大高差集中供热工程中旁通管定压方式的应用

孙移汉，何凯

（甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

通过某2×350MW热电厂集中供热管网工程实例，对比了在管网一侧采用补水泵定压和旁通管定压两种定压方式下的系统运行原理和最不利环路的水压图，分析总结了旁通管定压的特点，其可以降低供热系统运行时的动压曲线，升高或降低管网系统的动水压线，灵活调节管网系统的运行压力。

1 工程简介

本工程供热主热源为某公司2×350MW自备电厂首站提供的130/70℃高温热水，供热主管道自某公司自备电厂首站引出，沿途经过公路、丘陵地带，穿越铁路、国道、黄河，中途经过1号隔压站，最终到达2号隔压站，管线总长度为16448m×2。热源分别经隔压站隔压换热后向1号区域和2号区域提供120/60℃的高温热水。本工程设计工况下近期供热面积为680万m2，供热负荷为342MW；中期供热面积为800万m2，供热负荷为395MW；远期供热面积为1200万m2，供热负荷为534MW。

2 管网系统

2.1 系统路由及参数

本工程中将电厂首站引出的管网定义为零次侧管网，零次侧管网设计压力为2.5Mpa，设计温度为130/70℃的高温热水；隔压站二次侧管网定义为一次侧管网，一次侧管网设计压力为1.0Mpa，设计温度为120/60℃的热水；二次侧管网向各用热社区、单位、楼宇换热站二次侧管网，可根据不同用户采暖系统形式提供80/55℃或50/40℃的低温热水。供热管道材料统一采用Q235B钢，管径≥DN250mm的管道采用螺旋缝焊接钢管，管径＜DN250mm的管道采用无缝钢管。本工程管线敷设路由简图见下图1。

图1 管线敷设路由简图

2.2 热力网型式

供热管网将采用三级制型式，热电厂至隔压站为零次侧管网，隔压站至热力站为一次侧管网，热力站至户内供暖系统为第三级管网。零次侧热力管网及隔压站设计压力采用2.5MPa，一次侧热力管网及热力站设计压力采用1.0MPa，二次侧热力网及室内供暖系统设计压力根据具体工程确定[1-2]。供热管网型式简图见下图2。

图2 供热管网型式简图

3 管网系统水力计算

3.1 系统高程分析及静水压线的确定

本工程管网单程输送距离为16448米，管网系统最低点位于2号隔压站，其原始高程为1178米，最高点位于中途丘陵地带，其原始高程为1280米，地形高差102米，由于供热区域管网压力等级较低，因此供热主管网分别在1号区域和2号区域设置1号隔压站和2号隔压站。只要能够保证系统最高点不汽化，整个管网系统就是安全可靠的，因此附加2~5米的安全裕量，确定供热系统静水压力为1.2MPa，静水压线为120米。

3.2 水力计算

管网水力根据以下公式计算：

式中：ΔP——管段的总阻力损失，Pa；

R——每米管长的沿程损失，Pa/m；

L——管道长度，m；

Ld——局部阻力当量长度，m；

λ——管段的摩擦系数；

d——管道内径，m；

v——热媒在管内的流速，m/s；

ρ——热媒的密度，kg/m3

水力计算过程中的其他参数按以下数据取值，管网供、回水温度为130℃/70℃；管道内壁当量粗糙度K=0.5mm；主干线比摩阻小于等于30Pa/m；全线弯头共计38个，三通2个，分流三通局部阻力系数取3.0，旁流三通局部阻力系数取2.0，弯头取1.0；控制经济比摩阻不大于30Pa/m，管内介质流速不大于2.0m/s；管线末端隔压站供回水压差取10mH2O；供热首站压力损失取10mH2O。

3.3 水力计算结果

通过以上计算公式结合其他参数计算得到的水力计算结果如下表1所示。

表1 水力计算表

由以上水力计算表可以看出，零次侧管网在设计温差下，近、中、远期循环流量分别为4896m³/h、5661m³/h、7654m³/h。在近期管网运行温差40℃、中期45℃、远期60℃时，循环流量分别为7344m³/h、7548m³/h、7654m³/h，管网总阻力分别为835+100+100=1035kPa、882+100+100=1082kPa、907+100+100=1107kPa。零次侧管网最不利环路供回水管阻力损失：零次侧管网最不利环路单程长度为16448m，供回水管阻力损失为：907kPa，单位长度的平均阻力损失为25.11Pa/m。

供热首站及最末端热力站阻力损失：供热首站的阻力损失取100kPa；最末端热力站的站内阻力损失取100kPa。故总阻力损失为：H＝907＋100＋100＝1107kPa。

3.4 定压方式的选择

目前国内集中供热系统中常见的定压方式有补给水泵定压、旁通管定压、氮气定压、空气囊定压、蒸汽定压等，其中补给水泵定压是最常见的一种定压方式。本工程一次侧供热管网在正常运行时会损失一部分水量，发生故障时还会有额外的水量损失。为保证一次侧供热管网的正常运行，补充一次侧供热管网在运行过程中各种形式的失水，同时保证供热系统最高点不汽化、不倒空，最低点不超过换热设备允许的承压能力，因此需在本工程主热源（供热首站）设置一次侧供热管网补水定压系统。

3.4.1 补给水泵定压

补给水泵连续补水定压方式，定压点设在网路循环水泵的吸人端。利用压力调节阀保持定压点恒定的压力，其运行示意图见下图3。

图3 补给水泵定压示意图

图3 中压力调节阀多采用直接作用式压力调节阀。当网路加热膨胀，或网路漏水量小于补给水量以及其他原因使定压点的压力升高时，作用在调节阀膜室上的压力增大，克服重锤所产生的压力后，阀芯流动截面减少，补给水量减少，直到阀后压力等于定压点控制的压力值为止。相反过程的作用原理相同，同样可使阀孔流动截面增大，增加补给水量，以维持定压点的压力[3-4]。

补给水泵间歇补水定压方式要比连续补水定压方式少耗一些电能，设备简单。但其动水压曲线上下波动，不如连续补水方式稳定。间歇补水定压方式宜使用在系统规模不大、供水温度不高、系统漏水量较小的供热糸统中；对于系统规模较大、供水温度较高的供热系统，应采用连续补水定压方式。这两种补水定压方式，其定压点都设在网路循环水泵的吸人端。网路运行时，动水压曲线都比静水压曲线高。对大型的热水供热系统，为了适当地降低网路的运行压力和便于调节网路的压力工况，可采用定压点设在旁通管的连续补水定压方式。

3.4.2 旁通管定压

在热源的供、回水干管之间连接一根旁通管，利用补给水泵使旁通管保持符合静水压线要求的压力。利用旁通管定压点连续补水定压方式，对调节系统的运行压力具有较大的灵活性。旁通管补水定压方式同样可以采用连续和间歇两种定压方式。其运行示意图见下图4。

图4 旁通管定压示意图

3.5 本工程不同定压方式下的最不利环路水压图

本工程中将定压点设在循环水泵吸入口时，供热管网最高点绝对高程为1278m，最低点绝对高程为1178m，静水压线绝对高程为1298m，静水压线相对高程为120m，动水压线最高点绝对高程为1298+110=1408m。采用补水泵变频定压和采用旁通管定压时的水压图分别见下图5、图6。

图5 采用补水泵变频定压时的最不利环路水压图

图6 采用旁通管定压时的最不利环路水压图

上图7为本工程通过旁通管定压时的系统原理图，图7中I点为定压点，图6中j-j为静压线。当I点压力偏低时，压力讯号传至补水调节阀2，使阀门开大，增加向管网内的补水量，当I点压力偏高时补水调节阀门关小，向管网内的补水量减小。当补水调节阀2全关时，由于某种原因系统内压力不断升高（水温升高），这时从I点来的压力讯号使泄水调节阀3打开放水，使系统的压力恢复到定压点的压力，阀门3才会关上。当循环水泵停止运行时，整个管网系统压力下降，阀3全闭，阀2全开，又使整个系统维持在稳定的定压线上[5-6]。通过对比分析上述两种不同定压方式下的水压图和分析旁通管定压时的调节过程可知，通过旁通管4补水定压的方法，可以降低供热系统运行时动压曲线，同时调节旁通管4上的两个调节阀门的开度，可以使管网系统的动水压线升高或降低，对调节系统的运行压力，有较大的灵活性。采用旁通阀定压方式后管网系统工作压力为1.85MPa，管网设计压力等级为2.5MPa。

图7 本工程采用旁通管定压时的系统原理图

4 结语

（1）定压方式的不同直接关系到供热系统的运行安全，尤其在大型大高差集中供热系统中其作用更为显著，同时供热系统要保证不超压、不倒空、不汽化，因此在设计大型大高差集中供热管网系统时，选择正确的定压方式至关重要。

（2）大型集中供热工程中，一般供热管线路由较长，同时地形高差较大，热媒温度较高，采用最为常见的循环水泵入口定压的方式很难同时保证供热系统不超压、不汽化，而采用旁通管定压时，其能够降低供热系统运行时动压曲线，使管网系统的动水压线升高或降低，对调节系统的运行压力，有较大的灵活性。

（3）相比于其他定压方式，通过旁通管定压不仅可以稳定系统压力，同时还兼具了调节供热系统运行压力的功能，但在供热系统实际运行过程中，供热系统的调节应随着室外环境参数的变化而变化，因此要制定正确的调节策略来保证系统的安全可靠。