环形蒸汽供热管网系统设计与优化措施论述

杨金梁

摘要：本文主要分析了目前我国工业集中供热以及供热管网优化设计的发展情况，介绍了根据遗传算法优化环形蒸汽管网系统的方法。利用遗传算法进行蒸汽供热管网优化可以节省供热成本，加强生态环境保护，提高我国经济发展效率。本文将会以永荣电厂至广富工业园蓝洁公司供热管网工程为例，对环形蒸汽供热管网系统设计及优化的分析，以期为我国供热事业发展提供帮助。

关键词：工业集中供热；环形管网；蒸汽供热；设计优化策略

1环形蒸汽供热管网系统

1.1管网走向

根据现场勘查，管道走向可沿河道布置或沿园区道路布置。通过详细分析比较认为，沿铁路线布置供气管网，是最佳方案。一是可以节省投资、涉农少。二是施工、维护方便快捷。

1.2管道布置方式

目前工业集中供热的敷设方式主要有五种形式：①架空敷设；②地下管沟敷设；③地下直埋敷设；④城市综合管沟敷设；⑤工业区综合管廊敷设。五种敷设方式各有优缺点，针对不同工程的具体特点和规划部门的具体要求，通过技术经济比较，综合考虑热网的敷设方式。根据本工程周边环境、地理位置、地质条件等，本设计蒸汽管网敷设方式可采用架空、地埋相结合的敷设方式。地上敷设管道利用规划道路边缘绿化带低支架敷设，低支架敷设时，尽量沿绿化带内侧敷设，利用灌木进行遮挡；穿越主要道路时，采用直埋敷设。

1.3管道壁厚的确定

依据《火力发电厂汽水管道设计规范》（DL/T5054-2016），不论按管子外径还是内径标示的管子，取用壁厚均不得小于管子的计算壁厚。本设计根据各段管材的蒸汽参数不同，分别根据其各自设计工况进行计算，考虑壁厚最大负偏差等因素，以及管网长期安全稳定运行给予了一定的裕量，其计算结果见表1。

1.4管道保温

热力管道保温结构应考虑机械强度、外观和防水性能，由保温层和保护层两部分构成。管道保溫采用软质保温材料分层包裹（除另有说明外均为高温玻璃棉），具体厚度如表2：

地埋管道保温与相应段架空管道基本相同，地埋管道保温层取消顶部1/3圆弧。以DN300架空管道保温为例，保温结构示意图如图1所示：

2 环形蒸汽供热管网系统设计优化策略

蒸汽管网设计是一个多变量、多约束条件、耦合性强的组合优化问题，因此可以应用遗传算法在给定的管道范围内寻找满足约束条件的目标函数最小解，在实际设计优化过程中还应当考虑水蒸汽密度变化情况。首先计算水力模型、热力模型，进而对蒸汽管道进行计算。在确定优化函数、约束条件以及约束变量之后计算环形蒸汽管网的参数，然后应用遗传算法进行最优解的求解，最后得出环网优化最优解。

2.1 提出蒸汽供热管网优化设计问题

设计人员首先应当根据实际情况确定优化函数、约束变量以及决策变量。热网设计优化内容包括管道优化布线以及管径的选择。约束变量为标准管径约束、温度参数约束、压力参数约束、管段外表允许最大散热密度、流速、用户节点流量要求等。管道外表面允许最大散热密度约束如下表2所示。

2.2 环形蒸汽管网计算过程

环形蒸汽管网的计算过程包括初始流量的分配、构造管网计算基本方程组、计算蒸汽热物性参数、计算环状蒸汽供热管网水力热力四方面。

初始流量的确定是计算水力热力的一个较为重要的方面。设计人员可以根据最小平方和法进行管段流量的分配，对管段末端逆向求和来计算枝状管网末端各网段的流量。管网基本方程包括节点方程、回路方程以及管段压降方程。其中，节点方程满足基尔霍夫第一定律，回路方程满足基尔霍夫第二定律，管段压降方程则根据网络拓扑结构知识进行确立。设计人员可以根据解节点方程法计算环状蒸汽供热管网水力热力，这种计算方式相对比较简便，而且拟定简单，在现今蒸汽管网系统计算中得到了广泛应用。在进行蒸汽供热管网水力热力计算时，一定要考虑温度的变化，充分提高蒸汽管网计算的准确性，促进我国供热管网系统优化升级。

2.3 遗传算法设计优化过程

应用遗传算法进行求解时，主要步骤为确定适应度函数和约束条件，选择进化策略，产生初始种群，计算个体适应度值，对遗传群体进行计算从而产生新一代遗传种群，循环计算直到达到终止条件。应用遗传算法进行设计优化时的终止条件一般都是指定最大迭代次数。

对环形蒸汽供热管网系统设计与优化应用遗传算法进行计算有利于接近最优解，提高了搜索过程的灵活性和准确性。随着计算次数不断叠加新群体数量也不断增加，因此扩大了解的范围，方便选出最优解。应用遗传算法进行环形蒸汽供热管网系统的优化设计有助于我国节省自然能源，节能减排，进而促进我国实现生态发展。

3 总结

本文首先对我国工业集中供热以及供热管网发展情况进行了简单介绍，指出了我国常用的优化方法，然后对环形蒸汽管网计算过程以及遗传算法设计优化过程进行了说明。针对环形蒸汽供热管网系统进行优化设计可以节省我国供热资源以及供热成本，提高我国供热效率，进而推动我国科技的发展以及社会的进步。

参考文献

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[2]程惠.采用供热管网联通方式提高供热效率分析与研究[C].//第四届热电联产节能降耗新技术研讨会论文集.中电投石家庄供热有限公司，2015：267-27