设计流量值，使用专用工具旋转流量设定调节阀，调至流量刻度线与设计流量值相同即可，一经设定后，不受管道系统压差变化或负荷增减的影响，可以始终保持热网流量的恒定。

自力式压差控制阀与自力式流量控制阀的调节原理基本相似。在各个支路上或热力入口处安装自力式压差控制阀，调整该压差控制阀的设定旋钮，使其压差指示值达到设计资用压头的要求。由于有时管路实际压力值与设计值的差异较大差异，造成实际流量达不到设计流量，从而造成冷热不均匀。因此，自力式流量控制阀与自力式压差控制阀相比调节更加准确。

自力式流量控制阀具有自动控制流量恒定和自动消除供热系统剩余压头的特性，因此可在复杂的供热系统中，实现一次设定后便保持供热介质流量恒定不变的效果。即使在供热介质压力或热用户用热情况频繁变化时，也能恒定供热介质流量，从而解决了供热系统水力失调问题。

实践证明，安装使用自力式流量控制阀是实现运行动态调节、降低运行成本、节约能源的有效措施。◆