基于动态水压图的供热管网运行工况分析研究

基于动态水压图的供热管网运行工况分析研究

朱铁军

(胜利油田热电联供中心,山东东营257000)

摘要：供热管网水压图是直观反映管网在运行阶段的水力工况的一种重要工具，基于计算机及网络技术在供热领域的大规模普及应用，本文提出了一种基于SCADA 数据采集系统的动态水力平衡监控的新模式，该模式通过对利用管网模型对设计水进行仿真计算的基础上，创造性地运用实时动态水压图实现对管网水力工况的及时监控，运用历史动态水压图对管网运行中的故障进行诊断,从而保证热网系统的正常运行。

关键词：水压图；水力平衡；热网监控；工况分析中图分类号：TU995

文献标识码：A

文章编号：1001-7119（2015）12-0223-03

Analysis and Research of Heat-supply Network ’s Performance Based on

Dynamic Water Pressure Diagram

Zhu Tiejun

(cogeneration Center of Shengli oil field,Dongying 257000,China)

Abstract:The water pressure diagram is an important tool in hydraulic analysis of heat supply network.Under the back⁃ground of large-scale applications of automation control system and SACADA system in the field of heat supply area,this paper designedthe method to create pipe network model for simulation calculation and create a new mode to monitor the performance of dynamic hydraulicbased on automatic data acquisition pare withtraditional pressure diagram,it⁃

realized a tool called Real-time Dynamic Pressure Diagram and its application in monitoring of the pipe network hydraulic condition,combine with another tool called Historical Dynamic Pressure Diagram todo effective analysis,so as to ensure the safe and steady operation of heating system.

Keywords:pressure diagram;hydraulic balance;SCADA;performance analysis

随着我国城市化进程的加速及房地产规模的扩张，接入管网的居民和企业用户逐年增加，许多热力公司在原有的管网系统上不断延伸管线长度，建设新的换热站，更换旧的设备,以满足更高的热负荷需求。管网的改造及复杂化，导致原有的设计水压图难以实现，给热网运行人员合理调度和故障诊断带来很大的难度，也使得系统的安全运行缺乏足够的保障。

水压图是表示供热管网中各换热站一次水侧供水、回水压力大小以及分布状况的压力曲线。在设计过程中，它是综合考虑了换热站的标高、管线长度、管道承压能力、用户最小资用压头等因素后的优化设计结果。为了防止用户系统压力过高将散热器压破或压

力过低时用户系统汽化，或倒空等事故发生，在热水网

路设计或运行时，必须分析和表示热水网路的压力分布情况，即要用水压图来对热网系统进行分析。在管网投入运行初期，同样需要根据实际运行工况绘制实际水压图以计算系统各节点压力与设计压力的偏离程度，并通过各种手段来修正、调节，最终实现设计工况。水压图作为一种直观的压力图形可以十分清楚地表示管网和换热站各点压力的大小和变化情况，是分析研究管网运行工况的有力工具。

本文提出并实现了一种基于西门子PVSS 软件平台热网SCADA 系统的动态水压图工况分析系统，包含管网水压仿真计算模型、实时动态水压图和历史动态

收稿日期：2015-04-17

作者简介：朱铁军（1977-），男，山东东营人，硕士，胜利油田热电联供中心技术首席，高级工程师，研究方向：区域供暖规划与设计、锅炉安全。

第31卷第12期2015年12月

科技通报

BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Vol.31No.12Dec.2015

第31卷

科技通报水压图功能。

1管网水压仿真计算模型设计

在使用动态水压图之前，需要知道管网在满足全网用户设计负荷的情况下各关键节点应该达到的压力数值，根据这些压力值绘制出对应的水压图，即设计水压图。在运行过程中将实际水压图与设计水压图进行对比，可以了解当前系统水力工况与设计工况之间的偏离程度，为全网统一调节提供指导依据。而使用计算机对设计工况进行仿真计算，利用计算结果生成设计水压图，是一种十分便捷、高效的方法。为实现这一目标，需要结合图论知识、管道流体学知识，创建热水管网的数学模型[1]。

1.1模型仿真算法

本文采用了基于“负荷-流量-压降”的算法原理来

实现管网水力工况的仿真计算，大致过程如下：

(1)将管网划分热源、管段、换热站以及节点组成的基本网络模型，如图1

：

图1供热网拓扑

Fig.1Topological graph of Heating network

模型中节点的作用是确定其他各组件（主干管道、分支管道、换热站、热源等）之间的物理连接关系。在计算过程中，它将所连接各分支的流量叠加到主干管道上[3-5]。

(2)确定各管网中各换热站的所覆盖的供热面积S 、设计单耗P 、设计温差ΔT ，计算设计热负荷W 与设计流量Q ：

热负荷公式：W =S *P

流量公式：Q =3600*W /()

ρ*C *ΔT 其中C 为水的比热容，ρ为水的密度。

根据各换热站的供回水压力数据,生成相应的水压图。

1.2模型数据结构

为了实现模型在计算机中的自动运算，需要为管

网模型中的各基本组件（管道、换热站、节点等）建立合理的数据结构。

(1)管道属性：代号、直径、长度、粗糙度、供水压力、出水压力、压差；

方法：截面积计算、流速计算、沿程阻力系数计算、

压降计算等；

(2)换热站属性：代号、面积、单位热指标、设计负荷、设计温差、最小压降、供水压力、回水压力、压差；

方法：质量流量计算，体积流量计算，压差计算；(3)节点属性：代号、入口压力、出口压力、入口所连分支代号、出口所连分支代号；

方法：分支流量和计算、压力值传递；(4)热源属性：代号、出水压力、回水压力、定压值。

主程序负责执行管网模型组件数据库的初始化、顺序计算、

计算结果的存储。具体流程如下：

图2程序逻辑结构图

Fig.2Logical diagram of program

本系统的实现基于PVSS 热网监控平台，由于西门子PVSS 软件对面向对象的脚本编程具有良好的支持特性，因此实现和调试过程相对比较容易。模型的计算结果存储在数据库中，作为以后生成设计水压图的数据来源。

2动态水压图

2.1标高处理

由于现场压力传感器反馈的压力数据为管道内绝对压力，为了简化图形，需要将标高产生的压力影响从中剔除，这样水压图所反映的便是各个站点相对于同一基准水平面的净压头。对于标高产生的压头可以根据伯努利流体方程计算得出：

P 1ρg +Z 1+v 2

12g =p 2ρg +Z 2+v 2

22g +ΔH 1-2(1)式中：P 1，P 2一断面1、2的压力，Pa ；

Z 1，Z 2一断面1、2的管中心线离某一基准面的位置高度，m ；

v 1，v 2一断面1、2的水流平均速度，m/s ；

ρ一水的密度，kg/m 3；

ΔH 1-2一水流经管段1—2的压头损失，m H 2O 。上述公式可以简化为：P '=P -ρgH

(2)

224