KPF平衡阀在平衡调节中的应用

张亚忠 沙宝良 侯隆月 张海岩（大庆油田有限责任公司矿区服务事业部）

随着市场经济的发展、人们商品意识的增强，用热居民对供热质量的要求也越来越高，供热质量不达标是供热上访的主要因素。针对这一问题，在供热设施、设备检修过程中下了很大功夫，但是供热效果仍不理想。关键问题在于忽视了供热管网平衡调节，导致系统水力失调，住户冷热不均，出现供热质量不达标现象。因此，必须采取有效措施解决供热系统水力失调问题。

1 现状

物业管理三公司管理供热面积573.31×104m2，附属3座燃煤锅炉房，9座燃油（燃气）锅炉房，46座热力站。负责登峰、铁人、拥军、丰收等22个住宅小区875栋住宅楼和附属公共设施的供热服务。

1.1 调节设施

2011年初，公司外网共计287条供热环路，环路分、回水缸处主要使用闸阀、蝶阀、球阀等类型的阀门进行二网流量调节，其中蝶阀、闸阀数量占总数的76% （表1）。

外网环路上，除奔二地区使用了K PF 平衡阀外，其他地区仍以闸阀、蝶阀为主。

1.2 存在问题

在平衡调节方面主要存在以下问题：

◇闸阀、蝶阀等阀门为快开特性阀门，不具备调控功能；

表1 阀门现状统计

◇该类调节精度不足，有空回间隙，开度与流量不对应，调节范围不足；

◇环路上的流量无法计量，无法判断单个环路流量是否满足供热用户需求；

◇管网中各个环路的长度不同，循环阻力相差较大，造成流量分配不均。

鉴于上述原因，在平衡调节时，工人只能根据室内温度及经验进行反复调节，无法达到按需供热的要求。当系统存在水力失调现象时，传统的做法是增大供热管网的管径或增大循环泵的流量，采用“大流量、小温差”的供热运行方式缓解低温问题，造成能源浪费。

2 KPF平衡阀的选用

针对目前存在的问题，若要实现水力工况平衡，首先要加强外网调控手段，主要是装设孔板、平衡阀、自力式平衡阀等。由于公司采用分阶段改变流量的质调节的供热运行方式，且热力站内使用变频泵，导致系统循环流量、压力变动频繁；若使用自力式平衡阀，则每改变循环流量或系统压力波动时，都要对阀门进行调整设定，给运行管理带来很大不便，所以不宜采用。孔板平衡措施由于管网实际安装与计算工况很难相同，所以会有一定的误差。而装设具有流量标定功能的K PF 平衡阀进行管网的水力平衡调节，由于其成本低，且管网具有可调性，适合公司范围内使用。

K PF 平衡阀具有良好的流量调节特性及开度锁定记忆装置，配合使用专用智能仪表可测量单体建筑的供热流量。该阀门可实现系统平衡后、总流量增减时，各支路、各用户的流量同比例增减，同步传至每一个末端装置，可有效避免流量失衡、各个环路相互干扰造成的热量浪费。

综上所述，选择在外网安装使用K PF 平衡阀，加强调控手段，实施平衡调节。

3 KPF平衡阀的调节方法

3.1 国内现有平衡调节技术

目前国内平衡调节的主要方法有温差法、比例法和CCR 法。温差法是在用户入口安装压力表、温度计，观察热用户处供水、回水温差和热源处的总供水、回水温差的偏离程度大小，根据经验对其用户阀门进行节流。该方法调节周期时间长，需要反复进行，它适用于保温较好的管网。但此调节方法属于粗调，调节不准确。比例法是利用2台便携式超声波流量计、步话机来完成的。比例法的基本原理为：如果2条并联管路中的水流量以某比例流动（如1∶2），那么当总流量在±30%范围内变化时，它们之间的流量比仍然保持不变（1∶2）。但用比例法调节时相互间不易协调，对操作人员素质要求较高，并需要2台相同的流量计。CCR 法由数据采集、计算机计算和现场调整三部分构成。先测出被测管网的各管段阻力数S 值，再根据所要求的各支路流量计算出各调节阀相应的开度，最后根据计算结果依次将各调节阀调节到所计算的开度，使系统达到所要求的流量。此方法测量各管段实际阻力数S 值较为不易。

3.2 KPF综合调节法的研究

通过分析上诉各类调节方法的优缺点，结合公司选择使用K PF 平衡阀的现状，提出一种新的外网调节方法，此方法具有比例法和CCR 法的一些特点，因此称之为“K PF 综合调节法”。该方法是计算出每栋单体建筑的理论循环流量，通过安装K PF平衡阀，利用其专用智能仪表标定通过阀门的实际流量，调节阀门开度，使实际流量趋近于理论流量，实现水力工况平衡。

3.2.1 计算理论流量

由公式（1）和公式（2）确定各类建筑的设计热指标：

式中：qp为计划热指标；qd为设计热指标；ti为室内温度；toa为室外平均温度。

式中：Q 为计划用热量；S 为供热面积。

由公式（3）计算出单体建筑计划供热量：

式中：G 为环路理论流量；C 为水的比热容；ts为供水温度；tr为回水温度。

然后计算出运行高峰期每栋建筑的理论循环流量（在实际操作中，需根据实际供暖温度、当前室外天气条件以及单体建筑在环路中所处的位置等相关信息综合考虑理论流量）。

3.2.2 单体流量标定

单体阀门的调节，将智能仪表与要进行平衡调试的平衡阀阀体上的2个测压小阀连接，对该平衡阀作二次开度调节。由于智能仪表中已储存各型号平衡阀的性能曲线，在向仪表输入二次开度值后，仪表即能获得对应于2个开度下的流量Q1、Q2及阀门在不同开度情况下的流通系数Kv1，Kv2。随后，仪表即自行解联立方程，求出系统其他部分的流通系数Kva。之后，向仪表输入该平衡阀处要求流经的理论流量Q3，仪表即能计算出该平衡阀在系统水力平衡时的开度值（由仪表显示出圈数值）。最后将阀门调试到确定的理论阀门开度值，完成调试。按照此方式，对平衡阀进行逐个标定，即可完成外网的初调节工作。

使用K PF 综合调节法对管网进行平衡调节时有两个假设条件：对某一平衡阀做调试时，系统其他部分看作一个阻力，用相应的流通系数Kva表示；调节某一平衡阀2个任意开度过程中（并非2个极端位置），系统的阻力系数Kva保持不变，水泵扬程H 保持不变。从实际调试的结果看，最后1个单体阀门调节后，最初的阀门流量变化率为3%，以上2个假设条件对最终的结果影响不大。

3.2.3 整体调节原则

K PF 综合调节法遵循下述原则：

在站内总体调节上，采取“先外后内”的原则。即供热运行初期，首先将热力站内的循环流量调整到最大值；其次对外网环路进行平衡调节，将每一个单体建筑的循环流量调整接近至理论流量，确定阀门开度；然后根据平衡调节的实际情况，调整热力站分、回水缸处每一条环路的通过流量，确定阀门开度；最后将热力站内的循环流量降低到供热运行初期所需要的理论流量。

表2 环路流量调节统计

在外网调节上，采取“先近后远”的原则。首先利用专用智能仪表对相对于热力站较近的平衡阀进行流量标定，这样可以有效地增大中端和末端的使用流量；其次根据理论流量及实际测温情况，适当控制中端和末端的流量，使整个环路水力工况达到平衡。

由于K PF 平衡阀具备良好的等比例增长特性，系统平衡后，站内流量调整时，可保证通过外网阀门的流量等比例增长，所以在完成初调节后，只需要针对具体情况进行精细调节，无需再对其他阀门进行调整。

4 KPF平衡阀的应用

公司在2011年实施的《小区采暖计量控制研究》项目中，启用了奔二地区原有的79个K PF 平衡阀，并新安装平衡阀41个，确保所有住宅楼及公设的入户都安装有K PF 平衡阀。2012年公司又采购并安装了K PF 平衡阀224个，将各锅炉房、热力站的分、回水缸处的阀门更换为K PF 平衡阀。K PF平衡阀及专用智能仪如图1所示。

图1 KPF平衡阀及专用智能仪

在安装K PF 平衡阀后，公司应用K PF 综合调节法完成了供热管网初调节。以奔二地区西环路外网调节为例，理论流量与实际流量的对比见表2。

从表2可以看出，调节前近端流量远大于理论流量，末端流量还达不到理论流量，存在严重水力失调问题。应用K PF 平衡法进行逐步调节，当住户温度基本都达标后确定最终流量及阀门开度。但是，3-13#楼的阀门开得再大，也达不到理论流量，可判断出该楼管网存在问题，需要夏季处理。

各环路的调节也是如此，以站内安装环路调节为例，理论流量为78.87m3/h，外网单体建筑物水力平衡调节后，实测流量为89.00m3/h，经测温普遍偏高，说明该环路流量设定偏高。以理论流量为依据，当流量调节为69.50m3/h时测温比较理想，最后将该环路流量下调至标定值。

此外，奔二机厂环路上的原红光修理厂超供问题长期被因保温效果差造成的低温所掩盖，导致末端环路住宅楼低温，经过流量标定、调节后，温度达标率明显上升。还解决了西路2-7至2-14超供高温、安装环路整体高温等诸多问题。在平衡调节中应用K PF 平衡阀，不仅从根本上解决了水力失调问题，消除了冷热不均现象，而且节约了热能。

5 结论

K PF 平衡阀价格低廉，阀门可关断，密闭性好，具有良好的流量调节特性，配合使用专用智能仪表可测量环路供热流量。利用K PF 综合调节法进行外网水力工况平衡调节，解决了原来靠经验调节的不足，实现了水力工况平衡。