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【分享】| 室外供热管网工程设计的优化研究

日期: 2019-02-26
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摘要

室外供热管网的设计水平,必须在热用户供热质量达标的前提下,通过投入资金多少、热能输送过程中的能量损失大小、运行稳定性高低以及热网分汇点水力平衡效果好坏等标准来衡量。本文主要研究室外供热管网工程设计的优化策略。


为了体现集中供热的优越性,确保在规划设计范围内的热用户供热质量全部达标,还应当确定集中供热的热源最大经济供热半径。因此,在热网规划设计中,必须采取科学有效的办法,解决技术和经济上的问题。


优化热网的供热管经济管径和经济保温层

热能输送过程中能量损失的重要指标是压力损失和散热损失,而这两种损失取决于热网的供热管经济管径(也就是经济比摩阻下的管径)和经济保温层。在热能输送过程中,如果保温材料体积不变,要减少压力损失,供热管管径必须加大,资金投入自然增加;如果供热管管径不变,要减少散热损失,保温层厚度必须增加,资金投入也自然增加。因此,热网供热管管径和保温层厚度的选择与热能输送过程中的能量损失和热网资金投入是密不可分的,不可割裂开来,独立选择,必须在热网规划设计中合理优化参数,科学确定供热管经济管径和经济保温层。


优化热网水力运行稳定性和热网分汇点水力平衡标准

热用户供热质量标准是一个范围,要想使热用户完全不改变其热能需求量是难以做到的,热用户改变热能需要量影响其他热用户越小,热网水力运行稳定性就越高,即实际工况偏离设计工况的程度越小。热网中载热体有很多供和回的分汇点,为了确保热用户供热质量标准,必须考虑热网分汇点水力平衡情况。在热网设计中,每个分汇点都需要作水力平衡计算,反复调整管径,保证热网在运行过程中满足热用户供热质量标准。按照《城镇供热管网设计规范》的要求,热网分汇点水力差应小于25%,但设计的标准能使热网分汇点水力平衡达到最大的理想化,效果会更好。因此,必须在热网规划设计中合理确定水力运行稳定性和分汇点水力平衡标准,尽量避免热网水力运行失调。


如果热网中的供热管统一选择经济管径,管网的输送成本就会明显减小,但忽视了热网的水力运行稳定性和热网分汇点的水力平衡,就会使得水力运行稳定性变差,并且不能按热用户的需求量供热,这种热网水力运行失调状态是不符合热网技术要求的。辩证地对水力进行分析,要想使热网运行的水力运行稳定性好,就要相对地提高进入热用户供热管的压降或相对地降低热网干管的压降,也就是相对地减小进入热用户供热管的管径或相对地增大热网干管的管径。因此,热网水力运行稳定性问题可以在进入热用户的管段上解决,那么,热网的分汇点水力平衡工作也应放在进入热用户的管段上,正好两项工作互相兼容、互相兼顾,一并操作完成,最终符合热力网设计的技术标准。解决水力运行稳定性和分汇点水力平衡与选择供热管经济管径和经济保温层的矛盾,是设计热网过程中的突出问题,但是,为了更大地突出选择经济管径和经济保温层的诸多优点,必须着重考虑热力网设计的技术标准。


热网的合理设计必须考虑各种相互制约的因素,综合分析比较,既要考虑管网的输送成本最小,又要考虑热网水力运行稳定性和热网分汇点水力平衡,达到最佳效果。因此,在进入热用户的管段上,可选择两种不同管径的供热管和其相匹配的保温层厚度,实现分汇点水力平衡,如果载热体限定流速,也可以选择一种管径的供热管和其相匹配的保温层厚度,另外加上调压板,实现分汇点水力平衡;在进入热用户管段以外的管段上,必须按优化选择经济管径和经济保温层来设计。实践证明,采用上述热网设计,热网的热能输送成本最小化,水力运行稳定性较好,热网分汇点的水力平衡也得以兼顾,并且能基本满足热用户的供热需求量,水力运行符合热网技术要求。


优化热源的最大经济供热半径

理论和多年的实践证明,集中供热与分散供热相比,热能利用率高,经济性较好,供给热用户相同的热能成本明显降低。但是集中供热的优越性也局限于一个范围,这个范围就是集中供热热源最大经济供热半径,超出了热源最大经济供热半径,集中供热的优越性也就体现不出来了。所以,在规划设计时,应当确定热源的最大经济供热半径,以便在集中供热工程中,考虑是否应剔除那些在最大经济供热半径以外的用户。


优化热网规划设计的计算步骤

在热网规划设计中,要做到技术性与经济性的完美结合,必须统一考虑、综合分析,在坚持热能输送成本最小的原则下,满足热网水力运行稳定性和热网分汇点水力平衡的技术要求。


热网规划设计的计算步骤如下: 

(1)在载热体参数和热量已确定的情况下,对管网的输送成本进行经济分析,合理优化参数计算,确定出不同流量下热网供热管经济管径和经济保温层。 按要求计算出集中供热网热源的最大经济供热半径。


(2)在热网供热管的管径已确定情况下,合理计算出用以进行水力平衡的经济保温层厚度。


(3)科学确定热源输出以满足热用户供热质量全部达标。


(4)确认热网供热管的管段和热源间压差最大热用户,除此之外的热用户,把最大压差用户的压力作为基准,选择二个管径和长度各异的供热管并与之相配的经济保温层厚度,如果较小管径的供热管载热体超出了限定流速,则可选较大管径的供热管加上调压板,实现分汇点水力平衡。


(5)按照设计进行安装,安装完毕后,还应当进行系统水压试验与调试,验收合格才能正式投入使用。


文章来源:热力知识分享


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