尹熙俊

摘 要：分布式變頻系統(tǒng)可以降低供熱一級管網(wǎng)壓力，提高整體管網(wǎng)安全性。是保障供熱系統(tǒng)良好穩(wěn)定運行的重要手段。本文首先大概闡述了分布式變頻系統(tǒng)的運行方式，再分析分布變頻系統(tǒng)在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢，最后針對具體應(yīng)用展開探究，以供參考。

關(guān)鍵詞：分布式變頻系統(tǒng);供熱;管網(wǎng)安全

前言：隨著人們生活質(zhì)量的提高，對供熱安全的重視程度逐漸提升。傳統(tǒng)的以供熱首站循環(huán)泵為主的供熱方式安全風(fēng)險較大，在供熱負荷較高的情況下，一級供熱管網(wǎng)需要承擔(dān)較大的運行壓力，極易引發(fā)管網(wǎng)漏泄，甚至造成安全事故。而分布式變頻系統(tǒng)通過將運行壓力分散開，再進行變頻，不僅能夠節(jié)約能源，還能夠降低以及供熱管網(wǎng)的壓力，提高供熱的安全性。

一、分布式變頻系統(tǒng)概述

我國供熱系統(tǒng)正處于全面發(fā)展階段，大面積供熱地區(qū)多處于北方。專家預(yù)計，2023年，我國的集中供熱范圍可以達到119.3億平方米。在供熱范圍逐漸擴大的趨勢下，如何提高供熱的穩(wěn)定性，降低供熱事故發(fā)生頻率成為了值得探討的議題。供熱的基礎(chǔ)是保證人民的生命財產(chǎn)安全，需要提高供熱的安全性，降低供熱過程中的隱患。隨著供熱面積的逐漸擴大，傳統(tǒng)供熱方式致使供熱一級管網(wǎng)承受較大的運行壓力，極易因為負荷過重產(chǎn)生一系列連鎖問題。供熱管網(wǎng)壓力大的首要原因就是供熱系統(tǒng)單一，為了解決該問題，專家研發(fā)出分布式變頻供熱系統(tǒng)。

分布式變頻系統(tǒng)將每個熱交換站中，在一級供熱管網(wǎng)回水管路上加裝一臺熱水循環(huán)泵。通過變頻器，控制水泵出力[1]。其中，熱網(wǎng)首站循環(huán)泵泵用來控制水循環(huán)，保證管網(wǎng)基本流量穩(wěn)定。每個換熱站通過一級管網(wǎng)的熱網(wǎng)循環(huán)水泵進行一次網(wǎng)的水循環(huán)。二次管網(wǎng)循環(huán)水泵，主要負責(zé)用戶側(cè)。該系統(tǒng)中水泵數(shù)量較多，水泵點裝機容量較低，運行電耗小，供熱一級管網(wǎng)所承受的運行壓力較小。由于管網(wǎng)負荷較小，安全性得以提升。

二、分布式變頻系統(tǒng)優(yōu)勢

集中供熱系統(tǒng)主要包含五個環(huán)節(jié)。熱源是產(chǎn)生熱量的源頭，是供熱系統(tǒng)中必不可少的部分。它通過消耗能源產(chǎn)出熱量，并輸送到一級管網(wǎng)。一級管網(wǎng)負責(zé)將熱源廠生產(chǎn)的熱能運輸?shù)綋Q熱站。通常情況下，能源的運輸方式是高溫高壓水。換熱站將高溫高壓水降溫降壓，再傳輸?shù)蕉喂芫W(wǎng)。二次管網(wǎng)將接收到低溫低壓水傳輸?shù)接脩粼O(shè)施。經(jīng)過以上環(huán)節(jié)，實現(xiàn)集中供熱。一級管網(wǎng)作為高溫高壓水的直接接收和運輸渠道，運行壓力較大，故障率高，老化速度快。在此基礎(chǔ)上，分布式變頻系統(tǒng)應(yīng)用具有實際意義。

（一）降低能耗

分布式變頻系統(tǒng)可以降低能源的浪費，實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。通過變頻設(shè)計，可以隨著供熱需求的變化而進行自身調(diào)節(jié)，避免在設(shè)計時預(yù)留過多造成的資源浪費。該系統(tǒng)在各個環(huán)節(jié)多處使用自動化技術(shù)，實現(xiàn)首站和熱力站的自動控制。通過自動控制，智能的貼合供熱系統(tǒng)的供熱需求。降低多余能耗的同時，降低人工操作在供熱系統(tǒng)中的占比。這不僅能夠降低人力成本，降低人工操作失誤比率，還能夠提升供熱系統(tǒng)的安全性，避免檢修、維護人員的生命安全受到威脅。如果僅靠人工操作，調(diào)控的精準度難以得到保證，調(diào)節(jié)周期也相對較長，會造成能源的消耗。

（二）穩(wěn)定性強

該系統(tǒng)采用零壓點壓差的控制技術(shù)，能夠提高水循環(huán)的穩(wěn)定性。將系統(tǒng)負荷進行統(tǒng)一處理，在流量變化時，降低壓差變化。通過系統(tǒng)自行調(diào)節(jié)的方式，提高用戶的便捷性，為供熱對象提供良好的服務(wù)。另外。主循環(huán)泵承受壓力得以降低，只需承受零壓點位置前的壓降。在轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，主循環(huán)泵受影響較低，穩(wěn)定性較強，運行效率較高。

（三）降低管網(wǎng)壓力

傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)通常在系統(tǒng)運行后逐漸增加管網(wǎng)壓力，沒有進行科學(xué)合理的提前規(guī)劃，很容易造成管網(wǎng)壓力過大。而分布式變頻系統(tǒng)中的主循環(huán)泵可以根據(jù)負荷的變化進行調(diào)節(jié)，大大地緩解了管網(wǎng)的壓力。在后期供熱范圍發(fā)生變化時，可以實時進行自我調(diào)整，平衡一級管網(wǎng)的負荷。提高管網(wǎng)的使用壽命同時，還能夠通過調(diào)節(jié)降低管網(wǎng)因異常工作發(fā)生故障，影響供熱的穩(wěn)定性和安全性。另外，該系統(tǒng)有利于緩解水泵的氣蝕情況，提高水泵的運行安全。該系統(tǒng)運行較為平滑，通過變頻設(shè)計降低實際的操作頻率，提高使用年限。

三、分布式變頻系統(tǒng)在供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用

（一）應(yīng)用方案

分布式變頻系統(tǒng)可以降低供熱一級管網(wǎng)的運行壓力，提高管網(wǎng)安全性。在供熱過程中，首站循環(huán)泵泵和熱力站循環(huán)泵相互獨立。將壓力分攤出去，而不是集中在一端。可以取中間數(shù)值為壓力交匯點，此時壓力交匯點前的管網(wǎng)阻力損失集中在主循環(huán)泵上，而之后的集中在用戶泵上。此舉能夠?qū)⒐芫W(wǎng)系統(tǒng)的壓力分攤出去，極大的降低管網(wǎng)壓力。壓力集中在主循環(huán)泵和熱力站循環(huán)泵上，各自壓力均處在可以承受的范圍內(nèi)，不至于超負荷作業(yè)，提高了整個管網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。避免某個環(huán)節(jié)因負荷過重發(fā)生故障，造成安全隱患。該系統(tǒng)下，管網(wǎng)壓力可以降低到115.2mH2O。在零壓點壓差的作用下，降低節(jié)流損失，提高管網(wǎng)的輸送效率。

（二）分布式變頻設(shè)備選擇

一般情況下，10萬平方米左右的熱力站需要配備15kW、22kW、30kW的一級網(wǎng)分布式循環(huán)泵。15萬平方米的熱力站則需要配備30kW、37kW、55kW的一級網(wǎng)分布式循環(huán)泵。20萬平方米的熱力站則需要配備45kW、55kW的一級網(wǎng)分布式循環(huán)泵。25萬平方米的熱力站則需要配備45kW、75kW的一級網(wǎng)分布式循環(huán)泵。30萬平方米的熱力站則需要配備75kW、90kW的一級網(wǎng)分布式循環(huán)泵[2]。以上每個循環(huán)泵均需配備一臺變頻器，以及備用循環(huán)泵。20萬平方米及以上的熱力站還需在安裝一臺供熱機組的基礎(chǔ)上，預(yù)留一臺。

（三）事故工況模擬分析

如果在供熱過程中發(fā)生事故工況，分布式變頻系統(tǒng)會進行一系列調(diào)控，保證供熱系統(tǒng)的安全性，具體流程如下。

如果首站循環(huán)泵發(fā)生故障，停止工作，系統(tǒng)會在一分鐘后將壓管閥門自動關(guān)閉。關(guān)閉時長大約在10秒左右，在此過程中，首站流量逐漸增加，均壓管流量逐漸降低，起到保護作用。具體流量變化如下圖。

均壓管閥門關(guān)閉后，首站和均壓管流量開始發(fā)生變化，變化到一定值后趨于穩(wěn)定。首站流量處于較高水平，此時，部分換熱站因為閥門的關(guān)閉，流量的變化導(dǎo)致流量波動。如圖所示。

在均壓管閥門關(guān)閉后，部分換熱站的流量開始下降，下降幅度較小。達到某一定值后，趨于平穩(wěn)。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，流量波動與熱源距離越小，穩(wěn)定的速度就越快。管網(wǎng)在穩(wěn)定后，與初始值相比，供熱量會發(fā)生一定的下降。如圖所示。

熱源循環(huán)泵故障后，一級網(wǎng)流量依舊可以穩(wěn)定在原值的一半以上。大多數(shù)換熱站依舊能夠保持部分流量，不至于整體停工。與管網(wǎng)距離較遠的換熱站流量相對較大，基本都能達到故障工況的相關(guān)標(biāo)準。另外，均壓管閥門關(guān)閉后，熱能損耗較小，供熱水流溫度較高，能夠緩解供熱事故工況的不良影響。大多換熱站也能夠保持七成以上的供熱量，據(jù)此可以看出分布式變頻系統(tǒng)能夠提升供熱系統(tǒng)的安全性。

通過事故工況分析，可以看出，分布式變頻系統(tǒng)在供熱出現(xiàn)問題后會進行自我調(diào)節(jié)。通過分布式管網(wǎng)調(diào)節(jié)各分布泵的流量，由于分布泵流量和與首站的循環(huán)流量相比較大，可以使二者流量合流。首站出口熱量與出站熱量差距較小，管網(wǎng)熱力變化較小。分布式變頻系統(tǒng)能夠保證管網(wǎng)系統(tǒng)的安全性，提升供熱系統(tǒng)穩(wěn)定性。

結(jié)論：

分布式變頻系統(tǒng)可以通過分壓降低一級管網(wǎng)的壓力，將壓力轉(zhuǎn)移到主循環(huán)泵和用戶泵上，延長管網(wǎng)的使用壽命，降低管網(wǎng)發(fā)生故障的概率，保證管網(wǎng)安全。與此同時，該系統(tǒng)還能在供熱系統(tǒng)發(fā)生故障時，保持供電的穩(wěn)定性和安全性。

參考文獻：

[1]李奎偉，康健，劉勇.降低供熱系統(tǒng)運行壓力的改造方案對比分析[J].區(qū)域供熱，2020（01）：23-25+49.

[2]張嬌嬌.分布式變頻供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)優(yōu)化及節(jié)能策略研究[D].沈陽建筑大學(xué)，2019.