区域供热系统管网热损耗测试分析

■ 梅文琦 MEI Wenqi

0 引言

区域供热系统是指以蒸汽或热水为介质，从集中热源经供热管网向某一地区的用户供应生活和生产用热，是我国城市（尤其是北方城市）能源建设的一项基础设施。由于该系统需通过供热管网向位于数百米甚至数公里之外的用户输送热量，因此，对于管道保温工艺的要求十分严格，稍有疏忽就会造成巨大的能源浪费[1-3]。

本文将以上海地区某大型商务圈区域供热系统作为研究对象，通过一系列测试技术手段，对其管网系统在供热工况下产生的热损失进行分析研究，从而为上海地区采用区域供热系统的管网热损耗提供了数据参考。

1 项目概况

上海地区某大型商务圈区域供热系统位于虹桥地区，设计冬季热水供水温度为110℃，回水温度为60℃，工作压力为0.8MPa，设计压力为1.0MPa。供热系统小口径管道采用无缝钢管，大口径管道采用螺旋缝埋弧焊钢管，管道均敷设在管沟中。

2 供热系统管网热损耗测试分析

对区域供热系统在冬季工况下的管网热损耗进行测试分析，主要是对各管段水流量、供/回水管进出口水温度分别进行运行性能测试，并计算各被测管段的累计输送热量及管网热损耗。

2.1 测试设备

供热系统运行性能测试参数主要包括各管段水流量及供回水管进出口水温度（管壁温度），本案例采用超声波流量计和温度记录仪作为相关参数的测试设备（表1）。

2.2 测试原理

本系统中，测试设备进行数据记录的时间间隔为1min，累计测试时间按每天8:00～22:00计，共5d，总计70h。测试数据包括被各测管段在t时刻测得供/回水管进口温度、在△t时刻（根据被测管段相同流速下计算得到的时刻）同管段出口温度及管道内水的质量流量。根据这些数值，利用积分方法计算并分析各管段对应的热损失，主要内容包括管网系统累计供热量、各管段累计热损耗、单位管长热损耗、累计热损失率。

表1 供热系统运行性能测试设备表

2.2.1 管网系统累计供热量

计算公式为：

式中，Q—被测管网系统在测试时间内的累计供热量（kJ）；

c—水的定压比热容，c ＝4.2×103J/(kg℃)；

m—被测管网在某一时刻下的质量流量(kg/s)；

△T—管网系统在某一时刻下的供/回水管段出口水温温差（℃）。

2.2.2 各管段累计热损耗

计算公式为：

式中，Q ' —被测管段在测试时间内的热损失总量(kJ)；

c —水的定压比热容，c=4.2×103J/(kg℃)；

m — 被测管网在某一时刻下的质量流量(kg/s)；

△T—被测管段在某一时刻下的进出口水温温差(℃ )。

2.2.3 单位管长热损耗

计算公式为：

QL= Q ' / L

式中，QL—被测管段在测试时间内的单位管长热损耗(kJ/m)；

Q ' —被测管段在测试时间内的热损失总量(kJ)；

L—被测管段管长(m)。

2.2.4 累计热损失率

η= Q ' /Q

式中，η—被测管段累计热损失率(%)；

Q ' —被测管段在测试时间内的热损失总量(kJ)；

Q—被测管网系统在测试时间内的累计供热量(kJ)。

2.3 管网系统热损耗测试分析

被测管网系统由一个能源站承担3栋大楼用户的冬季热负荷，其系统简图如图1所示，各管段设计管径与管长见表2。

通过测试，分别对被测管网系统的供/回水管段的累计热损耗、单位管长热损耗、累计热损失率进行计算分析，结果见表3～9。

3 结语

供热管网的热损失影响因素主要集中在保温结构上，因此，对于集中供热管网系统来说，做好管道保温是减少热媒在输送过程中的热量损失、节约能源及提高供热系统日常运行安全性和经济性的关键；其次，施工工艺及日常管理也对提高系统热输送效率起着至关重要的作用。

图1 管网系统简图

表2 各管段设计管径与管长

表3 各管段累计热损耗检测结果（供水管）

表4 各管段累计热损耗检测结果（回水管）

表5 各管段累计单位管长热损耗检测结果（供水管）

表6 各管段累计单位管长热损耗检测结果（回水管）

表7 各管段累计热损失率检测结果（供水管）

表8 各管段累计热损失率检测结果（回水管）

表9 管网系统累计输送热量及热损耗检测结果

通过此次现场检测发现，该区域供热系统管网存在热损耗现象，测试期间日均总热损失率均在5%以内。在今后的系统运行中，建议：①检查管网系统中各管道与支吊架处的连接是否采用了绝热型管座，并在管道和钢制管夹管座间衬垫绝热材料；②管网系统运行过程中，加强日常巡查，做好管网系统运行记录，如发现管道铝皮保护层或玻璃棉保温层出现破损现象，应及时进行修复；③定期对管网系统监测仪表进行计量，确保各仪器仪表的测量精度能够满足运行要求。