供熱專題｜供熱系統(tǒng)一次網(wǎng)與二次網(wǎng)解析及全面的二網(wǎng)平衡與水力失調(diào)知識

心之悟|寧紅偉

熱網(wǎng)一次網(wǎng)和二次網(wǎng)是指集中供暖系統(tǒng)中的不同管網(wǎng)，它們在系統(tǒng)中的作用和運(yùn)行原理有所不同。 一次網(wǎng)是指從熱源廠來的高溫水進(jìn)入小區(qū)換熱站通過熱交換成為低溫水，再次回到熱源廠的水系統(tǒng)。它通常是指集中供暖系統(tǒng)總供熱源（供熱首站或鍋爐房）到各個供暖小區(qū)熱交換站之間的管網(wǎng)。二次網(wǎng)是指從用戶端到換熱站的低溫水與一次網(wǎng)來的水進(jìn)入換熱器進(jìn)行熱交換的水系統(tǒng)，然后通過循環(huán)泵輸送到用戶家中供暖的管網(wǎng)。 一次網(wǎng)供水設(shè)計(jì)溫度一般在130℃，散熱器采暖的二次網(wǎng)供、回水設(shè)計(jì)溫度為75℃/50℃或85℃/60℃。一次網(wǎng)的溫度和壓力比較高，為了保證熱量長距離輸送效果會保持一種高溫高壓的工作狀態(tài)，用戶室內(nèi)的采暖系統(tǒng)無法承受這種高溫高壓的工作參數(shù)，而且高的水溫更易引發(fā)燙傷等傷害事故，存在很大的安全隱患，所以供熱用一次網(wǎng)水不可直接供給用戶。在運(yùn)行原理方面，主要是通過熱源廠、一次網(wǎng)、二次網(wǎng)、換熱站、用戶等環(huán)節(jié)進(jìn)行熱量傳遞和分配。鍋爐以不變流量調(diào)節(jié)熱量方式運(yùn)行，電動調(diào)節(jié)閥或一次網(wǎng)二級泵與帶氣候補(bǔ)償?shù)臏乜仄髋浜希瑢?shí)現(xiàn)一次網(wǎng)的自動動態(tài)熱力平衡。分布式變頻與傳統(tǒng)方式的區(qū)別在于一次網(wǎng)循環(huán)靠換熱站一次網(wǎng)循環(huán)泵，而不是靠熱源廠一次網(wǎng)循環(huán)泵，這減少了熱網(wǎng)平衡的難度。 1.什么是供熱二網(wǎng)水力平衡和水力失調(diào)？供熱管網(wǎng)是一個復(fù)雜的流體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其水力平衡十分關(guān)鍵，決定著系統(tǒng)運(yùn)行效果的好壞。水力平衡不僅能節(jié)約資源、能源，還是實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，提升供熱質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。供熱管網(wǎng)通常分為一次管網(wǎng)和二次管網(wǎng)，一次管網(wǎng)聯(lián)通著熱源廠鍋爐或汽輪機(jī)與小區(qū)換熱站高溫側(cè)，運(yùn)行溫度相對較高，多數(shù)供熱企業(yè)在一次管網(wǎng)的安全運(yùn)行和輸配調(diào)節(jié)方面投入了大量資金和精力，使得管網(wǎng)設(shè)備和運(yùn)行管理水平得到很大發(fā)展和提高。二次管網(wǎng)聯(lián)通著小區(qū)換熱站低溫側(cè)和用戶室內(nèi)的暖氣設(shè)施，通常為暖氣片或者地暖，運(yùn)行溫度相對較低。但是因?yàn)橄到y(tǒng)數(shù)量龐大、情況更為敏感和復(fù)雜，在二次管網(wǎng)調(diào)節(jié)與運(yùn)行方面，水力失調(diào)問題還比較普遍且難以實(shí)現(xiàn)平衡。二次管網(wǎng)水力失調(diào)最直觀的表現(xiàn)，各個環(huán)路的流量輸配不均衡，致使各個用戶的室溫冷熱不均，距循環(huán)泵較近的室溫偏高，用戶被迫開窗散熱，大量熱能流失；距循環(huán)泵較遠(yuǎn)的用戶卻因室溫偏低經(jīng)常投訴，甚至拒交采暖費(fèi)。另外一些問題也和水力失調(diào)密切相關(guān)，例如，系統(tǒng)在大流量小溫差的工況下運(yùn)行，鍋爐或換熱器等熱源設(shè)備難以達(dá)到其額定出力，投入運(yùn)行的設(shè)備超過實(shí)際負(fù)荷的需求，水泵的工作點(diǎn)偏離高效區(qū)，能量輸配效率低，無法進(jìn)行整體調(diào)控和節(jié)能運(yùn)行，燃料和輸熱電能的消耗過高等等。如何克服水力失調(diào)，實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)的水力平衡，改善供熱質(zhì)量一直是供熱行業(yè)所面臨的問題。2.我國供熱管網(wǎng)水力平衡現(xiàn)狀我國北方城鎮(zhèn)建筑取暖面積約150億平方米，南方供暖區(qū)域有從秦嶺-淮河一線向南推移的趨勢。同時，國家對清潔取暖提出了更高要求。在此背景下，二次網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)成為集中供熱的首要工作。目前，大量供暖企業(yè)已實(shí)現(xiàn)換熱站無人值守，一次網(wǎng)水力失調(diào)得到很好的控制。但二次網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)雜，大部分企業(yè)仍在使用關(guān)斷閥門代替調(diào)節(jié)閥門。理論上講，自力式平衡閥、手動調(diào)節(jié)閥在水力計(jì)算完善，運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況不大的前提下，可以很好的解決水力平衡問題。但老舊小區(qū)原始設(shè)計(jì)資料不足，更換或加裝熱網(wǎng)平衡裝置又需要較大投資，供暖企業(yè)改造熱情不高；部分新建小區(qū)用戶私改戶內(nèi)散熱設(shè)施，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況，造成按設(shè)計(jì)工況安裝的平衡裝置失靈、閑置。綜上，通過平衡裝置解決二次網(wǎng)水力平衡問題雖有可行性，但并未大范圍推廣，而操作人員對該問題認(rèn)識不足，水力平衡工作繁瑣導(dǎo)致二次網(wǎng)水力失調(diào)問題一直困擾著供暖企業(yè)。 3.常用的二網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)的方法3.1粗調(diào)法（1）全開系統(tǒng)所有閥門，用便攜流量計(jì)測量循環(huán)泵出口總流量，調(diào)節(jié)變頻器調(diào)整系統(tǒng)總循環(huán)流量到設(shè)計(jì)流量的1.1倍。（2）以換熱站為基準(zhǔn)，由近及遠(yuǎn)，最近的支線、用戶，將其過渡流量調(diào)到設(shè)計(jì)流量的80-85%，較近的支線、用戶，過渡流量調(diào)到設(shè)計(jì)流量的85-90%，較遠(yuǎn)的支線、用戶，過渡流量調(diào)到設(shè)計(jì)流量的90-95%，最遠(yuǎn)用戶不予調(diào)節(jié)。粗調(diào)法調(diào)節(jié)速度快，可以在冷態(tài)運(yùn)行中完成大面積水力平衡調(diào)節(jié)。供暖后，再輔助以溫度調(diào)節(jié)法，能取得很好的效果。3.2回水溫度平衡法根據(jù)散熱器散熱量計(jì)算公式：Q=CGΔt，（其中Q:散熱量；C：水的比熱容，常數(shù)；G：通過散熱設(shè)備流量；Δt：供回水溫差）當(dāng)實(shí)際流量大于設(shè)計(jì)流量時，供回水溫差減小，回水溫度高于規(guī)定值，當(dāng)實(shí)際流量小于設(shè)計(jì)流量時，供回水溫差增大，回水溫度低于規(guī)定值。只要將回水溫度調(diào)節(jié)到相等，就可以達(dá)到均勻調(diào)節(jié)的目的。供暖后，員工攜測溫裝置，逐單元測回水溫度，并根據(jù)結(jié)果調(diào)節(jié)出口閥門開度，隔一段時間，系統(tǒng)再平衡后，進(jìn)行下一輪調(diào)節(jié)，直到用戶水力平衡為止。上述方法缺點(diǎn)：1、只有熱運(yùn)行后才能調(diào)節(jié)；2、每次調(diào)節(jié)后都要等一段時間，系統(tǒng)再平衡后才能進(jìn)行下一輪調(diào)節(jié)；3、對供熱半徑大的小區(qū)，近端水力失調(diào)嚴(yán)重的時候，效果不明顯。4、測溫裝置受操作影響大，但方法簡易，對人員要求不高，使用工具簡單，投資費(fèi)用低，可在整個采暖期進(jìn)行操作。3.3比例法當(dāng)用戶系統(tǒng)阻力系數(shù)一定時，系統(tǒng)上游端的調(diào)節(jié)，將引起用戶流量成比例變化。也就是說，當(dāng)用戶閥門未調(diào)節(jié)時，系統(tǒng)上游端的調(diào)節(jié)，將使用戶流量的變化遵循一致等比失調(diào)的規(guī)律。該種方法每組需要配備流量計(jì)2臺，筆記本電腦1臺，操作人員3名，對講機(jī)若干。 (1)全開系統(tǒng)所有閥門，用便攜流量計(jì)測量循環(huán)泵出口流量，調(diào)節(jié)變頻器調(diào)整系統(tǒng)總循環(huán)流量到設(shè)計(jì)流量的1.1倍。(2)利用便攜流量計(jì)測量FA,FB,FC支線流量。(3)計(jì)算各支線的水力失調(diào)度xxi=Gi/Gi’ i=1.2.3xi—— 支線序號Gi——支線中實(shí)測流量，m3/hGi’——支線中設(shè)計(jì)流量，m3/h(4)對水力失調(diào)度按從大到小排序，作為調(diào)節(jié)順序。枝狀管網(wǎng)未進(jìn)行初調(diào)節(jié)時，近端用戶的水力失調(diào)度大于1，遠(yuǎn)端用戶的水力失調(diào)度小于1，一般都從近端支線開始調(diào)節(jié)。在本例中，從A支線開始調(diào)節(jié)(5)支線內(nèi)用戶的平衡調(diào)節(jié)1）首先測量被A支線內(nèi)各用戶的流量，并計(jì)算水力失調(diào)度,以水力失調(diào)度最小的作為參考用戶。2）從調(diào)節(jié)末端用戶A1開始，調(diào)節(jié)FA1，將A1的水力失調(diào)度調(diào)節(jié)到A3水力失調(diào)度的95%。3）調(diào)節(jié)A2的平衡閥，使A2和1的水力失調(diào)度相等，在調(diào)節(jié)FA2時，保持對A1的流量監(jiān)測，但不對閥門調(diào)節(jié)。4）始終以A1為參考，按步驟（3）的方法，依次調(diào)整A3,A4的水力失調(diào)度。5）A支線內(nèi)部調(diào)節(jié)完畢后，按上述方法依次調(diào)節(jié)B,C支線。(6)支線之間的平衡調(diào)節(jié)（1）重新測量各支線流量，并以水力失調(diào)度最小的支線作為參考。（2）從末端支線開始調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)Fc，使C支線水力失調(diào)度調(diào)節(jié)到參考值的95%。（3）采用和5中一樣的方法，調(diào)節(jié)FB,FA,最終使三條支線水力失調(diào)度相同。(7)調(diào)整水泵頻率，使整個管網(wǎng)的水力失調(diào)度x=1。調(diào)節(jié)工作完成。此方法缺點(diǎn)：1.人員要求高，調(diào)節(jié)速度不快，對于熟練人員，預(yù)先做好準(zhǔn)備工作的前提下，調(diào)節(jié)10萬平的小區(qū)要2到3天。2.設(shè)備基本為進(jìn)口，昂貴，當(dāng)大范圍應(yīng)用該方案時，需要2到3組人同時工作才能在供暖前期完成。設(shè)備投資不可小視，且要考慮大量進(jìn)行測量工作時設(shè)備的探頭損壞問題。3.管道保溫需要清除，防銹漆要打磨掉，隨身攜帶的工具多，管網(wǎng)銹蝕嚴(yán)重的流量數(shù)據(jù)讀數(shù)不準(zhǔn)。4.在測量讀數(shù)時，靜態(tài)徒手操作多，嚴(yán)寒期戶外溫度低，無法長時間測。5.不適用于同程式系統(tǒng)。6.對小區(qū)管網(wǎng)實(shí)際管網(wǎng)走向情況掌握要求較高。7.流量計(jì)前后直管段無法保障的情況下測量誤差不可避免。此方法優(yōu)點(diǎn)：1.讀數(shù)直觀，調(diào)節(jié)閥門時能看到即時流量反應(yīng)，比較精確。2.冷態(tài)運(yùn)行就可以調(diào)節(jié)，供暖運(yùn)行后工作量少，節(jié)能減排效果好。3.在供熱半徑較大的情況下，比例法仍可奏效。4.水力失調(diào)的原因主要有哪些？4.1本質(zhì)原因在某運(yùn)行狀態(tài)下供熱管網(wǎng)的阻力特性不能與在用戶所需要的流量下實(shí)現(xiàn)各用戶管段的阻力相等，也就是我們通常所說的阻力不平衡。4.2客觀原因（1）供熱管網(wǎng)管道規(guī)格的離散型，加上供熱管網(wǎng)上各種設(shè)施的不規(guī)則性，使系統(tǒng)必須經(jīng)過人為調(diào)節(jié)，才能實(shí)現(xiàn)水力平衡。目前，絕大多數(shù)的用戶系統(tǒng)是單管順流式采暖系統(tǒng)，缺少必要的調(diào)節(jié)設(shè)備。在供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)時，通常所遵循的原則是，滿足最不利點(diǎn)所必需的資用壓頭，這樣就會使其他管段的資用壓頭都會有不同程度的富余量。在自然狀態(tài)下來分配各個管段流量，必然產(chǎn)生水力失調(diào)。（2）在設(shè)計(jì)合理的前提下，施工質(zhì)量控制是整個工程項(xiàng)目得以實(shí)現(xiàn)其投資效益重要環(huán)節(jié)之一，其著重表現(xiàn)在施工安裝和施工驗(yàn)收階段。由于材料供應(yīng)不及、工期延誤等緣故，施工隊(duì)伍憑經(jīng)驗(yàn)更改設(shè)計(jì)施工圖，另外，技術(shù)工藝水平的高低，也決定了施工質(zhì)量的優(yōu)劣，例如施工中發(fā)生的偷工減料及大塊雜物進(jìn)入供熱管網(wǎng)，形成局部阻塞。這些都直接影響著工程質(zhì)量的保證，造成實(shí)際施工情況和理論設(shè)計(jì)之間出現(xiàn)較大偏差，水力失衡再平常不過。（3）循環(huán)水泵選擇不當(dāng)，流量、揚(yáng)程過大或過小，都會使工作點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)，從而導(dǎo)致水力失調(diào)。（4）系統(tǒng)中用戶的增加或減少，即供熱管網(wǎng)中用戶點(diǎn)發(fā)生變化，要求各管段流量重新分配，從而導(dǎo)致水力失調(diào)。（5）系統(tǒng)中用戶用熱量的增加或減少，即用戶的流量發(fā)生變化，也要求各管段流量重新分配，導(dǎo)致水力失調(diào)。（6）管網(wǎng)腐蝕結(jié)垢，增大了管網(wǎng)阻力系數(shù)，導(dǎo)致水力失調(diào)。（7）維修不及時。管網(wǎng)附件失靈，閥門開度不能滿足要求。（8）用戶端不良操作。為一己私欲，個別熱用戶偷竊系統(tǒng)供熱用水、擅自改動室內(nèi)管線布置、擅自對室內(nèi)的散熱器加片等情況，這些都將增大管網(wǎng)的阻力系數(shù)，加大管路實(shí)際流量與理論設(shè)計(jì)流量的偏差，對供熱管網(wǎng)的水力工況產(chǎn)生很大影響。5.解決水力失調(diào)的措施及思路5.1設(shè)計(jì)方面（1）合理選擇換熱站循環(huán)水泵，盡量保證水泵運(yùn)行參數(shù)與實(shí)際外網(wǎng)的阻力相匹配。（2）樓棟供暖入口或單元支干管或住戶支管安裝電動調(diào)節(jié)閥。此方案原理為回水溫度法。1）回水管安裝自帶溫度傳感器的電動調(diào)節(jié)閥，閥門要求具備通訊功能;2）樓棟或單元供暖入口安裝電動調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)樓間或單元間水平衡;3）安裝戶端智能調(diào)節(jié)閥即解決二級網(wǎng)水平失調(diào)又垂直失調(diào)問題;4）由云平臺或控制中心統(tǒng)一設(shè)定參數(shù)，下發(fā)調(diào)節(jié)指令。（3）二網(wǎng)側(cè)在各個樓棟單元熱計(jì)量間內(nèi)安裝單元分布式循環(huán)泵結(jié)合自控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。（4）換熱站選址的時候，可以與開發(fā)商協(xié)商，在條件允許的情況下，盡量布置在小區(qū)的中心位置，保證各個支線的長度基本一致。5.2施工方面（1）在設(shè)計(jì)合理的前提下，施工質(zhì)量控制是整個工程項(xiàng)目得以實(shí)現(xiàn)其投資效益重要環(huán)節(jié)之一，其著重表現(xiàn)在施工安裝和施工驗(yàn)收階段。（2）由于材料供應(yīng)不及、工期延誤等緣故，施工隊(duì)伍憑經(jīng)驗(yàn)更改設(shè)計(jì)施工圖。（3）另外，技術(shù)工藝水平的高低，也決定了施工質(zhì)量的優(yōu)劣，例如施工中發(fā)生的偷工減料及大塊雜物進(jìn)入供熱管網(wǎng)，形成局部的阻塞。（4）供熱管網(wǎng)隨意翻身，而未設(shè)置排污、排氣等裝置。這些，都直接影響著工程質(zhì)量的保證，造成實(shí)際施工情況和理論設(shè)計(jì)之間出現(xiàn)較大偏差，水力失衡再平常不過。5.3運(yùn)行方面運(yùn)行調(diào)節(jié)過程中的水力失調(diào)現(xiàn)象,人為因素影響較大,系統(tǒng)在日常運(yùn)行中必須加強(qiáng)管理,以保證供熱質(zhì)量,并使系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。系統(tǒng)運(yùn)行過程中要嚴(yán)格按制度辦事,避免管網(wǎng)系統(tǒng)因污物堵塞、“空氣塞”、排污不及時等原因造成的水力失調(diào)。管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)立巡回檢查制度,以便及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不熱、漏水和其他不正常現(xiàn)象。 本文內(nèi)容源自公眾號“瓴熙能源經(jīng)濟(jì)”

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