热耦合与分布式变频二级泵技术在供暖系统中的应用

赵凤海（大庆方兴油田开发有限责任公司）

热耦合与分布式变频二级泵技术在供暖系统中的应用

赵凤海（大庆方兴油田开发有限责任公司）

为了改变供暖系统大流量小温差的强制循环模式，大庆某单位管理处采用了热耦合与分布式变频二级泵技术，与传统技术相比，不同之处在于将供热系统中的集中大循环水泵分解，由原来相互关联的水动力循环系统变成独立的水循环系统，有效的解决了水力平衡问题。热耦合均压管处通过2套水动力循环系统的动态运行完成热源对热网的热能传输过程，每个分支系统为了达到供热的目的，按照需求从系统中抽取流量。从而使系统运行更加高效安全稳定。经现场对比，采取措施后可以明显节约能源。

分布式变频二级泵；热耦合；按需供热

DOI：10.3969/j.issn.2095-1493.2017.07.005

我国能源问题日益突出，建筑能耗占全体社会能耗的比重越来越大，其中供暖能耗是建筑能耗中的主要部分，也是浪费最严重的部分，供热系统的综合效率为35%～55%。对大庆某单位分散供热方式进行现场调查，并进行现场改造试验，通过改造前后对比分析，为今后供热系统进行节能改造提供参考依据。

1 采暖系统概况

大庆某单位原采暖系统包括燃煤锅炉房1座，燃气锅炉房1座，热力站6座（其中调峰锅炉房1座），3台燃煤锅炉和4台燃气锅炉，供暖服务面积42×104m2。热力系统循环泵的装机容量为1005 kW。

现场循环系统为一个强制循环系统，包括锅炉房3台并联在一起的循环泵组成的一组泵和热力站的循环泵，出水压力维持在0.7MPa，具有流量大温差小的特点。

工艺流程采用串连回路，由一次热网（锅炉房）与二级热网（热力站）的循环泵组成，在对供热进行调节时，由于一、二级管网互相影响，使热网流量调节很难达到要求。各分支管之间的水力平衡效果不好。在采暖期锅炉房如果停电，主循环泵停止运行，锅炉水循环不能维持，锅炉运行存在安全隐患（图1）。

图1 设备改造前热网流程

2 技术应用

2.1 技术原理及特点

为解决原采暖系统的问题，对原采暖系统进行改造，在热源锅炉房增设“热耦合均压管”，对热源循环泵参数及布置方式进行调整，增设热力站一次网循环泵，采用热源的二级泵系统方案和热力站的分布变频泵系统方案，可以有效地满足热源和热网的需要，改造后，热力系统循环泵总装机容量为675 kW。热源和热网可以调整其运行流量，以满足实际需要，二者之间实现了热量传递功能要求，改变了它们流量强耦合关系[1-2]。解决了原供暖系统由于一、二级管网互相影响，使热网流量调节很难达到要求这一问题。设备改造后热网流程见图2。

通过热网改造，热源循环水的运行动力依据锅炉运行情况、热源内部管网的循环水阻力运行，实现了1台锅炉对应1台泵方案。当锅炉停止工作时，其对应的循环泵也相应停止工作。

图2 改造后热网流程

二级泵系统是在锅炉房设置一次主循环泵，根据锅炉房内阻力计算扬程；一次网回水泵设置在换热站内[3]。为了满足一次网回水泵可以达到按照需求从系统中取热量的目的，PLC变频控制柜在换热站内得到应用。各换热站之间的水力平衡问题通过自动控制等措施的采用能够有效解决[4]。

变频控制应用在各换热站的二级循环水泵。根据实际情况进行调节，如供热负荷发生变化时，变频水泵改变供水流量，起到了节约热能的作用，同时也节约电能，有效解决传统供热系统热网流量调节很难达到要求的问题[5]。另外，工频状况下启动电流较高，应用变频改造后，可实现水泵软启动，水泵启动电流较低，防止烧坏设备，延长水泵使用寿命[6]。

2.2 经济效果评价

大庆某单位2009—2010年采用原采暖系统，2010—2011年采用改造后的采暖系统，为了检验改造后的采暖系统节能效果，对改造前后2个采暖期相关数据进行了对比分析。

2009—2010年、2010—2011年，供暖期均为192天。采暖期供暖面积分别为42.517×104m2、42.774×104m2，项目实施前后采暖期室外平均气温分别为-10.4、-10.1℃；采暖室外计算温度分别为-25.8、-26.1℃，采暖期室内平均温度均为20℃。采暖系统改造前后供热能源消费综合情况见表1。

表1 采暖系统改造前后供热能源消费综合情况表

采暖全年耗热量如下式计算：

式中：Qah——采暖全年耗热量，GJ/a；

N——采暖期天数，d；

Qh——采暖设计热负荷，kW；

ti、ta、to.h——分别为采暖室内、平均室外、采暖室外计算温度，℃。

式中：qh——采暖热指标，W/m2；

A——采暖建筑物的建筑面积，m2。根据采暖热指标推荐值，qh选取50W/m2。经计算得出每年可节约2 781.83 t（标煤），节能效果明显。

3 结论

通过对改造后的采暖系统进行研究及现场实际应用效果测试，可以得出以下结论：

1）分布式变频二级泵技术的应用把传统供热系统中热源和一次网的集中大循环水泵分解，形成具有各自独立的水动力循环系统的热源和热网。锅炉房一旦停电，虽然主循环泵停止运行，只要更换热站的二级泵，锅炉水循环仍能维持，大大提高了锅炉运行的安全性。由于采用变频控制，各分支管之间的水力平衡也得到了很好的解决。

2）热耦合均压管通过2套水动力循环系统的动态运行由热源向热网传输热能。每个分支系统根据实际供热情况从系统中抽取流量，满足各分支的供热目的，减少了离热源近的换热站多余的压头消耗，有效地降低供热一次系统耗电量。

3）热耦合与分布式变频二级泵技术的应用减轻了工人工作量，大大降低了供暖成本，而且系统运行更加安全稳定。

[1]鲁微伟.浅谈油田供热系统节能改造技术的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2013（7）：25.

[2]刘克让.供热系统合同能源管理项目中的节能量测量方法探讨[J].石油石化节能，2015（5）：20.

[3]石兆玉，王红霞，李德英.分布式变频供热输配系统的应用研究[J].区域供热，2005（1）：31-38.

[4]张兆侠.供热系统水力平衡技术措施在工程中的应用[J].中国建设信息供热制冷，2009（6）：62-65.

[5]张昌胜.供暖系统工艺改造项目节能效果分析[J].石油石化节能，2012（9）：20.

[6]方旭，何岳，赵武.分布变频泵、二级泵、分解泵技术在大庆庆新供热中的综合应用[J].区域供热，2013（4）：15.

2016-03-29

（编辑 贾洪来）

大庆炼化球罐

赵凤海，工程师，1990年毕业于吉林工业大学（内燃机专业），从事油田生产保障工作，E-mail：fxzhaofenghai@cnpc.com. cn，地址：黑龙江省大庆市让胡路区求实东路123号大庆方兴油田开发有限责任公司，163458。