建筑工程供热管网水力失调问题探析

2021-12-06长治市城镇热力有限公司

门窗 2021年4期

王轶长治市城镇热力有限公司

1 前言

随着城市化水平的不断提高，我国大部分地区的建筑都分布了供热管网，但是有时一些供热管网运行时会出现水力失调等问题，进而导致供热问题存在不安全、不稳定的隐患。为了给住户提供更加优质完备的服务，最大限度地避免这种问题的发生，使得管网的运行更加安全和可靠，应针对水力失调的类型和原因制定有效的解决对策。

2 供热管网水力平衡失调问题探析

在目前形势下，城市供热网络具有以下两种形势。一种是一次水进行直接供热，另一种是二次水间接供热。从热源角度讲，分为锅炉高温热水，还包括电厂蒸汽这样的形式。在以往城市发展过程中，供热都是以二次水间接供热为主，但也存在部分利用一次水直接供热。对于一次蒸汽直接供热而言，进行一次水供热，结构十分简单，同时投入较低低廉。但受安全性以及使用效率等多种因素影响，存在着较多的问题，最终不得不面临着淘汰的局面。

2.1 设计不当

设计部门在进行管网设计时，通常需要确定管道的直径、规格及调节设备。此外，如果管道的大小和种类与应有的要求不相同，或者在测量运算时不够详尽、准确，都可能会导致发生水失调的概率加大。每个管道所需要运用的材料及材料的质量也会直接会影响供热效率。另外，很多供热管网在设计时忽略了配备调节装置，导致运行时无法准确快速调节流量，在一定程度上引发了水力失调问题。

2.2 施工不当

施工阶段对整个管网之后的运行十分重要，管网的供热运行同施工质量、效率紧密相连。所以，施工人员应严格按照供热管道的设计图纸进行施工。如果施工单位没有针对施工技术进行交底，或者没有严格管理施工人员，可能无法及时发现并解决施工中出现的问题，不可避免给供热管网的运行留下安全隐患。

2.3 运行及维护不当

一旦供热管网开始运行，那么诱发水力失调的原因将变得更加多样。例如，建筑内用户的数量发生了变化，增加或减少散热设备……这就需要相关部门在正式运行管网之前，对供热管网进行精确调试，保证管道内的流量符合标准，能满足住户对供热的需求。此外，在长期使用某一供热管网之后，还应对供热管网经常进行检修维护，定期更换已经老化的管道，提升管网的性能，否则仍会引发水力失调问题。

3 供热管网水力失调应对措施

3.1 使用比例控制调节

如果在并联的管路中，热水量始终根据一个固定的比例流动。那么如果总流量在30%的范围内变化时，热水在管内的比例也将继续保持，不发生改变。此法是利用2台便携式超声波流量计，或可测得流量的阀门（如平衡阀新型入口装置）及步话机（用于调节时人员之间的联系）来完成的。但是，该调节方法需要操作人员具有较高的职业素质，而且初期投入较大。

3.2 使用温差控制调节

该种方法的原理是进行初次调节。首先需要在引入口插入一个压力计，从而确保整个系统可以维持一定的热稳，同时让管网内供水的温度始终维持在60℃以上。如果温度没有再发生变化，就可以把这个系统看作一个稳定的系统。运行方式是先调节规模大、温差大的住户。进行第一部分调节后，待系统稳定后，再记录温差以及入口处的压力和温度，从而完成第二部分的调节，如此重复步骤。

3.3 CCR法

CCR法分为3个步骤：采集数据，使用计算机计算，在现场进行调整。这个方法首先需要精确地按照阻力分析和计算，调整出一个属于全系统的新方法。这个方法的基本思路是先测量出各个管段之间的阻力，再依照原先要求的支路流量，计算出每一个调节阀所需要的开度，最终根据最后的结果把每个都换到最初计算的开度上，使得整个系统达到应有的流量。这个方法可以减少成本。

3.4 综合在一起进行调节

通常，这种方法可以分为两种具体的操作模式：一种是使用动态平衡阀；另一种结合简易快速和温度调节两种方法。这个方法与现在经常使用的调节方法有所不同。综合调节法需要投入的资金比较少，操作较为简单，对目前讨论的水力平衡问题有一定的参考作用，符合我国的国情。

3.5 保持动态平衡

经常使用的阀门可以分为两种不同的类型：自力式压差控制阀和流量控制阀。流量控制阀管控的是管道内热水的流量，这样做能确保管道内的流量维持稳定状态。所以，使用该种控制阀的关键点在于根据供热系统的总循环量和每个建筑之间的热负荷，确定一个固定的热水量。

每当这个阀门前面和后面的压差加大时，可以通过阀门自动关小，确保管道内的流量没有增大；当每个阀门前后的压差减小时，阀门则自动开大。此类方法操作简单、便于运行，这种阀门可以在确定流量的系统中运用，但是变化流量的系统中一般不会使用这种阀门。

此外，压差控制阀管控的是管道里面的压差，该种控制阀可以使管内的水压差始终保持在原本预期的压差值左右，这种控制阀适用于变流量系统，调试较为简单，但是工作人员必须精确运算出系统内的压降。

3.6 调节装置

当前常用在热网中的热力平衡装置分别为平衡阀、普通截止阀和装设孔板。其中，平衡阀需要人工手动调节压力，仪器无法自行跟随系统的变化而自行调节阻力，所以被称为静态平衡阀。平衡阀管控的是管道里面的阻力，在平衡好每个管网系统内的阻力后，起到每个环路之间的阻力一致的作用。因为平衡阀安装费用较高，且需要人工调节，故一般很少采用这种装置。

3.7 水力平衡技术的应用

水力平衡调节主要是根据系统的水力状况对流量的分配进行调节，由于流量输配受沿程阻力的影响导致流量不均衡，我们通常采取水力平衡技术来解决。水力平衡技术往往被运用于某一区域的供热总网当中，使用过程中要完善专用调控设备的安装，在安装这一设备之后能够有效解决供热管网中存在的水力平衡问题。

现阶段常用到的调控阀主要是电动调节阀，其主要是通过接收自动化控制系统所产生的信号，来驱动阀门改变阀座和阀芯间的截面积大小，从而达到控制管道介质温度、压力、流量等工艺参数的目的，进而实现自动化调节功能。在进行电动调节阀选择过程中，需要对设计公称压力、公称直径、流量系数、介质允许温度范围等参数给予综合考虑。同时，如果要求保证流量和开启高度呈现出正比例关系时，则需要选择专用调节阀，其中最常见的有蝶阀和球阀，其均能够达到预期的调节效果。

3.8 供热管网分层管控技术的应用

第一层管理也就是热力站管理，在进行调控的过程中由管理人员进行数据信息的收集和监控，同时，及时发现其中的异常数据，并进行相应数据的传输。此外，通过运用调控中心的计算机系统还能实现针对数据的收集和处理，从而根据实际需求来进行数据相关命令的发布，以此来保证按照热量需求进行分配，这样就大大提高了供热的效率和资源运用的有效性。

第二层管理的核心主要为监控分站，使用监控分站来实现对下属区域中各个热力站的实际运行状况的监督和管理。最后一层是中控室，主要运用流程在于：首先由下位机来实现控制指令的接收，控制指令主要通过监控分站的转发到达下位机，这种运行方式能有效提高下位机的运行安全性，在使用的过程中满足热量调控的目标。在下位机中主要运用到的调控方式为PLC控制器，这一控制器的主要功能在于进行信号测量、完成控制操作和进行预警。

3.9 城市供热系统智能化控制分析

3.9.1 预警水锤现象

在密闭管路系统当中，受流体流量变化，会产生一定的压力波，进而导致振动情况，这种现象称之为水锤。由于是在一定时间内造成的，因此将会具有较大的破坏性。在这段时间当中，管道流量变化，将造成管道压强和冲击，造成管道出现破裂，还会出现管线瘪塌这样的情况。

在供热系统中，主要是以智能化监管系统为主，不仅能够实时监测管道内流量，针对预警水锤情况还能采取相关对策。对于停泵导致的水锤现象来讲，所谓停泵水锤，具体而言，是指发生突然断电，或者是相关原因造成的水泵停止运行。在水泵以及压力管道中，水流速发生变化，进而造成压力升降水力冲击情况。如果出现停泵水锤这样的情况，在水泵压水管路中，拥有较大的起伏，还会出现断流水锤。换言之，管路最高处中会出现负压，如果压强值低于饱和压力，将会发生汽化，进而形成汽腔，使连续水流出现中断现象。

另外，在供热系统运行过程中，管段处流量出现较大变化时，在通信网络下，数据能够被及时反馈到监控中心。在这个过程中，监控中心会向控制点发出指令，并进行报警处理。当控制点接收到相关指令以后，及时将管道气门开启，这样才能将管道当中的空气及时排出，并减少增压泵转速，进而降低系统流量实际压力。当抢险人员到达现场以后，针对不能进行有效预警处理的水锤现象，将会依据原预案，对解决措施进行深入性研究。

3.9.2 供热智能化监管系统应用要点

对于供热智能化监管系统而言，能够实时监测供热管网当中的数据参数，还能对供热过程中的潜在问题进行预判，进而对问题进行及时地反馈，在真正意义上给予供热质量提供保障，降低人力物力等不必要的浪费，确保供热系统处于稳定状态。

另外，有效运用智能化系统，能够打破传统供热系统人力，进而确保智能化实现经济节约。作为操作人员，应给予一定的技术培养，确保在供热系统中，能够有效调整换热站以及热源，进而对城市供热系统进行控制。不仅能够减少投资成本，还能提升运行效率。