智慧节能技术在热网运行管理方面的应用和实践

孙冰

摘  要：高效、经济地为用户提供合格的产品是热电企业的首要任务，热网系统作为热电企业对外提供供热服务的主要渠道，在做好保障供应、稳定供应、安全供应的同时，合理输送、减少损失、提高效益是热网管理的核心内容。智慧节能技术在热网运行管理方面的应用是通过对整个热网及用户数据的智能采集、分析、运算，以能量平衡为基础来查找热网运行中的薄弱环节，提高热网的整体输送效率。在为用户提供优质能源的同时，进一步降低损耗，节约资源，实现供、用方的“双赢”。

关键词：热力管网;智慧分析;节能降耗

中图分类号：TU995 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）05-0180-03

1 概述

高效、经济地为用户提供合格的能源产品是热电企业的首要任务，热网系统作为热电企业对外提供供热服务的主要渠道，在做好保障供应、稳定供应、安全供应的同时，合理输送、减少损失、提高效益是热网管理的核心内容。随着互联网技术的不断发展，采用新的技术手段来实施热网管理的智能化、信息化是热电企业热网管理的必然趋势。

智慧热网是要面对海量信息数据，通过分析计算，查找可能存在的问题，进一步挖掘节能的潜力。数据信息时刻都在生成，这些信息反映了整个热网系统运行的现状。在这些信息中包含了用户实际的热能需求、输送过程的损失、计量器具的误差、人为干扰的因素等，如何从数据中将这些混杂的因素加以逐一剥离，找出问题的关键来加以消除，使得热网系统更加稳定可靠、传输更为经济、高效是我们要在智慧热网中所要加以解决的问题。

2 热力输送过程中的主要损失及解决对策

目前热力输送主要是通过热力管道进行，热力在整个输送过程中能量呈逐步衰减状态。能量衰减主要是由于各种损失所造成的。随着输送距离的增加，损失也在不断的累计。主要的损失形式有：阻力损失、表面散热损失、冷凝水排放损失、表计误差损失、人为因素损失等。其中阻力损失、表面散热损失、冷凝水排放损失占了损失的大部分， 而表计误差损失、人为因素损失为偶发损失，虽然对整体而言占比不大，但是对特定点来说却是影响很大，属于需要优先处理的问题。

2.1 阻力损失

阻力损失主要由管道结构（局部阻力损失）及输送速度（沿程阻力损失）决定的。局部阻力损失在管道设计确定后就固定下来了，沿程阻力损失是随着流体运动速度而改变，速度越大，阻力越大。所以选择合理的管道结构和适合的输送速度是降低阻力损失的关键。智慧热网系统是通过计算分析整个热网中各管路段的阻力来寻找损失比例较高的管段，从而指导管理者调整用户开口位置来综合降低阻力损失。

2.2 表面散热损失

表面散热损失主要由管道表面与自然界存在温差造成的。温差越大、表面积越大热损失就越大。选择合适的保温材料，提高热阻，减少表面积是降低热损失的关键。智慧热网系统通过仿真计算各段的表面散热量与实际管损量的差别来查找出散热损失较大区段，针对性的进行加强保温降低散热损失。

2.3 冷凝水排放损失

这是一个与散热损失有关联性的热损失。随着散热量的增加，部分水蒸汽冷凝成液相，当积累到一定比例后必须要加以排放，可以从分段的散热量来换算成冷凝水量加以计算。智慧热网系统通过用户数据、散热数据来计算出冷凝水量，更加合理地设置排放点，减少冷凝水排放热损失。

2.4 表计误差损失

表计误差是必然存在的，不可避免，正负都有可能，在正常的误差范围内是允许存在的。如何来判断是否是正常误差还是超差才是我们需要关注和解决的。智慧热网系统通过将管道沿线用户作为一个连续链路来综合判断表计是否处于正常运行的参考。通过建立历史数据库，进行比对来发现可能存在的问题，进一步减少因表计损坏带来的计量失准。

2.5 人为因素损失

这部分损失最不可控，常带有突发性或隐蔽性。突发性的往往是计量系统因人为因素损坏，表现的结果为突然失去通讯信号，现场表计无计量停表，这个比较容易发现，系统也会及时发出报警，以便维保人员及时处理。对于隐蔽性的人为因素造成的计量重大偏差有时就难以在常规管理模式下在短时间里发现。因是故意所为，常常有专业人员参与，甚至通过技术手段来加以掩盖，做的比较巧妙。智慧热网系统主要是通过建立温度、压力、流量的历史数据库进行比对，同时参照该用户段管损来查找可能出现的问题用户。

3 应用实例及现实节能效果

利用仿真计算查找管网超标散热损失：

我公司目前对外供热管道共计四条主管，其中供应韩泰轮胎有限公司方向的一条口径426mm的中压管道（沿途有三家热用户，具体分布及参数如表1），通过多年数据的记录，发现整段管损比其他管网大，一直也没有找到症结所在，2018年10月份通過实施了智慧热网管理系统，通过仿真与管网的实际数据进行对比分析，从中发现了问题所在，结合后续的改进措施，使得各项损失得到有效的控制，有针对性地进行改进，使得供热更加稳定，管损持续降低，蒸汽品质有所提高，做到了用户满意，企业节能增效的双赢效果。具体如表1。

根据管网结构及尺寸，按照当地气象条件（平均气温21℃，平均风速1.5m/s），运用传热学原理（按照管内温度、保温材料热阻特性、环境温度风速等条件）分段仿真计算出各段的散热损失。具体见表2、3。

实际的出口表计与各用户的计量表计差值（质量管损，含表计误差）在4.46%左右，仿真计算管损与实际管损基本保持了一致。从管损的组成看，散热损失占86%，冷凝水（含泄漏）热损失占14%。所以重点应关注散热损失的情况。

其中从热电厂出口到韩泰公司、禾欣实业、禾欣可乐丽的总管都是426口径，但是单位长度的热损失却差距较大，其中到韩泰公司这一段总管，承担了全部的热力输送任务，管内温度也较高，在保温层相同的情况下，表面温度较高，散热量较大，比其他管段平均高出了16%，也是符合实际情况的。就需要对保温层进行加厚，进一步减少散热量。改造前具体模拟计算结果如表4。

通过选择典型段管线进行加包4cm厚度硅酸铝棉试验，并分期对前段10公里管线进行作业，表面温度明显下降，经实测，温度平均降低5℃左右，通过计算在该试验管段，每百米散热损失由原来的63305 kJ/百米·小时，降低到36371kJ/百米·小时，比原来降低了26935 kJ/百米·小时，降低率达到42.5%，整段减少热损失达到2693400kJ/h（折标煤92kg/h），整体管损下降到5.00%（减少1.016%），每年可节约标煤800吨/年（原煤1120吨/年），每年实现经济效益73万元。

在整个热网管路系统中，较为普遍的现象是出口段因蒸汽温度高，单位面积表面散热量较大，三条低压管道，一条中压管道[低压出口参数0.8MPa/300℃/中压2.5MPa/300℃），管道口径800（低）/600（低）/400（低）/300（中）mm，保温层厚度200mm]管道，也有同样情况存在。由于管道更粗，表面积更大，单位长度散热损失就更大。经模拟测算，在前段5km加包4cm厚度硅酸铝棉，将使得表面温度平均降低6℃左右。

具体分析计算如表5。每小时减少热损失5380000kJ/h，折183kgce/h，每天可节约标煤4.4吨，一年可节约标煤1600吨，经济效益可达150多万元。

4 结束语

热网的管理经历了人工抄表、无线网络联网抄表、互联网络管理，正进入到智能化管理时代，各项功能随着互联网+时代的到来而进入了一个崭新阶段。今后的智慧热网不再满足于抄表功能，更多的将关注于系统的稳定性、可靠性、合理性，高效率、低损耗地为用户提供优质服务。我们的终极目标是在提供优质服务的同时，智慧热网系统可以为每个用户提供一个量身打造的更加合理的用热方案，来进一步提高用户端用热的合理性，从而使得系统的能源利用效率更高，为社会的节能贡献出一份力量。

参考文献：

[1][美]W.M.罗森诺.传热学手册[M].科学出版社，1985.

[2]张红兵.热能工程设计手册[M].化学工业，1998.