供热管网水力平衡调节方法的研究

供热管网水力平衡调节方法的研究
河北建筑工程学院马仲元张志红陈忠海
寨要分析了我国目前供热管网水力平衡调节方法中存在的一些优缺点，以计算机与单台流量计的计算及测量为手段，提出了一种从理论到实际可操作的室外管网的水力平衡综合调节方法。

并编制了供热管网水力平衡调节的应用程序，使得供热管网的水力平衡调节实用，经济、快捷、方便。

关键词水力失调水力平衡阻力特性数压差综合调节
引言
目前供热管网（主要为二次供热管网）的热力平衡措施，主要有装设孔板，普通截止阀、平衡阀及自力式平衡阀几种，因为平衡阀及自力式平衡阀造价较高，并且也需要一定的人工调节，所以采用较少，孔板平衡措施由于管网实际安装与计算工况很难相同，所以会有一定的误差，在实际使用中有一定的困难。

而装设具有一定调节能力的截止阀进行管网的水力平衡调节，由于其成本低，且管网具有可调性，而得到了广泛的应用。

目前，供热管网建成后，在实际运行中，往往存在水力失调问题，这主要是由以下原因造成的：（1）工程设计是根据水力学理论进行计算而选取相应的数据，而实际管材的数值与标准是有差别的；（2）由于施工条件的限制，使管路的实际情况与设计情况有很大不同，供热管网在实际运行中不能达到平衡；（3）管网建成后的新用户增加，使原有的水力平衡遭到破坏；（4）管网维护不当，使管网水力平衡受到影响。

针对供热管网水力失调问题，本文就热用户引入口装设普通截止阀的水力平衡措施的供热管网系统水力平衡调节方法进行了研究，提出了一种"综合调节法"，它有别于现行的调节方法，具有这用而且简单易行，对目前解决供热管网水力平衡调节问题，具有很大的应用价值。

一、国内管网水力平衡调节的方法
近年来，国内一些单位为能解决系统的水力平衡调节问题进行一些探索工作，取得了一些成果，主要调节方法有：
1．温差法
此法是利用在用户引入口安装压力表温度计，对系统进行初调节。

首先使整个系统达以热力稳定。

为提高系统初调节的效果，可使网路供水温度保持60℃以上的某个温度不变化，若热源的总回水温度不再变化。

就可以认为整个系统已达到热力稳定。

此时记录下热源的总供水及回水温度和所有热用户处、回水压力和供、回水温度。

先调节供回水温差小于热源总供回水温差的热用户，并按照用户的规模大小和温差的偏离程度大小，确定初调节次序。

先对规模较大且温差的偏离也较大的热用户进行调节。

根据经验对其用户引入口装置中的供水或回水阀门进行节流。

待第一轮次调节完毕系统稳定运行几小时后，现重新记录总供水温差及各用户入口处供回水压力及温度进行下一轮的调节。

该调节方法调节周期时间长，需要反复进行，它适用于保温较好的网络。

如果网路保温较差，网路供水的沿途温降较大，则对于供水温度较低的热用户，或室内供暖系统水力不平衡的用户将较差，可能出现新的水力失调。

但此调节方法属于粗调，调节效果不准确。

2．比例法
此法是利用两台便携工超声波流量计，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，比例法的基本原理为如果两条并联管路中的水流量以某比例流动（例如1：2），那么当总流量在+30%范围内变化时，它们之间的流量比仍然保持不变（1：2）。

但用比例法调节时相互间不易协调，对操作人员素质要求较高，并需要两台相同的流量计，初投入较大。

3．CCR法
CCR法是在严格的对全系统刊物阻力分析计算的基础上，对全系统实行一次调整的新方法，它由采集数据，计算机计算和现场调整三步构成。

CCR法的基本思路是先测出被测管网现状的各管段阻力数S值，再根据所要求的各支路流量计算出各调节阀所相应的开度，最后根据计算结果一次将各调节阀调节到所计算的开度，使系统这到所要求的分配流量，此方法相应的初投资较大，而且测量各管段实际阻力数S值不易。

但降低了运行费用，是未来发展的方向。

二、综合调节法研究
我们分析了以上各调节方法的优缺点，在此提出了一种新的调节方法，此方法具有比例法和CCR法的一些特点，因此称这综合调节法。

综合调节法有两种调节形式，一种为在管网的设计阶段通过计算为使支管线及各热用户水力平衡选取适当管径的截止阀
（截止阀与管径相同或小几号）及相应的开启度管网投入运行后，按计算结果将截止阀一次调节完成。

可实现管网的初平衡。

在管网精细调节时，需要在热用户入口处或支管线上装设流量测孔，并配备一台便携式水力平衡测试仪（该仪表可测流量与温
度）通过流量测试、计算、再调节，从而实现管网的最终水力平衡。

此方法先将管网的设计参数及管网安装竣工后的管网有关数据输入计算机，计算出各管段设计阻力数S值，根据各支路所设计的流量、阀门阻力特性数S与阀门开启高度Y的拟合方程式，（据大量截止阀的实验研究出的s=f(G·Y)关系）通过计算机程序计算并调节，最后使系统达到所要求的流量分配。

由于管网在水力平衡状态下，相邻的管路的压差是平衡的（图1为管路原理图）
图1
即：Δp=SV2 Pa （1）
则：ΔP1=S1V12（2）
ΔP2=S2V22（3）
有：ΔP1=ΔP2
S1V12=S2V22（4）
S2=S1V12/V22（5）
要使管网水力平衡则：
V1x/V1′= V2x/V2′（6）
V1x/1x2= S2x V2x2（7）
由（6）（7）式合并得
S1= S1x（8）
代入公式（8）得
S2x= S1 V1′2/V2′2
管路2实际需增加阻力数
ΔS2= S2x- S2= S1(V1′2/V2′2-V12/V22)
由于S1为未知数，设S1= S′1
那么ΔS2=S1(V12/V22-V12/V22)
由设计阻力特性数S′1代替实际阻力特性数S1产生的误差
Δ=Δ′S2-ΔS2= (V1′2/V2′2-V12/V22)（S′1- S1）
式中：S1′，S2′--设计阻力特性数
S1，S2--实际阻力特性数
V1′，V2′--设计流量
V1，V2--实际流量
S1x，S2x--调节用户2后阻力特性数
V1x，V2x--平衡后流量
依此类推：以管路1为计算调节依据，依次计算调节管路3，4……等管路上的截止阀，即可达
到全线水力平衡。

三、综合水力平衡调节方法的实施
综合调节法的实施步骤是（以图1为例）
1．将整个管网的设计参数按要求输入计算机；
2．将管网中所有需要调节的截止阀开到最大；
3．运行程序，按照计算机的提示用仪表测量参考用户1（最不利用户）的流量，输入计算机。

4．按照计算机的提示用仪表测量用户1上游处用户2的流量，输入计算机。

计算机程序将以用户的设计阻力数代替实际阻力数，计算出安装在用户2入口处的截止阀的开起高度和调节平衡后相应管段阻力数S值的变化，调节此截止阀到相应的开度。

使用户1的实际流量与设计流量比等于用户2的实际流量与设计流量比达到相等。

如等比误差较大应重新输入相关数据并调节。

直至用户1、2达到等比。

5．用仪表测量用户1及用户2的实际流量并检验是否等比，并输入计算机。

6．按照计算机的提示用仪表测量用户2上游处用户3的流量。

输入计算机。

计算机程序将以用户1、2的设计阻力数代替实际阻力数，计算出安装在用户3入口处的截止阀的开起高度和调节平衡后相应管用户的流量。

并进行调节，此后不在测量用户1的流量。

7．以后的步骤同6。

8．调节完后，计算机自动保存和输出各用户的相关数据。

四、结论
这种调节方法需要干线的各管路的阻力特性数进行详细的统计计算，这样才能保证水力平衡调试的精度。

我们认为综合调节法较适合中国国情，与其它方法比较而言，这种方法管路系统投资较少，比较容易操作，这样通过计算机程序计算各管段达到平衡时所需相应的阻力、流量，通过测得的流量进行计算调节，由实验获得的阀门开启度和流量的关系，找出普遍的规律，通过单机的测量管段流量，调节阀门开启高度。

达到所需调节效果，综合调节法的外网水力平衡调节方法在计算机基础上的一种新思路，适应于现阶段我国正逐步完善的小规模集中供热系统。

五、参考文献
贺平孙刚《供热工程》（新一版）1993
马个元等《河北建筑工程学院学报》2002 第三期。