，

(1.中國石油大學(xué)(華東)后勤保障處，山東 東營 257061;2.中國石油大學(xué)(華東)儲運與建筑工程學(xué)院,山東 青島 266580)

集中供熱系統(tǒng)因為其具有節(jié)能環(huán)保的特點，在我國北方地區(qū)正在得到普遍的應(yīng)用[1]。但與此同時，供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性問題也變得越來越重要，并正在受到更多的重視。所謂供熱系統(tǒng)的可靠性是指在規(guī)定的運行周期內(nèi)，按規(guī)定的供熱介質(zhì)和運行參數(shù)，向熱用戶提供一定流量、保持其不間斷供熱的能力。本文研究的目的就是通過對某小區(qū)供熱管網(wǎng)進行可靠性分析，確定管網(wǎng)的可靠性指標(biāo)，提出改進管網(wǎng)可靠性的具體措施，以便減少熱網(wǎng)故障的發(fā)生次數(shù)，提高小區(qū)供熱質(zhì)量。

1 供熱管網(wǎng)系統(tǒng)可靠性評價指標(biāo)

可靠性指標(biāo)是對系統(tǒng)進行概率上的安全評價，是評價熱力管網(wǎng)是否可靠的重要手段[2]。其定義是熱網(wǎng)在實際運行狀態(tài)下的功能質(zhì)量指標(biāo)與理想狀態(tài)下的功能質(zhì)量指標(biāo)之比，公式為：

(1)

綜上所述可知：

(2)

聯(lián)系式(1)可得：

(3)

2 計算供熱管網(wǎng)可靠性指標(biāo)的方法

計算供熱管網(wǎng)可靠性指標(biāo)的關(guān)鍵是確定故障流參數(shù)、劃分故障分析當(dāng)量區(qū)和確定可靠性評價指標(biāo)計算公式。

2.1 故障流參數(shù)的確定

故障流是指熱網(wǎng)元件持續(xù)發(fā)生故障的隨機事件，故障流可以用故障流參數(shù) 來評定。一般來說熱力管網(wǎng)管道、設(shè)備的故障流特征函數(shù) 可以當(dāng)做是線性的：

H(t)=ωt

(4)

式中：t指觀察的時間；ω為故障流參數(shù)，常數(shù)，1/年。

ω不能通過做實驗來獲得可靠的數(shù)據(jù)，但是可以通過統(tǒng)計的方法得出。對于熱網(wǎng)來說，閥門和管道是主要的元部件，所以統(tǒng)計時主要是要弄清閥門和管道的故障流參數(shù)。

在本文的研究中選取閥門的故障流參數(shù)ωf=0.0021 1/年，管道的故障流參數(shù)ωg=0.005 1/(km·年) 。

整個熱網(wǎng)的故障流參數(shù)可由下式計算：

(5)

式中：ωgy——供熱管網(wǎng)的故障流參數(shù)值，1/年；ωg——管道的故障流參數(shù)，1/(km·年) ； l——管道的長度，km；ωf——閥門的故障流參數(shù)，1/年；N——閥門的個數(shù)。

2.2 熱網(wǎng)故障分析當(dāng)量區(qū)的劃分

所謂故障分析當(dāng)量區(qū)是指當(dāng)供熱系統(tǒng)中具有一定邏輯關(guān)系的某些元件發(fā)生故障并造成相同熱用戶失去供熱時，這些元件就構(gòu)成了一個當(dāng)量區(qū)。劃分故障分析當(dāng)量區(qū)后的的熱網(wǎng)系統(tǒng)中，每個故障分析當(dāng)量區(qū)都有自己的故障流參數(shù)總和以及因故障而被切斷的熱負(fù)荷。其中，被切斷的熱負(fù)荷由熱網(wǎng)平面圖決定；故障流參數(shù)總和由元部件個數(shù)和管線的長度決定。

2.3 可靠性指標(biāo)公式的確立

(6)

式中：j=1，2，3…；ω為熱網(wǎng)元件的故障流參數(shù)，是元件固有屬性的故障概率。

熱網(wǎng)系統(tǒng)所有元件都故障的概率為：

(7)

熱網(wǎng)供熱不足量的平均值公式如下：

(8)

則供熱不足量的數(shù)學(xué)期望值為[2]：

(9)

把式(9)代入式(3)中，即可得到最終的可靠性評價指標(biāo)，如下所示：

作為路由算法重要的衡量指標(biāo)，在不同的場景下，分別比較了包的遞交率，端到端的平均延時時間以及包的平均跳數(shù).根據(jù)以上的3個指標(biāo)，比較了所提出的路由算法以及GPSR和SLBF路由算法.這3個算法都是基于地理位置的端到端的路由算法.唯一不同的是，SLBF是一種基于廣播方式的路由算法，利用定時器來找出下一跳的路由節(jié)點.而提出的算法和GPSR路由算法類似，也是通過間隔一段時間去廣播hello數(shù)據(jù)包或者是根據(jù)hello數(shù)據(jù)包來更新自己的鄰居表.

3 某小區(qū)集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性分析

3.1 小區(qū)熱網(wǎng)熱負(fù)荷的確定

若想求熱網(wǎng)的供熱不足量，進而求可靠性指標(biāo)，需先知道各用戶的熱負(fù)荷。熱負(fù)荷與建筑物面積的關(guān)系為：

(11)

3.2 可靠性指標(biāo)的計算

按第2節(jié)中步驟及方法對該小區(qū)供熱管網(wǎng)進行可靠性指標(biāo)的計算。

(1)選即取閥門的故障流參數(shù)ωf=0.0021 1/年，管道的故障流參數(shù)ωg=0.05 1/(km·年) 。

(2)對熱網(wǎng)進行故障分析當(dāng)量區(qū)的劃分，把整個熱網(wǎng)分成20個故障分析當(dāng)量區(qū)。

(4)計算該熱網(wǎng)的可靠性指標(biāo)

根據(jù)熱網(wǎng)可靠性指標(biāo)計算公式(10)，可得該小區(qū)熱網(wǎng)可靠性評價指標(biāo)為0.9535。依據(jù)《城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)安全運行技術(shù)規(guī)程》要求，供熱系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)不得低于85%～90%。由此可見該小區(qū)熱網(wǎng)具有較好的可靠度。

4 提高供熱管網(wǎng)可靠性的途徑

4.1 分段閥的設(shè)置

分段閥門具有將管路合理分成若干段，以便在發(fā)生故障時縮小停止供熱范圍的作用，是提高熱網(wǎng)可靠性的重要手段之一[3]。增設(shè)分段閥將減少故障分析當(dāng)量區(qū)內(nèi)被關(guān)斷熱負(fù)荷的大小，同時也增加了故障分析當(dāng)量區(qū)的元部件數(shù)量，使其故障流參數(shù)和增大，但是在一定范圍內(nèi)被關(guān)斷熱負(fù)荷的減小量要大于故障流參數(shù)的增大量，所以整個系統(tǒng)的可靠性還是增加的。

4.2 主干線長度對可靠性的影響

熱網(wǎng)可靠性會隨管道長度的增加而降低，隨著主干線長度的縮短，發(fā)生故障的概率越來越小，熱網(wǎng)的可靠性也會隨之增加[4]。因此，應(yīng)根據(jù)具體情況，尋找適合枝狀管網(wǎng)主干線長度的合理范圍，并在允許范圍內(nèi)盡可能的縮短主干線長度，這樣既提高了管網(wǎng)的可靠性，又能減少投資和維護。

4.3 加強運行管理

主要包括:(1)提高管道的內(nèi)防腐。包括合理運行水處理系統(tǒng)和除氧系統(tǒng)，熱網(wǎng)供熱停止期間，向熱網(wǎng)中加入進行過化學(xué)處理的軟水，以及加強夏季檢修。(2)提高管道的外防腐。包括合理選擇管道材料，在管道外敷設(shè)防水層和防腐層并且盡量選擇吸水率小的保溫材料，采用電絕緣支座、增加管段導(dǎo)電能力以及遠(yuǎn)離有軌電氣化線路等措施來降低管道的電化學(xué)腐蝕。

另外，還可以加大維修的執(zhí)行強度和力度，縮短維修時間；多儲備一些易發(fā)生故障的元部件，便于及時更換；提高維修人員發(fā)現(xiàn)、解決故障的能力；在管道薄弱環(huán)節(jié)設(shè)置專門維修點，便于發(fā)生故障后及時進行處理。

5 結(jié)論

(1)介紹了熱力管網(wǎng)可靠性研究的基本理論和方法。

(2)根據(jù)有關(guān)熱網(wǎng)可靠性指標(biāo)的公式，計算了某小區(qū)的熱網(wǎng)可靠性指標(biāo)，從而對熱網(wǎng)可靠性進行了定量評價。

(3)提出了提高熱力管網(wǎng)可靠性的措施，主要包括增設(shè)分段閥，限制主干線長度及加強運行管理等。