管网水力模型（精选九篇）
管网水力模型 篇1
1 供水管网分区计量方案制定
镇江市供水起源于1912年, 供水水源位于市区最西部, 由金山、金西水厂形成自西向东的供水格局, 日供水能力40万m3, 供水区域约200 km2。供水管网总长1 164 km, 管网直径最大为DN1 500, 主要供水干线分为北、中、南三条。根据报表统计, 自2004年起, 镇江市供水管网漏损率逐年降低, 呈好转趋势, 但仍有一定的下降空间。
1.1 分区原则
1) 结合镇江市供水管网布局, 遵循管网流向分配。2) 尽量利用供水管网内的天然屏障或城市建设中逐渐形成的人为障碍, 作为分区的主要边界, 以减少流量计安装数量, 并方便施工。3) 将管网中由增压泵站供水的区域划分为独立计量的供水区域, 避免增压区域和非增压区域的相互交叉, 以便于管理和计量。4) 对于个别影响分区计量的不必要的小口径环状管网进行截断, 减少流量仪的安装数量, 也便于检漏。5) 尽量均衡各独立计量区域的供水规模, 便于分区后的供水管理和服务。
1.2 分区方案
依据上述原则, 主要以镇江市的中山路、古运河、沪宁铁路、312国道等屏障对现状管网进行划分, 并结合管网中增压泵站的独立分区, 所形成的分区方案共使用41台流量计, 将镇江市供水管网划分为12个独立计量片区。具体分区图见图1。
2利用管网水力模型评价分区方案
2.1 镇江市供水管网水力模型概况
镇江市供水管网DN200以上水力模型始建于2005年, 在近几年管网改扩建规划设计、增压泵站节能降耗改造中发挥了重要作用。为了对管网分区方案做出正确的评估, 本研究对所建立的DN200以上管道为主的管网水力模型进行了更新与校验, 以保证模拟结果准确、可靠。
2.2 分区方案评估
分区时需要对部分小口径管道实施关阀隔断, 明确供水管网系统中主要的送水管网, 限制干管配水。此举可能对供水管网的正常运行产生一定的影响, 在分区时, 应予以充分的考虑。因此, 本方案运用供水管网水力模型对隔断阀门关闭时全市供水管网运行状态进行模拟, 评估隔断阀门关闭对供水压力、管网水质的影响。
2.3 关闭隔断阀门后管网压力变化
城市供水管网水压不仅是直接反映城市供水服务质量指标之一, 也是全面掌握供水管网运行状态以及对整个供水管网系统实施正确调度的重要参数。合理的分区方案实施后, 不应对管网供水局部水压乃至全局压力产生较大的影响。
本方案中, 2个隔断阀门位于南徐大道东西走向DN200的管道上, 见图2。现通过模型模拟隔断阀门关闭前后测压点压力变化情况, 反映关闭阀门对于整个管网的压力影响。
表1显示, 隔断阀门关闭前后模型测压点压力变化很小, 这在一定程度上反映了隔断阀门关闭后对管网全局压力影响极小, 几乎可以忽略。
由于隔断阀门位于南徐路片区与南徐新城片区分界, 通过水力模拟进一步分析了阀门关闭前后对于南徐路片区与南徐新城片区压力影响。结果表明, 关闭隔断阀门对于临近片区的管网造成的压力波动较小。
通过以上分析, 可以判断由于管网分区关闭隔断阀门, 并未对该市供水管网水压产生较大影响, 不影响管网全局的正常运行。需要指出的是, 阀门关闭仍将对附近区域的个别用户产生影响, 造成一定的压力波动, 分区实施应充分考虑此部分用户的用水安全性与可靠性。
2.4 关闭隔断阀门后局部管段水质影响评估
当供水系统中水流方向发生突变或波动时, 会引发冲刷管道沉积物, 将污染物带入水中, 出现色度、浊度、铁、锰等多项指标超标, 造成短时间的水质恶化[3]。此外, 如管网中水流速度过慢, 将会导致停留时间增加, 在管道中产生锈蚀和生物膜, 引起水质恶化。
本研究中, 通过模拟隔断阀门关闭前后邻近管段流向、流速变化, 并以此为依据评估分区对管网水质影响。模拟结果显示, 隔断阀门关闭后, 阀门前后局部管段流向发生变化, 见图3, 且阀门前后管段末端流速水流速度突降为0, 形成死水端, 对局部管网水质构成一定的威胁。对上述管道应加强监测, 并通过周期性清洁管道, 死水端附近消火栓定期防水, 防止水质恶化。总体上, 由于隔断阀门管径较小, 数量少, 且位置集中, 对镇江市供水管网整体水质影响有限。
3 方案实施技术关键与措施
1) 详尽了解城市供水管网情况。
本方案确定过程中, 主要依据镇江市供水管网GIS系统, 分析管网的整体布局以及管网内现有屏障, 但一方面GIS系统与现状管网更新有所差别, 另一方面某些点不具备流量计安装条件的可能性, 因此需要在初步方案的基础上, 详尽了解城市供水管网情况, 核对分区边界, 并进行现场踏勘, 以最终确定流量计的安装位置。
2) 选择合适的流量计。
分区计量是依赖于流量计将整个管网分割成若干个分区来实现的, 因而流量仪的选择就显得十分重要。经过分析, 为保证施工的便利性, 以及对管材的普适性, 并避免从城市电网取电, 参考工程实例, 本方案最终选择了插入式电池供电电磁流量计。
3) 明晰各独立计量区域的抄见范围。
由于分区打破了镇江自来水公司原有的营业抄收界限, 因此应根据各独立计量区域的服务范围, 重新划分抄表界限, 收集管网运行的基础数据, 进行区域漏损评价。同时亦可以分区为单位进行独立考核, 提供管理水平和服务水平。
4) 分级实施、逐步细化实施方案。
考虑到管网的复杂性, 分区应采取分级实施, 逐步细化的原则。本系统工程可考虑首先对增压泵站服务区域或城市郊区进行分区;其次对管网复杂的中心城区供水范围进行分区, 这样先小范围的试点, 取得成功经验后再大范围的推广, 进而实施全市分区计量。
4 结语
利用GIS、水力模型等先进技术手段, 确定供水管网分区计量方案, 是实施区域化精细管理, 减低管网漏损量, 控制产销差的关键性步骤。但分区计量实施对产销差控制效果不可能立竿见影, 而是一项长期逐步深入的工作, 前期需要大量的资金投入, 后期需要管理工作的跟进, 需对各分区产销数据进行系统分析研究, 依据分析结果及时采取有效措施, 才能起到切实的效果。
摘要：针对城市供水管网分区计量问题, 以镇江市供水管网为例, 提出了进行管网水量计量分区的原则, 并建立了分区计量方案, 评估分区方案的水力、水质可靠性, 并且提出了方案实施的意见与建议。
关键词：供水管网,分区计量,管网水力模型,方案评估
参考文献
[1]周建华, 赵洪宾.城市给水管网系统所面临的问题及对策[J].中国给水排水, 2008, 18 (1) :30-32.
[2]舒诗湖, 赵洪宾.我国给水排水系统建模的机遇与挑战[J].中国给水排水, 2008, 24 (8) :5-7.
管网水力模型 篇2
1 概述
客车上水系统的设计是铁路给水站设计的一项重要内容。铁路经过六次大提速后，运行速度和路网结构已发生了很大变化。为了适应铁路旅客运输发展需要，铁路运输组织逐步压缩了客车到站后的停车时间，对客车给水站的设计和车站上水工作带来很大压力。为保证客车的正常供水，合理的`进行客车上水系统的设计就显得非常重要。由于客车上水栓的间距一般为 25m，显然不属于长管的水力计算范畴，为合理确定客车上水栓的给水管管径及供水水压，需要逐段进行详细的水力计算，设计人员利用 Excel 的计算功能，建立数学模型可提高设计效率。
2 客车上水栓的布置形式
客车给水站应有专供客车给水栓用水的给水干管，每排栓管应按两端进水或环状布置，也可从中部与给水干管连接成 T 形，每排客车给水栓管均应设置控制闸阀和计量装置。客车上水栓的布置形式会直接影响客车上水的速度。客车上水栓宜布置成环状，以利于客车上水时互相调节水压和流量，加快上水的速度，通常有以下3种布置形式。
3 水力计算模型
3.1 模型的准备
客车上水单元是由注水管接头、软管、附属管道及阀门、软管收放装置、控制装置等组成的整体。上水单元进水管直径为 DN40，上水单元软管长度不大于 15m，公称直径为 DN32 或 DN25。向客车上水栓配水的给水管道为栓管，向栓管供水的给水管道为干管。客车上水栓 25m 的服务水头包括有进水管、阀门、上水软管、客车上水栓接头及车体内上水钢管的水头损失。进行客车上水栓水力计算要详细计算上水干管的沿程水头损失以及上水干管向客车上水栓配水三通的局部水头损失。
3.2 模型的建立
正常供水时，两侧均能进水，栓口每处出水2.5l/s，《铁路给水排水设计规范》TB10010- 规定，客车给水栓最小服务水头从轨顶算起 25m，从轨顶与栓管之间还有一定高差，不同工程客车上水栓安装方式的不同，这一高差不尽一致，为简化计算这里取 1.0m，栓管处最小服务水头为 25+1=26m。
3.3 模型的应用
以某大型给水站高速车场为例，共设有 6 排列车上水栓，上水栓间距 25m，每排 18 座，动车长编组16 列，2 列为备用，备用的栓室不计入流量，列车上水栓均为单栓，上水供水主管直径 DN200，两端客车上水栓距离环网给水主管距离 35m，上水供水主管长35×2+25×(18-1)= 495m。
4 结论
在进行客车上水栓水力计算时，栓管管径不同，局部水损与沿程水损的比值差别比较大，不能按照常规的 10～20%进行估算而且每个栓头处服务水头不同，造成每个上水单元管道流速不同，应进行详细的水力计算。
为保证客车的正常供水，达到规范设计要求，对于单栓，T 型或两端进水时栓管管径不宜小于 DN150，一侧进水时栓管管径不宜小于 DN200;对于双栓，T型或两端进水时栓管管径不宜小于 DN200，一侧进水时栓管管径不宜小于 DN250。
管网水力模型 篇3
关键词：双热源；水力工况；实验；联网运行；集中供热
热源集中供热技术的开发和利用其目的主要是为了节约能源、降低成本、提高经济效益。多热源联网的应用，一定程度上实现了节约能源、降低成本、提高经济效益[1]。因此，其越来越多地被运用于工程实践中。本文就双热源联网供热管网水力的特性及运行调节情况进行分析，旨在不断完善和提高热源集中供热技术，减少环境污染，提高人民生活质量。
1.对双热源系统管网的具体水力特性进行深入分析和研究
双热源系统管网系统其实质就是具有较大复杂性的水力系统在这个复杂的水力系统中，存在于各环路间的水路均是有密切联系的，各水路的变化状况均存在不同程度的相互制约和影响。在热水供暖管网系统中同时存在多个热用户及供热机械设备。这些用户及机械设备之间也存在密切的连续，只要其中一个热用户或者供热机械设备出现状态，便会对整个系统造成一定的影响，导致管网中各点的压力分布就会随之发生新的分布变化，从而影响整个系统的供热质量。所以，在双热源联网研究中，对其相应的水力工况调节进行深入研究具有重要价值和意义。
1.1对管网的水力特性进行深入分析和研究
传统的单热源管网不存在水力交汇点，而多热源管网却存在水力交汇点，这个就是其水力特征的主要特征表现。所谓水力交汇点就是多种压力的平衡点。在该平衡点两侧的流体压力基本保持在相等的状态。水力交汇点的具体位置及数目的确定是进行管网水力特性研究的难点，同时也是重点。
①确定力交汇点的位置。通常情况下，在整个采暖期间，多热源管网中的水力交汇点位置均是不固定的，其会在一定的范围内不断地发生移动。对力交汇点的具体位置一般受管网干线热负荷分配、热网阻力数、并联热源总管资用压头三个因素的影响，由这三个因素共同决定。水力交汇点的位置移动可通过对热源总管进行调节来实现。水力交汇点位置的移动可造成热源间各水流量分配情况出现相应的变化。②连通方式及数目的确定。在双热源联网中，其连通的方式和数目才是影响水利交汇点的关键因素。本文主要以环形管网为例。在环形管网中，其相应的水力交汇点数目主要由热网回路数、热网上连结着的热源数、分布、容量等多种因素来决定。
2.水力工况调节简介
在复杂的热水供暖管网系统中，各热用户及机械设备出现状况，将会对整个系统的热水供暖情况造成影响，造成某些用户的供水过冷、某些用户的供水过热情况的出现。由此可见，在整个供热系统中，影响系统运行效率及质量的关键因素主要为水力工况调节。工况调节内容主要包括热力工况调节、水力工况调节。水力工况调节指的是在相应的工况环境及条件下，进行流量调节，实现系统流量的平衡状态。
通常情况下，在供热系统中，其调节主要分为质调节、量调节、分阶段改变流量的质调节、间歇调节等诸多种调节方式。根据供热系统的具体运行工况，正确选用相应的运行调节方式是有效保证整个系统的供暖质量及降低能源消耗的关键环节之一。应用质调节方式，水力工况较为稳定，且运行管理简便，同时可有效减少热能消耗。但其在运行过程中的循环流量一直保持在最大值状态，因此电能消耗较多。量调节方式应用于工况运行中时，其供水的温度具有较好稳定性，但水泵流量易受会到室外温度的影响，进而影响到用户室内的热量。
2.1水力工况调节模型的建立
进行水力工况调节时，必须要遵循以下三个定律：①基尔霍夫流量定律，即在任何一个集中供热系统中，流出、入某个节点的所有流量，其代数和均为0。②在任何一个集中供热系统中，任何一个回路中，存在于各各管段中的压降代数和均为0，即为基尔霍夫压力定律。如果回路流量为用户管段流量，那么，跟用户管段流量反向的为负，同向的为正。③当流体从系统中任何管段中流过时，可应用伯努利方程式将出管段断面间的能量方程式列出，求出相应的值数，即为伯努利方程。
2.2管网系统中的水力工况调节分析
促进系统中各各用户的实际流量使用得到最大限度地满足，满足各用户的暖水供应需求，是管网系统中进行水力工况调节的主要目的[2]。管网系统水力工况调节具体分为初调节。运行中调节两个内容。一般情况下，在供热系统运行之前进行相应的初调节。进行初调节的目的主要为实现多个用户间流量的优化配置，促进设计流量与实际应用流量保持一致，更好的满足用户实际流量需求。量分配不均是系统中普遍存在的问题，通过进行有效的初调节，可有效的对这一问题进行解决，同时也有效解决了冷热不均问题。所以，初调节其实质上也就是，对流量进行有效调节的方式。在供热系统中，流量的运行调节即为在室外温度对室内热负荷造成严重影响的情况下，并随着室外温度的变化而放生相应变化时，为了实现良好的室内供热质量，而通过某种方式对系统流量进行适当的调节，以实现室内内热负荷保持在合理的范围内。
在供热系统中，具体的运行工况主要包含事故、调节、设计3种工况。事故工况指的是，为满足用户具体流量需求，在事故状态下进行的工况。调节工况指得是，在相应的室外温度条件下，按照相应的调节方式进行工况设计操作。设计工况即为在相应的设计室外温度环境下，根据系统中具体的流量变化情况、具体设计负荷标准等进行的工况设计操作。在水力工况的具体调节过程中，主要包括确定实际工况、步骤：确定实际工况、计算设计工况两个步骤。一般情况下，可以不对供热系统中的供、回水干管进行调节，仅需要对热用户入口处的相关阀门进行适当调节即可完成整个设计工况的计算过程。
3.结束语
随着环境污染程度的不断加深，，开发和研究节约能力、减少污染、降低成本的供热技术及方式日益成为各国关注的话题。现在阶段，集中供热为我国应用最为广泛的采暖方式，集中供热是一种有效节约能源，可有效降低环境污染，保证供水质量，因此，应不断加强对其技术进行深入研究。
参考文献：
[1]黄文，管昌生.供热系统优化方法研究[J].国外建材科技，2012，8（35）：188-199.
管网水力模型 篇4
国外城市供水管网水力模型研究工作始于20世纪60年代, 最早是利用计算机的快速运算和准确存储记忆功能来进行管网平差工作, 进入80年代后, 科研人员开发研制了供水管网建模分析的专业应用软件和技术。目前国内常用的进口模型软件有:丹麦的MIKE URBAN、美国的Water CAD和EPANET2.0等。在国内, 20世纪70年代计算机技术最早应用在城市供水管网研究领域, 进入90年代以来, 赵洪宾、刘遂庆、张土乔、吕谋、信昆仑、袁一星、高金良等学者都在该领域做出了杰出的贡献, 使供水管网水力模型研究工作得以进一步深入开展。
供水管网水力模型在城市供水规划中的应用包括但不仅限于以下几个方面:1) 管道的设计;2) 泵站的设计与改造;3) 调蓄水库库容设计;4) 泵站选址。
1 规划管网水力模型的建立
规划管网的水力模型, 以丹麦DHI的MIKE URBAN建模平台为基础进行搭建。水力模型的建立过程, 包括前期资料准备、数据处理与水力模型搭建、水量分配三个阶段。在水力模型建立的过程中, 前期资料准备是基础, 数据处理与模型搭建是方案分析的重点和关键, 如何进行水量分配则是模型建立的难点。
1.1 资料准备
需要收集的资料包括:节点标高、管线拓扑数据、供水管网的分区水量布置等。
1.2 模型搭建
将管线拓扑 (管长、管径、摩阻系数) 、节点标高、水量数据以及水泵信息等数据分别输入到水力模型中。
1.3 水量分配
节点水量是根据规划的分区用水量, 在水力模型中按照比流量法来确定的。
2 规划应用实例
该城市中心区域属南部丘陵地貌, 地貌类型以丘陵为主, 浅丘平坝、中丘中谷、高丘低山类型大体各占1/3, 地势从北向南倾斜, 中心区域海拔256 m~500 m。
针对水厂选址问题, 本文利用MIKE URBAN共制定了两套方案, 并根据该两套方案的不同测算结果, 从技术和经济性层面对两个方案进行了比选。同时对两套方案分别进行了消防校核及事故校核。
2.1 方案设计
根据水量预测和水厂布局, 建立规划水力模型, 最高日用水量的时变化系数采用1.3 (最高日城市综合用水的时变化系数宜采用1.2~1.6[1]) 。JD水厂、SQ二水厂、XL水厂位置不变, 根据JX水厂的不同选址, 制定两套方案。
方案一:JX水厂设置在远离市区的取水厂处;
方案二:JX水厂设置在远离取水口, 靠近市区。
2.2 测算结果
2.2.1 水厂的供水范围
四个水厂的供水范围分别如下所示:
JD水厂:供水范围主要是JD片区;
XL水厂:供水范围主要是XL-LM片区;
JX水厂:主要是SQ片区、部分JL片区以及XC县城区;
SQ二水厂:该水厂两根出厂管分压供水, 供水范围主要是部分SQ老城区及大部分JL片区。
2.2.2 水厂的出厂流量和压力
JD水厂、XL水厂、JX水厂和SQ二水厂的规划出厂流量和压力如表1所示。
1) XL水厂地势较周边地区高, 因此XL水厂出厂压力为10 m即可满足供水区域内的水量及水压要求。
2) 该城市中心地区为丘陵地带, 地形起伏较大, 因此SQ二水厂采用分压供水的方式, 设两根出厂管分别供给地势较高及地势平坦处, 一号管出厂压力为46 m, 二号管出厂压力为70 m。
通过表1统计, 四个水厂总出水量为79.28万m3/d, 方案一中JX水厂出厂压力为57.8 m, 四个水厂平均出水压力约46.76 m;方案二中JX水厂出厂压力为40 m, 四个水厂的平均出水压力约为43.2 m。
2.2.3 规划管网整体压力分布
根据2.1所述两个方案, 利用MIKE URBAN进行模拟, 得出的压力分布情况如下:无论是方案一还是方案二, 规划后的管网绝大部分压力都处于14 m~48 m之间;在极个别部位出现压力低于14 m的情况。其中, 压力低于14 m的地方, 方案一共10处, 方案二共3处, 多为管网末梢或地势较高处。这些情况可以通过设置区域无负压泵站加以解决。
2.3 规划校核
2.3.1 消防校核
对各供水片区进行分区校核。
各供水片区供水人口、消防灭火量、同一时间内最大火灾次数如表2所示[2]。选取各区域中最不利点进行消防校核。消防时给水管网校核, 需要保证供水压力不低于10 m, 按此要求判定是否通过消防校核。
2.3.2 事故校核
根据GB 50013-2006室外给水设计规范设计要求, 城镇的事故水量为设计水量的70%[1]。将JD水厂、JX水厂和XL水厂各一根出厂管作为事故管进行事故校核, 事故校核时按最高时供水量的70%计算。
经过模型计算可得, 事故校核基本满足14 m最低压力要求, 只有个别几个点水压较低, 为10 m~14 m之间, 可认为事故校核通过 (供水管网末梢压力不应低于0.14 MPa, 管网压力合格率不应小于97%[3]) 。
2.4 规划方案比较分析
管网费用主要包括建造费用和管理费用。管网建造费用中主要是管线的费用, 包括水管及其附件费用和挖沟埋管、接口、试压、管线消毒等施工费用, 管理费用中主要是供水所需动力费用, 管网的技术管理和检修等费用不大, 动力费用随泵站的流量和扬程而定, 扬程则决定于控制点要求的最小服务水头, 以及输水管和管网的水头损失等。
在本次能耗分析中, 水泵效率以75%计, 水泵电耗成本假设按0.5元/ (k W·h) 计, 统计比较泵运行时间为一天 (24 h) 。通过管网规划得到的各泵站的设计流量和扬程, 利用模型分别计算出两种方案的电耗成本, 如表3所示。
同时, 利用MIKE URBAN的统计功能, 对两种方案使用耗材进行比较, 如表4所示。
相比于方案一, 方案二将JX水厂建于靠近市区、远离取水口, 减少了出厂管线的长度, 降低了泵的扬程, 从而可大大降低泵的能耗, 在保证供水所需的压力和流量的情况下, 其泵的能耗相比较可降低12%左右。同时, 输配水管网总长度基本不变, 方案二输水管线将多建约13.3 km, 但相应配水管会减少约13.3 km, 因此方案二的建设费用会较方案一而有所降低 (配水管一般会比输水管造价高) 。
综上, 在满足水量水压要求的前提下, 方案二的运行费用以及建设费用都较方案一有优势。
3 结语
本文通过对规划的两个方案进行测算、分析, 清晰直观地看到了方案的效果, 在此基础上, 可以根据自身的实际情况选择合理、经济、可行的规划方案, 同时对工程实施所需的投资建设作出正确的判断。在这一系列过程中, 水力模型作为分析的工具, 在优化水源、水厂布局、选择合理的管线等方面提供技术分析结果, 为总体规划提供保障;通过测算, 能合理地确定管网的更新计划, 为管道改造提供支撑与依据。因此, 水力模型在分析、规划和调控整个供水系统等各方面具有较高的应用价值。
参考文献
[1]GB 50013-2006, 室外给水设计规范[S].
[2]GB 50016-2006, 建筑设计防火规范[S].
浅谈供热管网水力平衡 篇5
1 水力失调和水力平衡的概念
在热水供热系统中各热用户的实际流量与设计要求流量之间的不一致性称为该用户的水力失调。水力失调的程度可以用实际流量与设计要求流量的比值X来衡量,X称水力失调度。
其中,QS为用户的实际流量;QJ为用户的设计要求流量。
水力平衡是指网路中各个热用户在其他热用户流量改变时保持本身流量不变的能力,通常用热用户的水力稳定性系数r来表示。
其中,QJ为用户的设计要求流量;Qmax为用户出现的最大流量。
2 供热管网水力失调的原因
一方面,为了节约投资,供热管网一般采用异程式枝状管网,在异程管网中各个环路的路程不同、阻力不同。这种方式使得热水流经近端用户的路程短,而流经远端用户的路程长,使得近端用户作用压差大,而远端用户作用压差小,这种管网如果设计、调节不合理就会造成近端用户流量远超过设计流量,远端用户流量远小于设计流量,造成近热远冷的现象。为了实现水力平衡,就必须要加装平衡装置并进行水力平衡调试。
另一方面,即使在水力平衡计算和管路布置能够满足水力平衡要求的情况下,设计中计算数据与实际状况的误差、施工的缺陷以及设备的故障等原因都会造成各环路、用户系统流量与设计值产生偏差,这些因素也是造成水力失调的重要原因。
3 供热管网水力平衡调节的原理
3.1 水力工况的基本公式
供热管网水力平衡调节就是通过调节管路的阻力使各用户的流量最接近于设计流量。对于简单管路来说,压力降和阻力数流量之间有下列关系:
其中,ΔP为管段两端的压力(全压)差;G为流经该管段的流量;S为该管段的阻力数,只与管段的材料、长度、管径、内壁粗糙度及局部阻力有关与流量无关
可见,作用压力一定情况下,管路阻力数与流量的平方成反比。对于供热管网来说,各用户之间是并联关系,存在如下流量分配关系[3]:
阻力数S大的支管其流量小,阻力数S小的支管其流量大。由于设计时受管道规格、流速等的限制,各并联支路之间所需流量与支路阻力数之间难以达到上述关系,必然使有些支路流量大于所需流量,有些支路流量小于所需流量,出现水力失调现象,从而导致冷热不匀现象。所以,供热管网水力平衡调节的实质就是调节各支路阻力,使各支路所需流量与阻力数之间满足上述关系。
为了调节各支路的阻力数,在各分支处必须安装性能可靠、调节方便的适当的调节装置,来实现上述目的。
3.2 系统水压图
异程系统和同程系统原理图见图1,图2。
调试原理:用附加阻力消除用户剩余的资用压头:加装平衡阀,进行系统初调节和运行调节以消除用户剩余的资用压头。
4 供热管网水力平衡常用调节装置
4.1 平衡阀
平衡阀[3]是一次性手动调节的,不能够自动地随系统工况变化而变化阻力系数,所以称静态平衡阀。平衡阀作用对象是阻力,能够起到手动可调孔板的作用来平衡管网系统的阻力,达到各个环路的阻力平衡的作用。
4.2 自力式流量控制阀
自力式流量控制阀[3]又称作定流量阀或称作最大流量限制器。从机理上看,在一定的工作差压范围内,它可以有效地控制通过的流量。当阀门前后的压差增大时,通过阀门的自动关小动作,保持流量不增大;反之,当压差减小时,阀门自动开大,以保持流量恒定。自力式流量控制阀作用对象是流量。
4.3 自力式压差控制阀
自力式压差控制阀上带有测压导管,可测出控制点之间的压差。当被控介质流量改变时,将导致自力阀芯的上下移动,使自力阀芯与阀座在一个新的位置产生平衡,改变了自力阀的流通截面积和流量系数,但压差值不变。
5 供热管网水力平衡调节方法
1)动态平衡阀调节法。供热管网中使用的动态平衡法分为自力式流量控制阀和自力式压差控制阀。自力式流量控制阀作用对象是流量,能够保持流量恒定,所以使用自力式流量控制阀的关键是设定流量的确定,设定流量可根据供热系统总循环量和各建筑的热负荷分别计算出各建筑的相应流量,这种方法简便易行,适用于定流量系统,不适用于变流量系统。自力式压差控制阀作用对象是压差,可以使供回水压差维持在设定压差值附近,设定压差可取设计流量下该分支处的供回水压差,主要适应变流量系统,调试简单,但必须准确计算系统压降。
2)利用简易快速法与温度调节法相结合来进行调节。由调节原理知,并联支路的任一支路阻力改变必然引起整个供热管网流量的重新分配,某一支路阀门关小,流量减少时必引起其他支路流量的增大。简易快速法[1]就利用了这个原理。
在进行初调节前,系统的阀门处于全开状态,初调节应在关小阀门的过程中进行。
用上述调节方法调节后,在供热阶段可采用温度调节法进一步调节。温度调节法的原理步骤如下:
由于建筑室内温度与供回水平均温度之间存在简单的对应关系。当供回水平均温度相同时,室内温度必然相等。所以,温度调节法[1]就是通过调节各用户流量使各热用户的供回水平均温度达到一致,从而实现各热用户室内温度彼此相同的目的。由于供热管网中各用户的供水温度一般相等,可采用回水温度调节法来简化操作。回水温度法可采用如下操作方法:以各用户回水温度的平均值或粗略的以热源的总回水温度作为基准温度,然后逐个调节各个分支的阀门,当某分支的回水温度高于基准温度时,关小阀门,反之,开大阀门,使该分支的回水温度等于基准温度。
6 结语
供热系统的水力平衡调试的前提条件是具备正常的供热系统、适用的调试装置和正确的调试方法。供热管网的水力平衡调试是一项专业性强,技术要求非常高的综合性工作,既需要准确的计算,也需要有一定实践经验的专业技术人员去分析解决调试过程中遇到的一些问题。随着我们对管网水力平衡调试工作的重视和调试经验的不断积累,达到管网的水力平衡是完全可以实现的。
摘要：揭示了水力失调与水力平衡的概念,分析了水力失调的原因,依据供热管网水力平衡调节的原理,介绍了供热管网常用的调节装置,同时介绍了两种供热管网水力平衡调试方法,指出采用正确的调节方法能够实现管网的水力平衡。
关键词：供热管网,水力失调,水力平衡,调节方法
参考文献
[1]石兆玉.供热系统运行调节与控制[M].北京:清华大学出版社,1994.
[2]江亿.我国供热节能中的问题和解决途径[J].暖通空调,2006,36(3):37-41.
喷滴灌工程管网的水力计算 篇6
按目前比较成熟的系统规划设计方法,一般滴灌系统的输配水管网包括干管、支管和毛管,干管按系统控制范围又可分为主干管和分干管;喷灌系统输配水管网包括干管、分干管和支管。
1 滴灌管网的水力计算
1.1 管网水力计算的步骤
1)计算灌水小区允许水头偏差[△h]。为了使灌溉达到较好的灌水均匀度,目前设计中通常在毛管(滴灌带)之前采用稳流三通(流量调节器)连接,因此允许水头偏差可全部分配给毛管。
2)根据毛管布置方式和毛管允许的水头偏差,计算毛管极限孔数和允许最大铺设长度。按计算的允许最大铺设长度,考虑实际地块形状,确定毛管的实际铺设长度,实际铺设长度必须小于或接近计算出来的最大铺设长度。
3)根据毛管实际铺设长度,进行各级管网布置与系统工作制度设计(划分轮灌组和各级管道设计流量计算),根据选用稳流三通规格和水泵选型复核设计参数。计算毛管的水头损失及毛管进口要求的工作压力。
4)计算支管水头损失及支管进口要求的工作压力。
5)计算主干管、分干管管径,按最不利的轮灌组计算各级管网水头损失和节点压力,并累计至系统管网入口。
6)根据管网总水头损失加上系统首部损失,计算系统总扬程,并选择泵型。
7)根据已定水泵型号和水泵工况点由水泵、首部设施再经各级管网至毛管推算节点压力,进行节点压力均衡验算和水锤压力防护验算。
1.2 应注意的问题
1)根据系统流量和所需扬程选定水泵型号,由系统首部往下级管道推算节点压力,复核系统在设计工况和校核工况下的水泵工作点和节点压力。但在设计中往往省略了这一步,这样可能出现水泵运行在高效区以外,从而影响灌溉质量,不能满足作物需水要求,不利于选择系统最佳运行方式和系统安全。
2)在管网水力计算中,各级管道的管径大部分采用经济流速计算选择,在系统管网布局已定及压力得到满足的情况下,管径越小,系统投资越低,所以在工程设计中,应尽量减小管径,而经济流速就需提高。目前计算采用的经济流速值相差较大,从小于1m/s到3 m/s,结果往往不经济;查阅多种参考资料,经济流速值也有差异,通过多年的工作实践,笔者认为,干管的流速宜选择在2m/s左右,PE管可选择在3 m/s左右。当然,管径的选择不仅仅从经济(工程一次性投资和年运行费)方面考虑,同时还要考虑技术条件综合确定,选择适宜的管径。
2 喷灌管网的水力计算
2.1 管网水力计算的步骤
1)计算最不利支管的水头损失及支管入口压力,支管管径及水头损失计算时应注意:同一支管上任意两个喷头之间的工作压力差应在喷头设计工作压力的20%以内,这样才能保证同一支管上各喷头实际喷水量的相对偏差不超过10%。
2)计算分干管和干管的水头损失和入口压力。
3)计算系统设计工作水头及设计扬程,并选择泵型。
4)压力均衡验算,使各管道进口压力值达到要求值。
5)水锤验算。
2.2 应注意的问题
1)水泵扬水管损失应计算加到水泵总扬程中,否则系统总扬程不够,影响系统流量。这个问题也是计算中经常忽视的问题。
2)水锤压力验算后,设计时经常写阀门缓慢开关,这种要求比较模糊,运行时不好操作和控制,对系统安全不利,应明确阀门开关的最小时间要求。当关闭历时满足Ts≥20μs时,可以不验算水锤压力,但应提出最小关阀时间。
3)分干管、干管一般按经济管径计算,管中流速控制在1.5m/s～3m/s为宜,实际工程设计中管中流速往往选用较小,势必加大管径尺寸,从而增加工程投资。最终管径需考虑经济(工程一次性投资和年运行费)和技术方面的因素综合确定。
摘要：对喷滴灌工程设计中的水力计算部分,论述了两种灌溉方式水力计算的基本步骤,提出在实际计算中需要注意的若干问题,供设计时参考。
关键词：滴灌,喷灌,压力,水力计算
参考文献
【1】顾烈烽.滴灌工程设计图集[M].北京:中国水利水电出版社,2005.
【2】秦为耀,丁必然,雷建军.节水灌溉技术[M].北京:中国水利水电出版社,2003.
管网水力模型 篇7
1 平差概况
主要对两套生产水管网系统(工业水、低硅水)分别选择典型用水时段的工况建立计算机模型,使模型尽可能符合实际供水情况,进行现状校核,并以次模型为基础进行下一步的方案计算,当时的方案设计主要有两条思路:1)分别在两套供水管网中,选择合适的位置控制阀门关闭,使供水的方向和路径相对集中,从而提高工作管道的流速。2)并网方案即考虑到两套管网的管径都偏大的问题,因而将两套管网在卫六路以西合并。
本工作中的水力计算部分采用WSZ管网平差软件,建立符合生产用水管网系统的计算机模型。经过全面细致的资料收集工作,将实际出厂水量和各流量仪及地面表的记录数据进行比较,发现有一定的差距,考虑到管网的实际输、供水量,最终管网总流量按照水厂出水量进行现状校核。节点流量分配的准确性是水力计算的关键之一,每一个流量仪在模型中都用一个节点表示,收集到的水表记录用水量也都有相应的节点表示。仪表总记录水量与水厂出水量的差值按比例分配给水管网中各用水节点。
2 管网改造的具体措施
2.1 工业水管网改进方案
1)将位于金三中路上的阀门F1116,F1117关闭,如图1所示。
这段管道上并没有工业水用户,而且现状计算中管道流速仅为0.11 m/s,是导致卫九路用户的用水管道停留时间过长的一条主要输水管,阀门关闭后,原来此管道320 m3/h的管道流量由其他管道转输,从而提高了卫六路以西管网的流速。根据水力计算,算得管道里的水力停留时间缩短了2 h。部分数据如表1所示。
2)将位于北随塘河路上的阀门F1268,F1267关闭,如图2所示。
现状水力计算中,管道流量为260 m3/h,流速仅为0.09 m/s,该管道和乙烯厂内一条主干管隔河平行铺设,而水流方向相反,增加了水在管道内的停留时间。因而关闭此管道会提高管网的流速,缩短水的停留时间。部分具体数据如表2所示。
3)将方案1和方案2的阀门全部关闭,如图3所示。
管道流速提高的效果非常明显。这样卫六路以西地区仅靠沪杭公路上的一根DN700和乙烯厂内的一根DN500的管道来供水,乙烯厂内的供水管道不易控制。所以,供水可靠性比较差。部分数据如表3所示。
4)并网方案:
将卫六路以西的低硅水和工业水管网合并,由于工业水用户很多,工业水管网不可能停止运行,而低硅水用户较工业水用户少很多,所以考虑将卫六路以西的低硅水管网暂时废弃,原工业水用户用低硅水来供应,原低硅水用户则从工业水管网中取水。废弃的方法是将阀门F2077,F2082,F2050关闭。仅从提高工业水管网流速的角度看,并网的效果最佳。但是对于低硅水来说,水力条件并没有得以改善。另外并网将产生很多管理上的不便,工业水的水质要提高至低硅水的水平,因而将大大提高水厂的制水成本。部分数据见表4。
2.2 低硅水管网的改进方案
1)将沪杭公路上的阀门F2077,F2081,F2057关闭,开启原本关闭的煤电厂的两流量仪(Q131和Q132)之间的阀门。因为沪杭公路上的管道仅起输水作用,没有低硅水用户,允许关闭。这样低硅水到卫六路和金一路交汇口后不再分支,而是直接沿卫六路、金三中路到卫八西路煤电厂等低硅水用户。水力计算表明,管道流速比现状有较大幅度的提高。
2)并网方案:将卫六路以西的低硅水和工业水管网合并。
由于工业水管道比较多,工业水管道流速原本就很低,并入的低硅水流量又很有限,所以比起低硅水现状而言,水力条件并没有多少改善,而且将会大大提高水厂的制水成本。
3 结论和建议
经过计算分析,在低硅水管网改进方案中,我们推荐第一方案。主要原因是:与现状水力计算相比,流速有很大幅度提高,水力停留时间由现状的6 h下降到4 h,而且对于供水可靠性的影响
不大;工业水管网也推荐第一方案,主要原因是:与现状的水力计算相比,流速有很大的提高,到煤电厂的水力停留时间从现状的8 h下降到6 h,对安全性而言,基本上不影响供水安全。
4 尚待探讨的问题
1)管网的调度、阀门的关启都有一些不可预测的问题存在,因而还需对实际情况进行分析才可具体实施。2)目前工业水管网的管壁中存在厚大约1 cm的黑色沉积物,经检验主要是MnO2的含量偏高,究其原因是在工艺上没有除锰的具体措施。为了解决水质的实质性问题还是要从根本出发。3)原水日益恶化,再加上每年气候的不可预料性,这就增加了制水的难度。而原水预处理则弥补了此缺憾,可以有效地除锰、氨氮等,有效地提高原水水质。
参考文献
[1]GB 50013-2006,室外给水设计规范[S].
[2]中国市政工程西南设计研究院.给水排水设计手册(1)常用资料[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[3]严煦世,范瑾初.给水工程[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
管网水力模型 篇8
1 集中供热管网系统出现水力失调的原因
集中供热管网系统运行效率与水力平衡有直接关系,但是,在集中供热管网系统运行中会出现水力失调现象,一部分用户出现温度过低,另一部分用户出现温度过高,使城市集中供热质量下降,供热企业受到社会和用户的质疑。同时,对供热公司造成较大的经济损失。通过对城市集中供热系统的详细分析,从而得到供热管网水力工况失调的原因。
1.1 集中供热管网系统循环水泵功率不足
集中供热管网系统中使用较多的循环水泵,循环水泵存在流量或扬程不搭配问题,易造成工作点偏离,使管网水力工况不能处于有效工作区间,产生水力失调问题。
1.2 集中供热管网系统用户多样化要求
集中供热管网系统将热力用户定义为宽泛而均一状态,随着时间的推移,用户在数量增加的同时,出现了对热量的使用和方式的不断改变,造成供热管网网络处于变化状态,必须准确调节集中供热管网系统,才能使网络流量科学合理。集中供热管网系统的再次分配,会出现水力系统失衡,进而出现水力失调。
1.3 集中供热管网系统结构单一
取暖系统的大多数客户都使用了单管顺序式管网,过长的供热半径和复杂的集中供热管网系统结构带来调节和控制的难度,由于传统集中供热管网系统缺少有效而准确的调节设备,使集中供热管网系统处于混乱和无序状态,这是出现集中供热管网系统水力失衡的根本因素之一。
2 集中供热管网系统改进水力失调的措施和方法
集中供热管网系统应对水力失调要有针对性,要立足于集中供热管网系统的特点,研究集中供热管网系统,探寻集中供热管网系统运行的规律,形成集中供热管网系统良好运行的规范和行为方式,做到高效率、高质量的运行。
2.1 做好集中供热管网系统的设计
设计集中供热管网系统过程中,进行集中供热管网系统改造,要强化设计环节,将集中供热管网系统出现水力失调现象列为设计的前提之一。在设计集中供热管网系统的实际操作中,避免忽略传统集中供热管网系统设计中对水力的计算问题,掌握集中供热管网系统的关键信息和全面数据,通过水力计算找出水力失调的原因,积极预防集中供热管网系统的水力失调。在设计集中供热管网系统的具体工作中要优化系统水泵的设置,在集中供热管网系统中添加必要的功能水泵,全面提高集中供热管网系统的经济性,有效预防集中供热管网系统出现的水力失调问题。
2.2 增加集中供热管网系统自用压头的数量
针对集中供热管网系统循环能力不足,水泵功率不足产生水力失调,应该从集中供热管网系统的压力改造和水泵增加方面考虑解决方法。要结合集中供热管网系统的特点,根据用热用户的需要增加集中供热管网系统中循环能力,选用大功率、大扬程水泵提高集中供热管网系统的循环效果,提高集中供热管网系统的调节效果,有效提升集中供热管网系统对水力失调问题的预防。要从集中供热管网系统和用户需要出发,改进自用压头数量和功率不足问题,要在集中供热管网系统关键部位和供热薄弱部位增加自用压头的数量和扬程,通过对集中供热管网系统出入口的控制,不同功率自用压头的安装,使集中供热管网系统达到内部阻力和热量平衡,提高集中供热管网系统的节能效果,控制集中供热管网系统和自用压头的功率消耗,缓解水力不足、不平衡造成的集中供热管网系统水力失调问题。为了预防集中供热管网系统中因抢水而产生的水力失调,应该以增加自用压头的方式增加对过冷用户的供热效率,控制集中供热管网系统整体的分布,改进集中供热管网系统中不合理的加压水泵,调节附加压头的数量和位置,通过对自用压头的调节使集中供热管网系统的水力得到平衡,预防集中供热管网系统出现抢水问题,化解集中供热管网系统水力失调的矛盾。
2.3 提高集中供热管网系统的调节功能
集中供热管网系统需要动态而准确的调节才能提高效率,而集中供热管网系统水力失调问题的预防和解决要通过提高集中供热管网系统的调节功能。当前,进行集中供热管网系统设计改造过程中,可以将双管采暖的思想引入到供热系统建设中,利用双管网的优势,准确计量集中供热管网系统的热量,利用双管网的长处提高集中供热管网系统的流量控制效果,将集中供热管网系统中压力、温度等关键参数的控制集合在调节和控制工作中,提高对水力的调整能力,确保集中供热管网系统的流量和动力,消除造成水力失调的剩余压头,提升集中供热管网系统的经济运行能力。在集中供热管网系统建设中应加强对自动化设备和数字调节装置的使用,并利用局域网和光纤建立起集中供热管网系统遥测、调节、控制的新网络,保证集中供热管网系统稳定运行和高效率的工作。
2.4 改进集中供热管网系统的运行模式
集中供热管网系统有着不同地域、不同结构、不同区域、不同功能的特点。集中供热管网系统的运行有不同的运行模式。要通过用户对供热的需要,建立起集中供热管网系统运行模式,将集中供热管网系统产生的水力失调问题化解在运行操作过程中。集中供热管网系统运行模式的建立要遵循大流量、小温差的规律,降低集中供热管网系统中冷热分布不均的可能,既可有效提升集中供热管网系统中温度不足问题,又能控制集中供热管网系统中温度过高的现象,控制集中供热管网系统的热量消耗,降低集中供热管网系统的浪费,提高集中供热管网系统的应用性和实用性,控制水力失调对集中供热管网系统的安全生产和经济运行的影响。
3 结语
对集中供热管网系统出现的水力失调现象要有正确的认识,要从维护集中供热管网系统稳定和提高集中供热管网系统效率的高度去审视水力失调问题,将水力失调作为集中供热管网系统建设和改造的前提,改进集中供热管网系统的功能,落实集中供热管网系统的运行,最大程度解决水力失调现象,构建集中供热管网系统的新网络,组建集中供热管网系统新模式和新平台,通过化解水力失调问题来重建供热管网新系统。
参考文献
[1]柳箭.根除热网水力失调的节能技术[J].建设科技,2011,(08):56-59.
[2]张庆.集中供热管网水力失调问题的分析及解决措施[J].山东工业技术,2015,(04):70.
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[5]祁新建,仇豪超.供热管网失水严重的原因分析[J].石河子科技,2010,(03):112-114.
[6]王宁.集中供热管网的设计施工及运行调节[J].建材与装饰,2016,(12):241-242.
管网水力模型 篇9
热网运行过程中的极不稳定性因素常是导致水力失调的主要原因,本文的研究对象之一——自管站,就是供热系统中极易出问题之处。自管站是一类特殊的热力站,集中供热自控系统无法接收该类热力站运行参数的相关信息,仅由其自身控制。这类具有自主调控运行的热力站在很大程度上会影响集中供热系统水力工况的稳定,干扰全网的水力平衡调节。将自管站和非自管热力站划定水力分区,即可在保证热网良好输配平衡调节效果的前提下,确定热网改造所需自力式平衡阀和中继水泵的最少安装量和合理安装位置。
对集中供热系统的水力平衡调节常采用比例法、补偿法、模拟分析法、阻力系数法等[3],但以上方法均属初调节范畴,受适用范围限制,存在一定局限性。目前热力站供热管网实现水力平衡主要依靠在热力入口安装平衡阀,如能够实现变量自动调节的自力式调节阀,对管路流量进行控制[4,5],或在供热管网设置均压罐来提高热水管网的水力稳定性,改善水力失调[6,7]。对于新老建筑共存的热力站,则通过末端混水连接改造可以解决热量分配不均等问题[8]。
本文主要针对含自管站的供热管网,建立含自管站的集中供热管网水力分区模式,提出的一种适用范围广、调节效果好、调节精度高、初投资较低且调节简便的集中供热系统输配平衡调节方法,可有效减少集中供热管网中由水力失调引起的冷热不均现象,提高系统节能率及供热质量。
1 热网中自管站特性规律
自管站是一种在供热系统中独立存在的热力站,不受集中供热自控系统的调配,而是以满足其下辖终端热用户采暖需求为运行目标,进行自主调节。通过建立含自管站的热水供热系统算例探究热力站水力特性的影响因素将为后续水力分区及输配平衡打下理论基础。
自管站流量调节后,热用户和部分管段的阻力数将发生改变,管网的特性曲线会随之发生改变,热源处需对热水流量进行重新分配,这样就导致了其他热用户的水力失调。自管站的数量、位置、距热源的距离及供热面积是对热力站水力特性影响程度较大的4个因素。依据常见热水供热管网的拓扑结构的普遍特性,通过对含自管站的算例热网进行水力工况仿真模拟,得到自管站的特性规律如下。
(1)自管站位置、数量及供热面积是影响热网水力稳定性的关键因素,而自管站距热源的距离则未产生明显影响。具体来说,自管站位置对热网稳定性的影响程度排序为:主干线末段大于支线中、末段大于主干线中、末段大于支线前段大于主干线前段。
(2)自管站的供热面积与水力失调比波动方差呈正相关关系,同时,自管站流量调大相对于流量调小对管网的水力失调影响程度更大。
(3)任意位置处自管站数量越多,其流量调节对全网热用户水力失调度的影响越大。
(4)自管站距热源距离改变后,自管站流量调节对全网水力失调程度并未造成明显影响。
2 含自管站热网的水力分区模式
2.1 水力分区的必要性及理论依据
由上述仿真结果可以看出具有不同特性的自管站对全网水力失调状况的影响程度不同。换言之,对某一含自管站的供热管网,不同区域的水力工况的稳定度是不同的。只有将自管站隔离出来,并在分区的基础上通过采取加装平衡阀或设置均压罐等其他热网改造措施削弱自管站与其他热力站的水力耦合性,可有效提高热网的稳定性。且水力分区可将不同失调程度、不同调节难度和不同水力工况的热力站进行分级处理,使水力调节更具针对性和目的性,对不同分区的热力站进行有顺序、有梯度的调节。因此,在管网的输配平衡调节过程中对含自管站的热水供热管网进行水力分区十分必要,通过将水力稳定性较差的区域划分出来进行特殊处理,从而使调节更具针对性。
水力分区依据“在同一个分区内,各热用户之间的水力耦合性较大;不同分区之间,水力耦合性较小”的原则进行。分别对每一个自管站与其他非自管站的水力相关性系数η按式(1)进行计算,若水力相关性系数大于5×10-4,则认为该非自管站与相应的自管站存在较强的水力相关性。
式中:ηij为第i个自管站与第j个非自管站的水力相关性系数;k为自管站流量系数改变次数;⊿λijk为第i个自管站流量变化时第j个非自管站的水力失调比变化量(⊿=λ′-λ,式中:λ′,为自管站流量改变后热用户的水力失调比;λ为初调节后热用户的水力失调比),n为非自管站个数。
水力稳定性评价系数为分区内所有自管站水力影响度的和,如式(2)所示,可用来实现对各水力分区的分级处理:
式中:μ为水力稳定性评价系数;vi为水力分区内自管站的水力影响度。
2.2 水力分区的流程
含自管站的热水供热系统水力工况分区应按图1流程进行。
(1)利用热网优化运行调度软件,将初始热用户及管网的拓扑信息和数据录入数据库中,据上述仿真模拟条件对不同类型自管站运行工况下的热水流量进行调节。
(2)已知初始条件下自管站流量为设定流量。此时在运行工况下,其他部分换热站处于水力失调状态,需通过调节这些换热站的运行阻力数及循环水泵特性曲线对各换热站进行初调节。本文中设定当水力失调比在1±0.05范围内时即达到水力平衡。
(3)满足此条件后再针对自管站的流量变化进行水力工况模拟:流量调节系数的范围为0～2,调节间距为0.2,即每种设定条件下需对自管站的流量进行10次调节,每次调节后记录其他非自管站的运行流量。
(4)计算不同工况下各热用户的水力失调比和水力失调比变化量,以及不同工况下全网的水力失调比波动方差。之后计算各自管站与其他热力站的水力相关性系数,得出各自管站与其他热力站的水力耦合性的强弱,从而为水力分区提供数据支撑。
(5)水力分区时,分别以各自管站为基准热力站,若某非自管站与该自管站的水力相关性系数大于等于5×10-4,则将该非自管站与原自管站划定在一个水力分区内。若划分水力分区时某两个分区间有部分区域重合,则将这两个分区合并为一个分区,即某一个水力分区内可存在多个自管站。
3 适用于含自管站的供热管网的输配平衡解决方案
3.1 实现输配平衡的方式
在实际供热管网中,目前应用较为广泛的解决输配平衡的方式主要有两种:节流式水力平衡和有源式水力平衡。其中,节流式水力平衡是通过阀门节流的方式改变管网的阻力,从而达到流量重新分配的目的,可以理解为一种被动式的水力平衡调节。自力式流量阀和自力式压差阀是较为常见的自力式平衡阀。有源式水力平衡,主要是通过加设分布式变频水泵的方式改变管网流通率,管网压力随之改变,以此来使各热用户达到设定流量,是一种主动式的水力平衡调节方式。
综合供热规模、建设和运行成本等多方面条件,在实际供热工程中应用较为广泛的分布式水泵系统主要有以下几种:以最少加压泵工作为目标的分布式水泵系统;以最少节流损失为目标的分布式水泵系统;用户自调节零压差点变化不控制的分布式水泵系统。
输配平衡调节的基础是相对流量控制法,该方法弱化了热网的初调节的作用,在输配平衡的调节过程中,不以各热用户或各热力站的设计流量为调节目标,而是从终端热用户的实际供热效果出发,将热网二次侧的供回水平均温度作为目标变量,调节一次侧的流量,使各热力站的二次侧供回水平均温度趋于一致,最终达到均匀供热的目的。
3.2 实现输配平衡的流程
含自管站的供热管网如要实现输配平衡,可按以下步骤进行。
(1)在进行调节前,首先需完成水力工况分区,将水力工况较为复杂、水力稳定性较差的区域划分出来,这些分区内的热力站做单独处理,分区能提高热网输配平衡调节的目的性和针对性。其次再对该管网进行改造,在合理的位置加设自力式压差阀和中继泵,从硬件部分提高热网输配平衡调节的可操作性,从而使调节的手段更为丰富。
(2)将调节分为水力分区内和水力分区外两部分,确定各热力站的调节顺序。本文提出的适用于含自管站供热管网的输配平衡解决方案优先进行水力分区之外的调节,再进行水力分区内的调节,即首先根据相对流量控制法调节各分区之外的热力站(自管站除外)的流量阀,从各条支线末端依次进行。由于进行了水力分区的隔离,分区外部的流量调节并不会对分区内的水力工况造成影响。分区外各热力站(非自管站)调节完成后,再对各分区内的热力站(非自管站)进行流量调节。各水力分区外的自管站对热网水力工况的影响因子较小,因此在调节分区外的热力站时,系统不会受到自管站无序调节的干扰,这部分管网的调节会达到良好的效果。各水力分区内的自管站对热网水力工况的影响因子较大,在调节过程中各分区内的流量波动情况会比较显著,此情形下采取的调节策略是保证各热力站的正常供水流量。简而言之,就是某非自管站由于周边自管站的流量调节使该站二次侧供回水平均温度与全网的供回水平均温度偏差较大时,此时增大该分区中继泵的功率,使水力失调较为严重的热力站(非自管站)获得所需的压头和流量,保证所有热用户正常的供热需求。
4 济宁东郊热网水力分区及输配平衡改造方案实例
济宁东郊热网供热范围和负荷较大,其供热面积约为802.97万m2,共有203个热力站,其中包含分布在热网的各个区域的29个自管站。自管站详细信息如表1所示。
为了简化建模和计算过程,使该热网的运行工况模拟水力计算更准确,故根据热网实际拓扑结构和热力站分布将其拆分为3条独立的干线。本文仅以干线二为例进行模拟计算。干线二的拓扑结构见图2。
按照前述水力工况运行模拟方法,将所有自管站设为调节状态,然后对各自管站依次进行流量调节,流量调节系数由0～2共调节10次,步长为0.2。记录每种工况下其余各热力站的流量变化,随之计算出干线二各自管站在各流量调节系数下整体热网的水力失调比波动方差τ:
干线二计算结果如表2所示。
下面以干线二中的自管站n42为例,作出流量调节系数与水力失调比波动方差τ的函数关系图,如图3所示。
其水力影响度二次曲线拟合函数为:
则水力影响度发为0.0001。同理可得到干线二中其他自管站的水力影响度,如表3所示。
然后按式(1)分别对各自管站与其他非自管站的水力相关性系数η进行计算,计算结果如表4所示。
根据表4所示计算结果,将各自管站和非自管热力站根据水力相关性系数划定水力分区,若有部分自管站之间发生重合,则将这两个分区合并为一个分区。因此原济宁东郊集中供热管网共划定出11个水力工况稳定性较差的区域,分区结果如表5所示。
经计算,济宁东郊供热管网各水力分区的稳定性评价系数如表6所示,当水力相关性系数大于5×10-4,则认为该非自管站与相应的自管站存在较强的水力相关性。
5 结论
根据自管站的特性规律,本文详述了进行水力分区的必要性、依据及分区流程,并基于当前供热系统中应用较为普遍的解决热网水力平衡的措施(主要包括节流式水力平衡和有源式水力平衡这两种水力平衡平衡措施)以及均压罐的应用,在水力分区基础上提出了适用于含自管站供热管网的输配平衡调节策略。这对实际工程应用具有深远的指导意义。
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