劉雪麗

摘要：集中供熱相比分散式供熱的能源利用效率要高，在我國主要有熱電聯(lián)產(chǎn)和區(qū)域鍋爐房集中供熱兩種形式，其主要由熱源、熱力管網(wǎng)和熱用戶組成，其中用于連接熱源和熱用戶的熱力管網(wǎng)在整個熱力系統(tǒng)中投資最大，施工也較為繁瑣.在熱力管網(wǎng)的計算過程中，用于確定管徑的比摩阻的選取是一個很重要的問題。

關鍵詞：集中供熱;熱力管道;比摩阻

引言

集中供熱作為一種能源服務，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。供熱系統(tǒng)可以通過優(yōu)化減少其對環(huán)境的負面影響，集中供熱系統(tǒng)的年環(huán)境影響主要受供熱管網(wǎng)的影響。比摩阻在供熱管網(wǎng)的設計中有著非常重要的作用，當比摩阻增大時，管道直徑和管網(wǎng)的熱損失逐漸減小，而水泵會消耗更多電力。相反，比摩阻的減小會導致管道直徑和管網(wǎng)的熱損失的增大，而水泵所需消耗的電力會減小。因此，熱力管道的比摩阻存在一個最優(yōu)值，此時供熱管網(wǎng)對環(huán)境的影響會得到最大化降低。

1概述

選取合適的經(jīng)濟比摩阻，有利于控制供熱管網(wǎng)使用壽命周期內(nèi)的成本，比摩阻的取值影響管網(wǎng)的初投資與運行費用.本文針對熱水管網(wǎng)的經(jīng)濟比摩阻進行計算分析，以壽命周期內(nèi)費用年值最小為優(yōu)化目標，研究了經(jīng)濟比摩阻的確定方法.

2基于環(huán)境影響的比摩阻

集中供熱不僅能給城市提供穩(wěn)定、可靠的高品位熱源，改善人民生活，而且能節(jié)約能源，減少城市污染，有效地利用城市有效空間。所以，集中供熱具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。然而，目前的集中供熱系統(tǒng)主要以化石燃料為主要燃料，其燃燒的排放物會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。2017年，北方城鎮(zhèn)供暖的碳排放總量為5.41億t，因供熱所造成的NOx排放總量為42 萬t，SO2的排放量為64 萬t，粉塵為44 萬t。集中供熱系統(tǒng)可以通過優(yōu)化減少其對環(huán)境的負面影響。集中供熱系統(tǒng)的年環(huán)境影響包括熱源的年環(huán)境影響和管網(wǎng)的年環(huán)境影響。當集中供熱系統(tǒng)的年供熱負荷確定后，即可確定供熱系統(tǒng)熱源的年環(huán)境影響。因此，供熱管網(wǎng)的設計主要影響集中供熱系統(tǒng)的年環(huán)境影響。當設計供熱外網(wǎng)時，確定管路各管段的管徑和壓力損失，是供熱外網(wǎng)水力計算最重要的一步。為了確定各管段的管徑，必須知道各管段上平均比摩阻的大小。通常情況下，管段的壓降值是未知的，這就要求在計算時預先選定一個比摩阻。為了降低集中供熱系統(tǒng)對環(huán)境的不利影響，選擇一個合理的比摩阻值是至關重要的。

3優(yōu)化方案的提出

對于集中供熱管網(wǎng)，當管網(wǎng)的設計熱負荷和設計供、回水溫度后，即可獲得每個管段的設計質量流量。集中供熱外網(wǎng)的年總環(huán)境影響主要由管道的年環(huán)境影響、管網(wǎng)的年熱損失環(huán)境影響和水泵的年輸配環(huán)境影響組成。當比摩阻增大時，泵的輸配環(huán)境影響增加，而管道和熱損失的環(huán)境影響減少。相反，比摩阻的減小會導致泵的輸配環(huán)境影響減小，而管道和熱損失的環(huán)境影響增大。為了更清晰地顯示比摩阻的變化對供熱管網(wǎng)環(huán)境影響的情況存在一個最佳的比摩阻值可以使供熱管網(wǎng)的年總環(huán)境影響最小。因此，以年總環(huán)境影響最小為目標函數(shù)，基于管道的年環(huán)境影響、管網(wǎng)的年熱損失環(huán)境影響和水泵的年輸配環(huán)境影響建立數(shù)學模型。最后通過數(shù)學求解或者借助計算機數(shù)值求解得到基于環(huán)境影響的熱力管道比摩阻最優(yōu)值。

4我國供熱管網(wǎng)存在的主要問題

4.1水力失調(diào)

水力失調(diào)主要是管網(wǎng)在運行過程中，由于設計、阻塞等原因造成的運行不平衡現(xiàn)象，如水流變小，供熱功能下降。水力失調(diào)是管網(wǎng)常見的問題之一。管網(wǎng)供熱水力失調(diào)的原因中，設計是最關鍵因素。在設計過程中，管道的直徑、流量等設計沒有按照規(guī)定進行，都會影響管網(wǎng)水流的正常運行，出現(xiàn)水力失調(diào)。另外，用戶具有差異性，每個用戶的數(shù)值并非固定的。

4.2熱網(wǎng)失水

熱網(wǎng)失水屬于技術上的問題，一般在管網(wǎng)施工中，沒有按照設計標準進行，是出現(xiàn)這一問題的原因。首先，技術精度不夠，在管道安裝、焊接上存在施工缺陷，這是管道運行后出現(xiàn)漏水的主要原因;其次，制度管理不善，換熱站未經(jīng)供熱管網(wǎng)總管理中心的同意，私自進行放水，造成未經(jīng)檢測的供熱管網(wǎng)失水，致使漏損系數(shù)增大，嚴重影響供熱效率，也為維修帶來極大的困難，即使通過二次網(wǎng)的補水流程也很難解決這一問題;最后，管網(wǎng)安全運行及維護，管網(wǎng)運行復雜，需要注意其運行安全，在管理和檢查過程中，要隨時關注其存在的漏水、老化現(xiàn)象并及時維修。

5供熱管網(wǎng)節(jié)能改造的相關措施

5.1優(yōu)化管徑設計

通過優(yōu)化管徑設計，可以有效降低水力失調(diào)問題的發(fā)生概率，從而提高整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。在具體應用過程中，首先，需要對外網(wǎng)的水力情況進行計算，確定最佳的水力參數(shù)，通常情況下，可以借助CDG軟件對相關參數(shù)信息進行計算，在完成數(shù)據(jù)計算之后，還需要借助人工調(diào)整的方式，從而實現(xiàn)管網(wǎng)內(nèi)部水流動態(tài)調(diào)整，加強近端用戶阻力的作用。其次，結合設計圖紙，對于管網(wǎng)節(jié)點的具體位置進行標注，可以在各個管道節(jié)點上進行編號，同時還需要結合計算結果標注管道的受壓載荷情況，為后續(xù)管徑調(diào)整提供科學性的數(shù)據(jù)參考。最后，做好相應的數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作，結合統(tǒng)計數(shù)據(jù)對目前管道的回水溫度進行科學設計，將該溫度作為基準數(shù)值，以該標準來完成管網(wǎng)運輸過程中的管理工作。

5.2管網(wǎng)系統(tǒng)的平衡設計

通過完成管網(wǎng)系統(tǒng)的平衡設計，可以提高整個系統(tǒng)運行的節(jié)能性，提高資源的利用效率。目前供熱管網(wǎng)的主要熱量來源是煤炭燃燒產(chǎn)生的熱量，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，煤炭的存儲量也在快速減少，為了更好地滿足供熱需求。需要做好相應地平衡設計工作，在具體操作過程中：①考慮到原有供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中，節(jié)流孔板和閘閥的可控性相對較低，對此在平衡設計過程中，需要對節(jié)流孔板進行調(diào)整，平衡其運行功能，從而有效改善供熱官網(wǎng)系統(tǒng)的運行情況;②可以利用平衡閥來取代以往的閘閥或截止閥，相較于原有結構，平衡閥會與智能測壓設備進行關聯(lián)，監(jiān)督閥門前后的壓差情況，根據(jù)壓差情況進行閥門運行情況的調(diào)整，從而提高系統(tǒng)應用的穩(wěn)定性。需要注意的是，為了確保系統(tǒng)運行的可靠性，需要做好安全管理工作，不允許他人隨意調(diào)整閥門，提高結構運行的可靠性。

5.3平衡閥閥門開度設計

通過合理調(diào)整平衡閥閥門開度，可以穩(wěn)定整個供熱管網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，降低運行失調(diào)問題的發(fā)生概率。在具體操作過程中，平衡閥的型號選擇應滿足既定的使用要求，在選擇過程中，主要考慮的因素在于閥門直徑、通過流量、壓差等內(nèi)容，綜合考慮各類因素之后，選擇最合適比例的平衡閥閥門。

5.4管網(wǎng)敷設方式改造

通過加強管網(wǎng)敷設方式改造，可以提高管網(wǎng)使用壽命，減少維護成本的經(jīng)濟支出。在具體應用過程中：①在保溫材料選擇方面，應結合具體應用環(huán)境情況來進行選擇，如在潮濕環(huán)境中，應選擇防水性能與保溫性較強的材料作為主施工材料，從而降低供熱成本;②結合區(qū)域實際情況來選擇合理的管道敷設方式，并且需要積極引進新型材料，如泡沫保溫材料、鋼管結構等，從而提升系統(tǒng)運行過程所帶來的企業(yè)經(jīng)濟效益與基礎社會效益。

結語

隨著環(huán)境污染的日益加劇，基于環(huán)境影響確定熱力管道的最優(yōu)比摩阻在供熱系統(tǒng)的設計中有著重要的作用。采用最優(yōu)的比摩阻可使供熱管網(wǎng)的年環(huán)境影響最小，進而可以減少集中供熱系統(tǒng)的年環(huán)境影響。

參考文獻

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