建筑工程供熱管網水力失調問題探析

王 軼 長治市城鎮熱力有限公司

1 前言

隨著城市化水平的不斷提高，我國大部分地區的建筑都分布了供熱管網，但是有時一些供熱管網運行時會出現水力失調等問題，進而導致供熱問題存在不安全、不穩定的隱患。為了給住戶提供更加優質完備的服務，最大限度地避免這種問題的發生，使得管網的運行更加安全和可靠，應針對水力失調的類型和原因制定有效的解決對策。

2 供熱管網水力平衡失調問題探析

在目前形勢下，城市供熱網絡具有以下兩種形勢。一種是一次水進行直接供熱，另一種是二次水間接供熱。從熱源角度講，分為鍋爐高溫熱水，還包括電廠蒸汽這樣的形式。在以往城市發展過程中，供熱都是以二次水間接供熱為主，但也存在部分利用一次水直接供熱。對于一次蒸汽直接供熱而言，進行一次水供熱，結構十分簡單，同時投入較低低廉。但受安全性以及使用效率等多種因素影響，存在著較多的問題，最終不得不面臨著淘汰的局面。

2.1 設計不當

設計部門在進行管網設計時，通常需要確定管道的直徑、規格及調節設備。此外，如果管道的大小和種類與應有的要求不相同，或者在測量運算時不夠詳盡、準確，都可能會導致發生水失調的概率加大。每個管道所需要運用的材料及材料的質量也會直接會影響供熱效率。另外，很多供熱管網在設計時忽略了配備調節裝置，導致運行時無法準確快速調節流量，在一定程度上引發了水力失調問題。

2.2 施工不當

施工階段對整個管網之后的運行十分重要，管網的供熱運行同施工質量、效率緊密相連。所以，施工人員應嚴格按照供熱管道的設計圖紙進行施工。如果施工單位沒有針對施工技術進行交底，或者沒有嚴格管理施工人員，可能無法及時發現并解決施工中出現的問題，不可避免給供熱管網的運行留下安全隱患。

2.3 運行及維護不當

一旦供熱管網開始運行，那么誘發水力失調的原因將變得更加多樣。例如，建筑內用戶的數量發生了變化，增加或減少散熱設備……這就需要相關部門在正式運行管網之前，對供熱管網進行精確調試，保證管道內的流量符合標準，能滿足住戶對供熱的需求。此外，在長期使用某一供熱管網之后，還應對供熱管網經常進行檢修維護，定期更換已經老化的管道，提升管網的性能，否則仍會引發水力失調問題。

3 供熱管網水力失調應對措施

3.1 使用比例控制調節

如果在并聯的管路中，熱水量始終根據一個固定的比例流動。那么如果總流量在30%的范圍內變化時，熱水在管內的比例也將繼續保持，不發生改變。此法是利用2臺便攜式超聲波流量計，或可測得流量的閥門（如平衡閥新型入口裝置）及步話機（用于調節時人員之間的聯系）來完成的。但是，該調節方法需要操作人員具有較高的職業素質，而且初期投入較大。

3.2 使用溫差控制調節

該種方法的原理是進行初次調節。首先需要在引入口插入一個壓力計，從而確保整個系統可以維持一定的熱穩，同時讓管網內供水的溫度始終維持在60℃以上。如果溫度沒有再發生變化，就可以把這個系統看作一個穩定的系統。運行方式是先調節規模大、溫差大的住戶。進行第一部分調節后，待系統穩定后，再記錄溫差以及入口處的壓力和溫度，從而完成第二部分的調節，如此重復步驟。

3.3 CCR法

CCR法分為3個步驟：采集數據，使用計算機計算，在現場進行調整。這個方法首先需要精確地按照阻力分析和計算，調整出一個屬于全系統的新方法。這個方法的基本思路是先測量出各個管段之間的阻力，再依照原先要求的支路流量，計算出每一個調節閥所需要的開度，最終根據最后的結果把每個都換到最初計算的開度上，使得整個系統達到應有的流量。這個方法可以減少成本。

3.4 綜合在一起進行調節

通常，這種方法可以分為兩種具體的操作模式：一種是使用動態平衡閥；另一種結合簡易快速和溫度調節兩種方法。這個方法與現在經常使用的調節方法有所不同。綜合調節法需要投入的資金比較少，操作較為簡單，對目前討論的水力平衡問題有一定的參考作用，符合我國的國情。

3.5 保持動態平衡

經常使用的閥門可以分為兩種不同的類型：自力式壓差控制閥和流量控制閥。流量控制閥管控的是管道內熱水的流量，這樣做能確保管道內的流量維持穩定狀態。所以，使用該種控制閥的關鍵點在于根據供熱系統的總循環量和每個建筑之間的熱負荷，確定一個固定的熱水量。

每當這個閥門前面和后面的壓差加大時，可以通過閥門自動關小，確保管道內的流量沒有增大；當每個閥門前后的壓差減小時，閥門則自動開大。此類方法操作簡單、便于運行，這種閥門可以在確定流量的系統中運用，但是變化流量的系統中一般不會使用這種閥門。

此外，壓差控制閥管控的是管道里面的壓差，該種控制閥可以使管內的水壓差始終保持在原本預期的壓差值左右，這種控制閥適用于變流量系統，調試較為簡單，但是工作人員必須精確運算出系統內的壓降。

3.6 調節裝置

當前常用在熱網中的熱力平衡裝置分別為平衡閥、普通截止閥和裝設孔板。其中，平衡閥需要人工手動調節壓力，儀器無法自行跟隨系統的變化而自行調節阻力，所以被稱為靜態平衡閥。平衡閥管控的是管道里面的阻力，在平衡好每個管網系統內的阻力后，起到每個環路之間的阻力一致的作用。因為平衡閥安裝費用較高，且需要人工調節，故一般很少采用這種裝置。

3.7 水力平衡技術的應用

水力平衡調節主要是根據系統的水力狀況對流量的分配進行調節，由于流量輸配受沿程阻力的影響導致流量不均衡，我們通常采取水力平衡技術來解決。水力平衡技術往往被運用于某一區域的供熱總網當中，使用過程中要完善專用調控設備的安裝，在安裝這一設備之后能夠有效解決供熱管網中存在的水力平衡問題。

現階段常用到的調控閥主要是電動調節閥，其主要是通過接收自動化控制系統所產生的信號，來驅動閥門改變閥座和閥芯間的截面積大小，從而達到控制管道介質溫度、壓力、流量等工藝參數的目的，進而實現自動化調節功能。在進行電動調節閥選擇過程中，需要對設計公稱壓力、公稱直徑、流量系數、介質允許溫度范圍等參數給予綜合考慮。同時，如果要求保證流量和開啟高度呈現出正比例關系時，則需要選擇專用調節閥，其中最常見的有蝶閥和球閥，其均能夠達到預期的調節效果。

3.8 供熱管網分層管控技術的應用

第一層管理也就是熱力站管理，在進行調控的過程中由管理人員進行數據信息的收集和監控，同時，及時發現其中的異常數據，并進行相應數據的傳輸。此外，通過運用調控中心的計算機系統還能實現針對數據的收集和處理，從而根據實際需求來進行數據相關命令的發布，以此來保證按照熱量需求進行分配，這樣就大大提高了供熱的效率和資源運用的有效性。

第二層管理的核心主要為監控分站，使用監控分站來實現對下屬區域中各個熱力站的實際運行狀況的監督和管理。最后一層是中控室，主要運用流程在于：首先由下位機來實現控制指令的接收，控制指令主要通過監控分站的轉發到達下位機，這種運行方式能有效提高下位機的運行安全性，在使用的過程中滿足熱量調控的目標。在下位機中主要運用到的調控方式為PLC控制器，這一控制器的主要功能在于進行信號測量、完成控制操作和進行預警。

3.9 城市供熱系統智能化控制分析

3.9.1 預警水錘現象

在密閉管路系統當中，受流體流量變化，會產生一定的壓力波，進而導致振動情況，這種現象稱之為水錘。由于是在一定時間內造成的，因此將會具有較大的破壞性。在這段時間當中，管道流量變化，將造成管道壓強和沖擊，造成管道出現破裂，還會出現管線癟塌這樣的情況。

在供熱系統中，主要是以智能化監管系統為主，不僅能夠實時監測管道內流量，針對預警水錘情況還能采取相關對策。對于停泵導致的水錘現象來講，所謂停泵水錘，具體而言，是指發生突然斷電，或者是相關原因造成的水泵停止運行。在水泵以及壓力管道中，水流速發生變化，進而造成壓力升降水力沖擊情況。如果出現停泵水錘這樣的情況，在水泵壓水管路中，擁有較大的起伏，還會出現斷流水錘。換言之，管路最高處中會出現負壓，如果壓強值低于飽和壓力，將會發生汽化，進而形成汽腔，使連續水流出現中斷現象。

另外，在供熱系統運行過程中，管段處流量出現較大變化時，在通信網絡下，數據能夠被及時反饋到監控中心。在這個過程中，監控中心會向控制點發出指令，并進行報警處理。當控制點接收到相關指令以后，及時將管道氣門開啟，這樣才能將管道當中的空氣及時排出，并減少增壓泵轉速，進而降低系統流量實際壓力。當搶險人員到達現場以后，針對不能進行有效預警處理的水錘現象，將會依據原預案，對解決措施進行深入性研究。

3.9.2 供熱智能化監管系統應用要點

對于供熱智能化監管系統而言，能夠實時監測供熱管網當中的數據參數，還能對供熱過程中的潛在問題進行預判，進而對問題進行及時地反饋，在真正意義上給予供熱質量提供保障，降低人力物力等不必要的浪費，確保供熱系統處于穩定狀態。

另外，有效運用智能化系統，能夠打破傳統供熱系統人力，進而確保智能化實現經濟節約。作為操作人員，應給予一定的技術培養，確保在供熱系統中，能夠有效調整換熱站以及熱源，進而對城市供熱系統進行控制。不僅能夠減少投資成本，還能提升運行效率。

4 結束語

導致供熱管網出現水力失調問題的原因有多種，所以要根據具體的原因，采取多樣化策略和方法。逐步重視水力平衡的調試工作，達到熱網之間的水力平衡，確保用戶都可以享受比較優質的供熱體驗，全面推動我國供熱事業的蓬勃發展。