利用水力计算校核热源供热能力实例探讨

雷佳莉 陈卓 杨玉鹏

摘  要：以某园区供热厂供热现状为基础，在已知供热管网各段管径及负荷的情况下，根据供热行业标准和规范，进行水力计算，计算阻力损失，校核热源厂供热能力是否能够满足近年热负荷发展的需求，对无法达到供热需求的用户提出解决方案，给该区域供热管网建设发展提供一定的参考。

关键词：水力计算;枝状网;沿程阻力;供热能力

中图分类号：TU832    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）09-0000-00

0 前言

供暖属于民生保障行业，随着某园区用户对生活质量要求的不断提高，对供暖的质量和要求也越来越严格，因此，供热管网的发展越来越受到各方的关注。园区经济的不断发展，导致园区内热用户不断增加，现状管网已与规划初期管网布置出现了较大的差异，在对现状管网的进行部分改造和扩建过程中，供热管网的水力计算是实现高质量的管网设计、运行调度以及供暖保障的必要条件。

本文根据现行标准及规范，对现状供热管网整体分析和考虑，为近年负荷增加后管网的建设发展提供参考[1]。

1 供热概况

某供热厂现有58MW燃气热水锅炉2台，29MW燃气热水锅炉2台，总供热能力174MW，供热厂现有热网循环泵3台（两用一备运行），每台额定流量900t/h，扬程50m。

供热厂现状供热负荷约72MW，供热管网枝状分布，主管线总长度约6.km（单程），管径DN250-DN800不等。

供热厂未来发展负荷共计约170.5MW，供热管网枝状分布，在现状管网主干线不改变的基础上进行改建，增加分支;管网主干线总长约6.5km（主管单程），管径DN250-DN800不等[2]。

2 采暖负荷

根据行业标准《城镇供热管网设计规范》（CJJ34-2010）相关数据根据供热面积及综合热负荷指标，计算用户采暖热负荷。

Qh=qhAc·10-3

其中，Qh为采暖热负荷，kW;qh为采暖热指标，W/m2;Ac为采暖建筑物的建筑面积，m2。

经计算，供热厂现状采暖负荷为71.4MW，近发展负荷共计170.5MW。

计算负荷见表1和表2。

3 水力计算

3.1 水力计算的主要任务

本次水力计算的主要任务是按已知的热媒流量和管道直径，计算管道的沿程阻力损失，根据管网水力计算结果，校核管网循环水泵的流量及扬程，为负荷增加后管网的建设提供参考[3]。

3.2 水力计算基本原理

当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其管壁间的摩擦，产生损失能量;当流体流过管道的一些附件（如阀门、弯头、大小头、三通、散热器等）时，由于流动方向或流速的改变，产生局部旋涡或撞击，产生损失能量;前者称为沿程阻力损失，后者称为局部阻力损失[1]。

在实际工程设计中，水力计算一般采用“当量局部阻力法”或“当量长度法”进行。

本次采用“当量长度法”进行水力计算。水力计算的基本公式，可表示为

ΔP=（1+α）R·L×10-3 （kPa）

式中：R-管道比摩阻，Pa/m;L-管段平面长度，m;α-局部与沿程阻力比0.3。

3.3 管网流量计算

根据《城镇供热管网设计规范》，计算热网管网流量，公式如下：

其中 Gn-采暖热负荷设计流量，t/h;Qn-采暖热负荷，kw;c-水的比热容KJ/㎏·℃;t1，t2-设计供、回水温度，℃。

3.4 水力计算参数

本次水力计算的基本参数见表3。

3.5水力计算结果分析

3.5.1现状供热负荷下水力计算分析

供热厂现状供热负荷约71.4MW，共计用户13供热厂干线总循环水量1228.1t/h，最大管径DN800;最不利管网长度6350m;管网当量长度：8255m。管网最不利点为13#用户换热站。至该换热站管网供水管压力降115.6KPa;管网回水管压力降：115.6KPa，供回程总压降231.2Kpa。

具体水力计算，详见表4。

按照设计供回水温度60℃计算，从供热厂至最远13#用户换热站处的最不利环路的阻力为231.2KPa，即管网阻力约23.12m;考虑用户端换热站内阻力15m，总阻力位38.12m。供热厂循环水泵扬程50m（供热厂内阻力10m），总阻力48.12m（<50m）;循环泵单台额定流量900t/h，数量3台，2用1备，额定流量1800t/h，总流量1023.4t/h（<1800t/h），所以供热厂内循环泵系统能够满足现状热负荷下的供热需求。

3.5.2近年发展负荷下水力计算分析

供热厂近年供热负荷约170.5MW，共计用户19个，供热厂干线总循环水量2932.6t/h，最大管径DN800;最不利管网长度6350m;管网当量长度：8255m。管网最不利点为14#用户换热站。至该换热站管网供水管压力降197.8Kpa;管网回水管压力降：197.8Kpa，供回程总压力将395.6Kpa。

具体水力计算，详见表5。

按照设计供回水温度60℃计算，从供热厂至最远15#用户换热站处的最不利环路的阻力为356.9KPa，即管网阻力约35.7m;考虑用户端换热站内阻力15m，总阻力位50.7m。供热厂循环水泵扬程50m（供热厂内阻力15m），总阻力65.7m（>50m）;循环泵单台额定流量900t/h，数量3台，2用1备，额定总流量2700t/h，总流量2443.9t/h（<2700t/h），所以供热厂内循环泵系统扬程无法满足现状热负荷下的供热需求。

供热厂现状循环泵扬程50m，厂内阻力按15m计算，末端换热站内阻力按15m计算，水泵富裕压头为25m，根据水力计算结果，供回程阻力允许在125Kpa以下，该循环泵系统最远可供至8#用户，之后用户供热效果不佳。

3.5.3近年发展负荷情况下水力不足解决方案

由于园区附近无调峰热源，且园区内规划调峰热源近3年内无法保证实施，为保证后端用户用热需求，本文提出在各用户换热站一次侧设置加压泵的方案（图1二级泵系统）。

所谓二级泵系统，是在各换热站的一次侧管道加装水泵，以满足本站流量及克服耦合管至本站的管网阻力，热源侧循环泵不再克服全程阻力损失。

二级泵运行方案的优点在于：一是根据本换热站的热负荷变频调节，改善一次水分配不平衡的问题，二是在大网循环泵故障时，本换热站可以继续运行，保障供暖。

根据水力计算的结果，计算各站二级泵参数如表6所示。

4 结语

本文以某供热厂现状供热管网为基础，针对现状负荷与近年发展负荷两种情况，根据行业规范进行了水力计算，并对发展负荷下水力不足的情况给出了二级泵系统的解决方案，为管网后期改造及发展提供了参考依据，对实际供热有指导意义。

参考文献

[1]贺平，孙刚，王飞，等.供热工程一第4版[M].中国建筑工业出版社，2009.

[2][2] 陈真，余聪.供热项目改造中水力计算及管径确定方法[J].山西建筑，2018（9）：125-126.

[3] 動力管道设计手册编写组.动力管道设计手册（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2020.

收稿日期：2020-08-27

作者简介：雷佳莉（1986—），女，河北衡水人，硕士研究生，工程师，从事能源动力工程设计工作。