供热管网水力平衡调节技术综述

宇航

摘 要：我国集中供热产业起步较晚，至今发展仅七十年，在设计阶段和运行管理方面仍存在许多问题，2001年前，我国城镇居民供暖大都采用单管垂直串联的系统形式，垂直失调问题严重，供热品质较差;热网调节设备不完善，系统的动态运行过程中水力热力工况分配不均，造成了大量的能源浪费情况。本文介绍了供热系统水力失调的概况及产生的原因，总结了当下设计和运行阶段失衡的诱因，对常用的调节技术进行了阐述和分析，仅供参考。

关键词：供热管网;水力平衡;调节技术

1水力失调的原因

引起供热系统水力失调的因素众多，主要总结为以下几点：（1）设计负荷失真，选型不当造成管网水力失调。为实现各回路的水力平衡，往往通过调整各回路管径等方式使各个回路的阻力尽可能相等。但由于管径具有固定规格而非连续变化，实际运行中沿程阻力、局部阻力与设计情况存在差别，使得供热系统在运行时并不能直接达到设计的状态，造成水力失调。（2）在施工过程中，由于材料供应不及时、工期延误等原因，施工队为赶工期，施工工艺无法满足设计要求和相关规范，出现偷工减料和杂物进入供热管网造成局部堵塞，甚至出现过滤器等设备阀门装反等问题。（3）在运行过程中，一些老旧小区大部分用户属于陈旧的上供下回式单管系统设计，老式系统在热网流量、热量调节方面有很大的欠缺之处，老旧管网中阀门节点普遍存在生锈现象。用户私拆、室内管线布置更改及室内散热器更换，从整体上均使管网特性产生变化。管网局部用户的变化使得流量分配与原来的情况不符，这时的管网特性需要重新分配流量来解决新产生的水力失调状况。

2供热管网水力平衡调整过程

水力平衡调节的目的在于降低水力不平衡，让管网的流量分配按照最初的设计工况进行。水力平衡调节可以按照集中调节、局部调节和个体调节分类，也可分为初调节和运行调节，两种分类方式的维度不同。对任何一个供热二次管网，水力失调产生的根本原因是各用户阻力分布不合理。因此，水力平衡调整的关键在于通过调整用户侧阻力，将管网阻力分布调整到合理状态，本文基于流体网络理论，提出一种改变用户侧阻力的水力平衡调整方法，具体实施步骤如下：（1）测量管网实际运行参数计算管段特性参数。在某一稳定工况下，测量管网的实际运行参数，包括管网中各用户的实际流量、典型节点的压力值（例如末端用户的供回水总管或水泵进出口），现场测量供回水干路管段的管径、长度及局部阻力部件（如阀门、变径、三通等）。（2）确定管网的实际水力工况。建立供热管网水力工况的数学模型，通过对实际管网各段阻力特性参数的确定计算出各用户的实际阻力特性数及管网的实际阻力分布。（3）计算管网的理想水力工况。根据用户实际情况，确定该稳定工况下用户的规定流量，根据管网水力工况的数学模型计算出各用户的理想阻力特性数及管网的理想阻力分布。（4）制定水力平衡调整方案。只要使各用户达到计算的理想阻力特性数，那么各用户就可以达到理想的流量分配。由理想阻力分布和实际阻力分布得出用户需增加的阻力特性数值，根据阀门开度与阀门阻力特性数的关系式，得出待调用户入口蝶阀所需达到的开度值，在现场调整时，一次性将待调用户入口处的蝶阀直接调至所求的理想开度，就能使各用户达到理想的阻力特性值，整个供热管网也会达到理想的阻力分布，进而达到各用户的理想流量分配。至此，整个管网达到水力平衡，调整结束。

3供热管网水力平衡调节技术

3.1传统供热管网水力调节方法

按照调节方法分类，供热管网水力调节可以分为比例调节法、阻力系数法、补偿法、回水温度调节法、计算机法、模拟阻力法、自力式调节法等，无论何种方法都需要配合阀门装置来实现。其中比例调节法、补偿调节法是传统供热管网运营中最常用的调节方法。比例调节法的原理依据是根据管网流量特性，当各用户之间并联时，用户流量按照与热源之间的距离由近及远按照各管段的阻抗值进行分配，当上游管段阻抗变化时，将引起下游用户流量分配变化，且下游各用户的流量变化比例相同。因此只需从最远端用户开始依次进行调节，并使当前调节用户的失调比例与最远端用户的失调比例相同，这样当最后一个用户调节完后所有用户将存在等比例失调，最后调节总干管阀门即可使所有用户达到水力平衡。补偿调节法同样是首先把最远端用户失调度调到一个基准值，此时引起下游用户水力失调度变化，再通过调节用户分支的平衡阀或安装在总干管的阀门使下游用户的失调度恢复到基准值，当所有用户调节完后供热管网恢复水力平衡。无论是比例调节法还是补偿调节法，都运用了管网水力特性的基本原理，從最远端用户开始由远及近依次调节各用户及各支路阻抗，最终实现水力再平衡。但是由于实际工程中管网结构复杂、热用户多、用户距离远，整个调节过程需要人工进行反复测量和调节，工作量大、调节效率低。

3.2模拟调节法

随着计算机技术的发展，可以以水力计算模型为基础，通过编程对水力调节过程进行模拟分析，计算出要实现理想工况下节点流量平衡和回路压力平衡所需的理想阻抗，从而制定调节方案。这种方法是计算机技术和传统水力调节方法的结合，省去了反复调节的过程，大大提高了调节效率。只需按照理想开度对用户阀门进行调节，即可实现理想工况下的流量分配。若系统中存在用户资用压力不足或阀门选型不合理等问题，输出的阀门开度可能会出现错误值或大于1的情况，此时应根据管段压降、管段管径、阀门阻力特性等进行具体分析，提出改进意见。

4结束语

为了提高热源效率，优化集中供热管网设计和运行水平，国内外专家学者和从业人员在热源效率测量计算、管网水力计算、水力工况分析、水力平衡调节等进行了大量的研究和探索，并取得了巨大成就。本文总结了引起水力失衡的原因，并对现有的水力调节方法作了介绍。供热系统的水力调控是一个长期且复杂的工作，不论是科研工作者还是工程人员，都必须提高对管网的认识。随着城市的发展和供热面积的扩大，管网的控制必须全方面地考虑，从设计阶段因地制宜，到运行阶段科学的调控，全周期做好管网水力工况检测和调节工作。

参考文献

[1]鞠颂.北方寒冷地区集中供热节能改造控制系统运行研究[D].沈阳建筑大学，2019.

[2]陈铁强.供热管网水力失调工况分析与回水温度平衡法测试研究[D].哈尔滨工业大学，2019.