楊金梁

摘要：本文主要分析了目前我國工業(yè)集中供熱以及供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展情況，介紹了根據(jù)遺傳算法優(yōu)化環(huán)形蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)的方法。利用遺傳算法進行蒸汽供熱管網(wǎng)優(yōu)化可以節(jié)省供熱成本，加強生態(tài)環(huán)境保護，提高我國經(jīng)濟發(fā)展效率。本文將會以永榮電廠至廣富工業(yè)園藍潔公司供熱管網(wǎng)工程為例，對環(huán)形蒸汽供熱管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化的分析，以期為我國供熱事業(yè)發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞：工業(yè)集中供熱；環(huán)形管網(wǎng)；蒸汽供熱；設(shè)計優(yōu)化策略

1環(huán)形蒸汽供熱管網(wǎng)系統(tǒng)

1.1管網(wǎng)走向

根據(jù)現(xiàn)場勘查，管道走向可沿河道布置或沿園區(qū)道路布置。通過詳細分析比較認(rèn)為，沿鐵路線布置供氣管網(wǎng)，是最佳方案。一是可以節(jié)省投資、涉農(nóng)少。二是施工、維護方便快捷。

1.2管道布置方式

目前工業(yè)集中供熱的敷設(shè)方式主要有五種形式：①架空敷設(shè)；②地下管溝敷設(shè)；③地下直埋敷設(shè)；④城市綜合管溝敷設(shè)；⑤工業(yè)區(qū)綜合管廊敷設(shè)。五種敷設(shè)方式各有優(yōu)缺點，針對不同工程的具體特點和規(guī)劃部門的具體要求，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，綜合考慮熱網(wǎng)的敷設(shè)方式。根據(jù)本工程周邊環(huán)境、地理位置、地質(zhì)條件等，本設(shè)計蒸汽管網(wǎng)敷設(shè)方式可采用架空、地埋相結(jié)合的敷設(shè)方式。地上敷設(shè)管道利用規(guī)劃道路邊緣綠化帶低支架敷設(shè)，低支架敷設(shè)時，盡量沿綠化帶內(nèi)側(cè)敷設(shè)，利用灌木進行遮擋；穿越主要道路時，采用直埋敷設(shè)。

1.3管道壁厚的確定

依據(jù)《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計規(guī)范》（DL/T5054-2016），不論按管子外徑還是內(nèi)徑標(biāo)示的管子，取用壁厚均不得小于管子的計算壁厚。本設(shè)計根據(jù)各段管材的蒸汽參數(shù)不同，分別根據(jù)其各自設(shè)計工況進行計算，考慮壁厚最大負偏差等因素，以及管網(wǎng)長期安全穩(wěn)定運行給予了一定的裕量，其計算結(jié)果見表1。

1.4管道保溫

熱力管道保溫結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮機械強度、外觀和防水性能，由保溫層和保護層兩部分構(gòu)成。管道保溫采用軟質(zhì)保溫材料分層包裹（除另有說明外均為高溫玻璃棉），具體厚度如表2：

地埋管道保溫與相應(yīng)段架空管道基本相同，地埋管道保溫層取消頂部1/3圓弧。以DN300架空管道保溫為例，保溫結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：

2 環(huán)形蒸汽供熱管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化策略

蒸汽管網(wǎng)設(shè)計是一個多變量、多約束條件、耦合性強的組合優(yōu)化問題，因此可以應(yīng)用遺傳算法在給定的管道范圍內(nèi)尋找滿足約束條件的目標(biāo)函數(shù)最小解，在實際設(shè)計優(yōu)化過程中還應(yīng)當(dāng)考慮水蒸汽密度變化情況。首先計算水力模型、熱力模型，進而對蒸汽管道進行計算。在確定優(yōu)化函數(shù)、約束條件以及約束變量之后計算環(huán)形蒸汽管網(wǎng)的參數(shù)，然后應(yīng)用遺傳算法進行最優(yōu)解的求解，最后得出環(huán)網(wǎng)優(yōu)化最優(yōu)解。

2.1 提出蒸汽供熱管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計問題

設(shè)計人員首先應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況確定優(yōu)化函數(shù)、約束變量以及決策變量。熱網(wǎng)設(shè)計優(yōu)化內(nèi)容包括管道優(yōu)化布線以及管徑的選擇。約束變量為標(biāo)準(zhǔn)管徑約束、溫度參數(shù)約束、壓力參數(shù)約束、管段外表允許最大散熱密度、流速、用戶節(jié)點流量要求等。管道外表面允許最大散熱密度約束如下表2所示。

2.2 環(huán)形蒸汽管網(wǎng)計算過程

環(huán)形蒸汽管網(wǎng)的計算過程包括初始流量的分配、構(gòu)造管網(wǎng)計算基本方程組、計算蒸汽熱物性參數(shù)、計算環(huán)狀蒸汽供熱管網(wǎng)水力熱力四方面。

初始流量的確定是計算水力熱力的一個較為重要的方面。設(shè)計人員可以根據(jù)最小平方和法進行管段流量的分配，對管段末端逆向求和來計算枝狀管網(wǎng)末端各網(wǎng)段的流量。管網(wǎng)基本方程包括節(jié)點方程、回路方程以及管段壓降方程。其中，節(jié)點方程滿足基爾霍夫第一定律，回路方程滿足基爾霍夫第二定律，管段壓降方程則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)知識進行確立。設(shè)計人員可以根據(jù)解節(jié)點方程法計算環(huán)狀蒸汽供熱管網(wǎng)水力熱力，這種計算方式相對比較簡便，而且擬定簡單，在現(xiàn)今蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)計算中得到了廣泛應(yīng)用。在進行蒸汽供熱管網(wǎng)水力熱力計算時，一定要考慮溫度的變化，充分提高蒸汽管網(wǎng)計算的準(zhǔn)確性，促進我國供熱管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化升級。

2.3 遺傳算法設(shè)計優(yōu)化過程

應(yīng)用遺傳算法進行求解時，主要步驟為確定適應(yīng)度函數(shù)和約束條件，選擇進化策略，產(chǎn)生初始種群，計算個體適應(yīng)度值，對遺傳群體進行計算從而產(chǎn)生新一代遺傳種群，循環(huán)計算直到達到終止條件。應(yīng)用遺傳算法進行設(shè)計優(yōu)化時的終止條件一般都是指定最大迭代次數(shù)。

對環(huán)形蒸汽供熱管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化應(yīng)用遺傳算法進行計算有利于接近最優(yōu)解，提高了搜索過程的靈活性和準(zhǔn)確性。隨著計算次數(shù)不斷疊加新群體數(shù)量也不斷增加，因此擴大了解的范圍，方便選出最優(yōu)解。應(yīng)用遺傳算法進行環(huán)形蒸汽供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計有助于我國節(jié)省自然能源，節(jié)能減排，進而促進我國實現(xiàn)生態(tài)發(fā)展。

3 總結(jié)

本文首先對我國工業(yè)集中供熱以及供熱管網(wǎng)發(fā)展情況進行了簡單介紹，指出了我國常用的優(yōu)化方法，然后對環(huán)形蒸汽管網(wǎng)計算過程以及遺傳算法設(shè)計優(yōu)化過程進行了說明。針對環(huán)形蒸汽供熱管網(wǎng)系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計可以節(jié)省我國供熱資源以及供熱成本，提高我國供熱效率，進而推動我國科技的發(fā)展以及社會的進步。

參考文獻

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