三管制在枝状热水供热管网改造中的应用

刘瑞峰，崔洪波，郝世杰

(1.鸡西市特种设备协会 黑龙江 鸡西 158100;2.沈阳浑南热力有限责任公司 沈阳 110179;3.哈尔滨工业大学 哈尔滨 150006)

随着热用户的增加，热源容量需要增加，热网也要随之满足新用户入网的需要。近年来城市扩张，热网不满足供热要求的情况越来越多，很多急需进行热网改造，枝状热水供热管网目前应用还是非常普遍。本文针对管网制式对比了两管制改造方案和三管制改造方案在可靠性和经济性方面的差异，所谓三管制改造方案简单说就是将原有的供、回水干线作为三关制热网供热系统的两根回水干管(或供水干管)，另外增设管径大于原有管径的供水干管(或回水干管)。算例为简单的五用户枝状管网，经过可靠性指标及事故水力工况、材料特性系数比较后得出三管制方案既满足了扩建需要，又实现了管网的输送备用，大大提高了管网的可靠性，是一种既经济又可靠的枝状热水管网改造方案。

1 三管制设计思路

图1为两供一回的三管制供热系统的原理图［1］。其中管线Ⅰ、Ⅱ为供水干管，管线Ⅲ为回水干管。正常工况下，阀门4、7、7’、7’’关闭。

当回水干管Ⅲ上如A点发生故障时，关闭回水干管阀门3、供水干管阀门2、用户支线阀门6、6’、6’’以及 8、8’、8’’，打开阀门 4、7、7’、7’’，原来的供水干管Ⅱ变成回水干管，干管Ⅰ仍作为供水干管，系统成为一供一回制。

当故障管段发生在供水干管Ⅰ(Ⅱ)上时，只需关闭干管阀门1(2)和用户支线阀门5、5’、5’’、(6、6’、6’’)，阀门 7、7’、7’’仍处于关闭状态，保留一根供水干管，热网变成一供一回式系统。

对于一根供水干管和两根回水干管的情况与此类似。

图1 两供一回三管制系统示意图

2 算例分析

根据上述思想，以图2所示的算例管网为例，分析三管制在供热改造中的应用。管网原设计热负荷150 MW，每个换热站的热负荷为30 MW，供、回水温度130℃/70℃，水力计算见表1。

2.1 双管制改造方案

为了满足扩建的需要，管网新增负荷150 MW，每个换热站新增30 MW，若管网的管径不变，原管网在扩建后负荷下运行，干线阻力损失和为78.15 mH2O，个别管段摩阻过大，造成管网压力过高，若仍采用双管制则要适当增大管径，水力计算的结果见表2。

图2 枝状管网平面示意图

表1 原枝状算例热网的水力计算表

表2 枝状算例扩建后热网的水力计算表

续表2 枝状算例扩建后热网的水力计算表

总热负荷增加到300 MW的双管扩建方案热网的可靠性采用功能质量热指标［1－2］评价。若热网在为哈尔滨，供热时间为179 d，即0.49 a。设阀门的故障流参数ωfa=0.002/a，管道的故障流参数 ωgl=0.05(km·a)［3］，则枝状管网的可靠性指标计算见表3。

热网系统的可靠性指标:

供热系统的可靠性水平［2］:由街区锅炉房和区域热力站组成的供热系统应取不低于0.85，由热电厂组成的供热系统应不低于0.90。所以热源若为热电厂则系统需采取结构备用的方案。

表3 枝状管网可靠性计算表

2.2 三管制改造方案

采用三管制方案其水力计算结果见表4。

表4 三管制方案热网水力计算表

从表4可以看出，管网干线的阻力损失降低，有利于管网稳定运行。循环水泵恰好不需要增设。

当事故管段发生在回水干管Ⅲ上以及当一根供水干管发生故障时，计算事故工况限额供热水力工况，计算表明管网干管的压降后者要远远小于前者，见表5及表6。(限额流量系数φ=0.5时当室外温度为－40℃时，(对于典型建筑)故障允许修复时间可达 33 h［1］。)

表5 回水干管故障时的限额供热工况水力计算表

表6 供水干管故障时的限额供热工况水力计算表

总热负荷增加到300 MW的三管制扩建方案热网的可靠性功能质量热指标评价可靠性以图1为例，与双管制不同，此处管段故障将转入限额供热不造成事故;阀门1、2、3、4故障造成全部用户停止供热;5号阀门故障时第一根供水干管关断转为一供一回限额供热工况，相应用户停止供热;6号和7号阀门故障时第二根供水干管关断转为一供一回限额供热工况，相应用户停止供热;8号阀门故障时回水干管关断转为第一根供水干管供水第二根供水干管变回水干管的限额供热工况，相应用户被关断，则三管制可靠性计算如下。

表7 三管制可靠性计算表

三管制热网的可靠性指标:

可见三管制方案可靠性非常高。

3 方案管网投资概算

3.1 双管制扩建方案

(1)不考虑原有旧管道的回收利用。

(2)考虑旧管道回收利用。

3.2 三管制扩建方案

可见三管制管材消耗量小于双管制扩建方案管材消耗量。

4 结论

文中以五个用户的枝状管网扩建为例，阐述三管制热网的应用。随着热负荷加倍，管网需要扩建，以管网材料特性系数评价各种方案管材耗费量，得出三管制扩建方案能充分利用原有管网，扩建管材耗费量最少，经济效益最佳。用可靠性理论评价了双管制和三管制改造方案的可靠性，得出以热电厂为热源时，双管制改造方案不满足可靠性要求，而三管制改造方案输送备用能力满足可靠性要求，可靠性高。

［1］王 威.基于可靠性的热网结构及输送备用能力的研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学.2009.

［2］A.A.约宁.《供热学》.北京:中国建筑工业出版社.1986.

［3］哈长鞠.复杂管网的分段和限额供热系数的研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学.2008.