熱力網

一、熱力網簡介:

由區域供熱蒸汽管網或熱水管網組成的熱媒輸配系統，總稱為供熱管網（熱力網）。對于區域鍋爐房供熱系統，在僅有供暖熱負荷的情況下，以熱水為熱媒，特別是采用高溫水供暖最為經濟。當供熱系統既有生產工藝熱負荷，也有供暖、通風等熱負荷時，通常以蒸汽為熱媒來滿足生產工藝的需要。對于供暖系統的形式、熱媒的選擇，則應通過全面的技術、經濟比較來確定。一般來說，以生產用熱量為主，供暖用熱量較小，而且供暖時間又不長時，宜采用蒸汽供熱系統向用戶供熱，應設置蒸汽管網。而對于室內采暖系統，可考慮采用汽-水換熱器來解決熱水供暖問題。如供暖用熱量較大，且供暖時間又較長時，宜采用單獨的熱水采暖系統，則采用汽、水并行管網供熱。我國地域遼闊，供暖時間差別較大（從100天到200天不等）、區域不同，所以對供熱系統熱源、熱媒、參數的選擇，要因地制宜進行具體分析，擇優確定供熱管網系統。

根據《城市熱力網設計規范》要求，熱水熱力網宜采用閉式雙管制；蒸汽熱力網的蒸汽管道宜采用單管制。當符合下列情況時，可采用雙管或多管制。

①各用戶間所需蒸汽參數相差較大或季節性熱負荷占總熱負荷比例較大，且技術經濟合理的場合。

②特大型復雜供熱系統熱負荷分期增長，或需要多種熱源等場合。

二、熱力網分類:

1.按熱媒種類劃分

有蒸汽和熱水及冷凝水回收熱力網時，可劃分為：

2.按功能劃分

熱水熱網可分為一級管網和二級管網兩種。一級管網系指從熱源引出后至熱力站（換熱站、熱力分配站等）的供、回水管道系統。多采用高溫水為熱媒，有時也可用蒸汽作熱媒。二級管網系指由熱力站至熱用戶的供、回水管道系統。一般采用低溫水為熱媒。

三、熱力網布置與敷設：

1.熱力網布置

熱力網的布置形式，應保證在任何運行工況時，能將熱能通過熱力網，安全、經濟、合理地輸送到熱用戶，以滿足生產和生活需要。主要的布置形式有如下幾種。

（1）枝狀管網　枝狀管網是從熱源引出主干線，沿程向各熱用戶分別以支線供熱，形成類似樹枝狀布置的管網。枝狀管網的優點是投資費用低，缺點是距離熱源近處的主干線發生故障時影響較多用戶。設計時要認真做好水力計算，保證水力失調在規范規定范圍之內。近幾年來廣泛采用恒流量調節閥，分別裝在熱力網及用戶熱力入口處，提高了枝狀管網水力穩定性，叫做“附加阻力平衡”。為了減少主干線發生故障，影響用戶范圍，宜在各分支管線引出點設置檢修隔斷閥。

（2）環狀管網　當供熱面積較大，又是多熱源供熱時，各熱源引出主干線或支干線，并在適當位置連通在一起，形成環形管網，主要用于熱水供熱的一級管網。由于管線加長，部分管徑增加，所以投資費用較高。其優點是運行安全可靠，可以相互備用及調峰，能達到在不同氣候條件下供需平衡、節約能源。

（3）多管制管網

①多管制蒸汽管網　由熱源引出兩種以上的同向、不同向或不同參數的蒸汽熱網。主要應用在不能間斷連續供汽的用戶；所需介質參數相差較大的用戶；熱負荷分期增長時間較長的用戶；有全年熱負荷，同時又有季節性熱負荷，且所占總熱負荷比例較大的用戶。

②多管制熱水管網　同一熱源、同一介質向不同方向輸送的管網。熱力站內采用“水力分配器”，按不同支線選定不同規格循環泵分別輸出，在實際運行中應用較多。

2.熱力網敷設方式與要求

（1）熱力網布置應按《城市熱力網設計規范》（J216）中有關規定敷設：

熱力網敷設時應按《城市熱力網設計規范》規定，設置放氣閥、放水閥、啟動疏水和經常疏水裝置。另外要特別重視熱力網坡度設置，其主要功能是及時排除蒸汽管網中冷凝水與熱水管網中的空氣，保證熱力網正常運行。

（2）坡度的設定

①坡度方向　有條件時，蒸汽管道的坡度方向，應和氣流方向一致或按地形情況確定。熱水管道坡度方向根據地形情況而定。城鎮熱力網較長，地上敷設時受地形、建筑物影響需抬高，自然形成坡度或坡向低點。直埋地下敷設時，為避免高差過大，可經一定距離，改變一次坡度方向。

②坡度值　蒸汽和熱水管道坡度值，一般取長度的2‰，表示為[插圖]，箭頭為坡向，無壓自流管道可取3‰～5‰。

四、熱水供熱系統定壓：

保證熱水供熱系統恒壓點壓力恒定的技術措施，稱為供熱系統定壓。確定定壓方式是供熱系統設計和運行的重要內容。維持恒壓點壓力恒定是確保熱水供熱系統正常運行的基本前提，定壓設備的安裝及運行操作是取得良好供熱效果的手段。目前在較大規模供熱系統中，普遍采用變頻調速補給水泵定壓等定壓裝置，實現恒壓自動控制，取得良好節能效果。

1.熱水供熱系統定壓方式分類

目前熱水供熱系統的定壓方式有如下幾種：

①采用高架水箱定壓的熱水供熱系統；

②采用全自動氣體定壓的熱水供熱系統；

③采用蒸汽定壓的熱水供熱系統；

④采用補給水泵定壓的熱水供熱系統；

⑤高、低層建筑直連熱水供熱系統。

2.各種定壓方式的特點與適用范圍

（1）采用高架膨脹水箱定壓方式，主要用于小型低溫熱水供熱系統。其特點是簡單可靠，投資較少。但是對高溫熱水供熱系統，往往會遇到沒有適當架設位置的困難。

（2）采用氮氣等氣體定壓方式，是20世紀80年代開始推廣的以“落地膨脹水箱”為代表的熱水供熱系統定壓方式，到20世紀90年代發展成全自動氣體定壓裝置。應用PLC智能化控制、水泵變頻軟啟動，設備緊湊，節約電耗。它能有效地容納供熱系統的熱膨脹量，保持供熱系統所需定壓值，使系統在運行和停止時不倒空。

（3）采用蒸汽定壓的熱水供熱系統。主要用于高溫熱水供熱系統，有下面幾種形式：

①蒸汽鍋筒定壓方式；

②外置膨脹罐的蒸汽定壓方式；

③采用淋水式加熱器的蒸汽定壓方式。

（4）補給水泵定壓　用補給水泵定壓是目前供熱系統中較為普遍采用的定壓方式，根據供熱規模大小及自控水平有幾種類型。

（5）高、低層建筑直連供熱技術

在由同一熱源供熱系統中，同時有高層建筑和低層建筑時，由于定壓點壓力值不同，建筑高度不同，采取兩套或兩套以上定壓裝置和供、回水管網?，F采用高、低層建筑直連供熱技術，則可實現高層、低層熱力網并網運行，從而大大改善供熱效果，節省工程投資，降低運行費用。

3.定壓點的確定

定壓點的壓力值等于靜水壓線值。定壓點的位置也可以在系統的任何一點，根據供熱系統的實際情況而定。運行實踐表明，定壓點位置最好設在供熱回水干管除污器前。這樣不僅可清除補水管道系統中的污物，而且還可保證補水運行安全。如果放在除污器后至循環泵入口處，一旦除污器堵塞流水受阻，使循環泵入口處壓力下降，補水量驟增，供水壓力增加，給熱用戶散熱設備帶來危害。另外，在系統運行中發現，當系統停止運行時，循環泵入口處壓力等于靜水壓線值，可是循環泵啟動運行后，此處壓力明顯下降，若繼續補水，使循環泵入口處壓力升高至靜水壓線值，若再停止系統運行，則會發現靜水壓線值明顯上升。這就表明恒壓定壓點不在循環泵入口處，而是在最高熱用戶頂部。所以在系統運行時，循環水泵入口處壓力下降是正常的。最高建筑物離熱源越遠，其下降越多。尤其是熱源在低處，熱用戶在起伏的山坡上時，這種現象更明顯。為此最好在建筑物管網最高處裝設壓力表，以便在運行中測定靜水壓線值。采用旁通管上設定壓點則可不受地形、建筑物結構的影響。

4.補水泵參數的確定

對于一個閉式供熱系統，補水泵的作用是在供熱系統運行前，承擔向系統充水的功能，系統運行中補償系統中的漏水量，進而實現靜水壓線值的恒定。對于閉式熱水供熱系統，正常的補給水量主要取決于熱水供熱系統泄漏水量，主要與系統的規模、施工質量、運行管理水平有直接關系，在正常情況下一般不超過系統總水容量的1％。補給水泵流量選定，還應滿足系統發生事故時增加的補給水量，通常不小于正常補給水量的4倍，可按系統循環流量的3％～5％來估算。

五、熱水熱力網水力計算

水力計算是熱力網設計、改造、運行復核的重要環節。通過水力計算確定管徑和合理壓降。在擴建與改造時，可復核原有管網流量、管徑及壓降是否在合理范圍，同時確定熱網末端用戶的供熱量是否達到要求。水力計算是在確定管網系統形式和布置后進行的。

六、熱水管網的調試

大力發展城鎮和新農村集中供熱，是我國實施節能減排、提高能源利用率、改善供熱質量的一條必由之路。尤其是近些年來，各地區集中供熱普及與規模不斷擴大，集中供熱水平也有了相應提高。但由于我國集中供熱的發展歷史較短，從事這個行業的專門人才相對較少。因此，在供熱行業中出現的各類問題，在某些地區還沒有得到真正解決，使其供熱質量不高、成本上升。一個理想的供熱系統，應該是供需平衡，流量分配合理，熱盡其用。為此，結合多年實踐經驗，對熱水熱力網調節技術作一些概括論述。

1.熱力網調節基本理論與實踐經驗相結合

一個合理的供熱系統，不僅要保證在室外溫度條件下，保持采暖房間的溫度達到設計要求，而且要在室外溫度變化條件下，也要保證相應的室內溫度。因此，對供熱系統需要進行正確的調節。

供熱系統的調節分為初調節和運行調節。所謂初調節就是在供熱系統運行之前，將各熱用戶的運行流量調節到理想狀態，消除系統水量分配失調，各用戶冷熱不均現象。因此初調節又可稱為熱用戶不同熱負荷而進行的流量均勻調節。

運行調節是在供熱系統投入運行以后，根據室外溫度的變化情況，保證用戶室內供熱平衡，而對供熱系統的流量和供回水溫度進行的調節。運行調節的主要目的是消除供熱系統的熱力工況垂直失調問題。

（1）初調節　按前面定義所述，初調節就是一個流量合理預分配的問題。為達到此目的，應有多種方法可選取。但限于當前的各供熱單位的測試手段、人員的專業素質及熱網有關資料的完備程度不盡相同，有些方法難以實施。但是根據長期工作經驗，一種簡易、快速的過渡流量法，可滿足一般供熱系統初調節的需要。即使不能完全滿足對熱用戶進行完整的初調節，通過有效的運行調節也可以解決初調節的欠缺，以保證供熱系統流量分配的合理需要。

（2）運行調節　運行調節系指在供熱負荷因為室外氣溫發生變化時，為了保證用戶室內溫度恒定，實施按需供熱，對系統進行的調節。

運行調節分為量調節和質調節。為了滿足變化的熱負荷要求，對系統的運行流量進行調節，稱為量調節；若通過改變系統中介質的溫度，保持其流量不變所進行的調節，稱為質調節。進行何種調節都要遵循一個規律，即在供熱系統穩定運行時，如果不考慮管網的沿途熱損失，則網路的供熱量應等于用戶系統的熱負荷。

（3）質調節　由定義可知，在進行質調節時，因其室外溫度變化，只改變用戶的供水溫度，而循環水流量保持不變，即相對流量C=1，從而提高了室內供熱負荷，即保持室內溫度穩定、舒適。

（4）量調節　對于量調節而言，供熱源必須隨室外溫度的變化，不斷改變網路的循環水流量，但網路的供水溫度保持不變，用以調節室內供熱負荷，即保持用戶室內溫度穩定、舒適。

（5）分階段改變流量的質調節　分階段改變流量的質調節，就是在整個供熱季節內，根據各個地區室外氣溫的變化規律，將供熱系統的流量分為幾個變化的階段，在同一階段內實行質調節。在室外氣溫較低的階段中，保持較大的流量；而在室外溫度較高的階段中，保持較低的流量。在不斷統計、試驗、分析總結的基礎上，摸索出每一個階段中熱網的循環水溫度，并保持相對穩定，從而保證室內溫度穩定。

2.熱力網調節：

在實際的熱網調節中，影響調節質量的因素很多。隨著新技術、新工藝、新設備的不斷研發和應用，使熱力網調節變得更容易。問題的關鍵是要掌握熱網的特性，特別是對各種用于調節閥門的特性有清楚的了解。在此基礎上，再科學合理地確定調節方案，便可取得滿意的調節效果。

（1）消除熱網故障，增加熱力網可調性　在熱網調節時，經常會遇到一些管道堵塞、閥門開啟不靈活等問題，導致熱網調節困難，甚至不可調。這樣勢必影響供熱質量，并造成供熱成本增加。因此在熱網調節前必須消除這些故障，使熱網變得可調，才能保證熱用戶室溫穩定的要求。

（2）正確認識各類不同閥門的調節特性　閥門是熱網調節的必備工具。要充分認識各類閥門的調節特性，合理選擇調節閥門是熱網調節的基礎工作。按流量特性的不同，閥門大體可分為三類，即線性流量特性、等百分比流量特性和快開流量特性。

（3）采用自力恒流量控制閥的集散式調節

①自力恒流量控制閥的原理　恒流量調節閥是新型自力式變阻力調節設備，是將“壓差控制裝置”和“流量調節裝置”組合而成的。

②一次網采用自力恒流量控制閥的優勢　我國多數集中供熱管網系統，不同程度存在水力失調問題。系統各個環路阻力不平衡，導致流量不能均衡準確地輸配，系統被迫處于大流量工況下低效運行，用戶的室溫有時冷熱不均。以往的對策是采用設定阻力的設備，如孔板、調節閥、平衡閥等，用以調節、匹配各個環路的阻力，達到水力平衡。

③加裝電動執行器的自力恒流量控制閥　如上所述，在一次網加裝自力恒流量控制閥后，既可克服穩態失調，又可克服動態失調，能有效地解決水力失調問題。

（4）不斷采用新技術和新設備　隨著供熱事業的不斷發展，新技術和新設備的研制和應用，給熱力網調節提供了新的手段。正是由于這些新技術和新設備的應用，使得熱力網調節變得相對簡單化、量化、低成本化。目前廣泛采用的閘閥、蝶閥等屬于快開流量特性，一般只能起到關斷作用。只有線形、等百分比流量特性的閥門才能應用于流量調節。有些智能儀表、平衡閥、自力式恒流量調節閥等，應用于動態調節是解決熱力網失調的有效途徑。

（5）突破固定模式，適時調節　在實際供熱運行中，應充分根據熱網的規模、系統的連接形式、設備的特性與完好程度、運行人員的技術水平等諸多因素，合理制訂調節方案，使調節工作做到有據可依，不死搬教條，靈活應用。

七、降低供熱系統水力失調

1.供熱系統水力失調原因分析

產生水力失調的根本原因：在運行狀態下，熱網特性不能隨用戶需要的流量，實現各用戶環路的阻力相等，也就是通常所說的阻力不平衡。產生水力失調的客觀原因主要有以下幾個方面：

①熱網管道規格的差異性。熱網設計不可能不經過人為調節而實現各個用戶環路的水力平衡。在設計時，一般是滿足最不利用戶點所必需的資用壓頭，而其他用戶的資用壓頭都會有不同程度的富余量。僅靠幾種有限管材規格變化改變阻力是不能實現水力平衡的。在這種自然狀態下分配各個用戶流量，必然產生水力失調。

②系統中用戶的增加或減少，即網路中用戶點的變化，要求網路流量重新分配而導致水力失調。

③系統中用戶熱量的增加或減少，即用戶流量要求的變化，也要求網路流量重新分配而導致水力失調。

④當用戶系統缺少必要的調節設備，用戶系統無法調節，也會導致水力失調。

2.管網水力失調目前存在的錯誤做法

（1）在系統設計時，熱網各個用戶環路的阻力達到平衡，實際上是比較困難的。循環水泵壓頭是按照最不利（阻力最大）環路所消耗的阻力確定的，因而在設計無誤時，其他各個環路都存在剩余壓頭。

（2）采用“大流量、小溫差”運行方式。它是在用戶出現冷熱不均、水力失調現象時，增大循環水泵，采用“大流量、小溫差”運行方式。實踐已證明，這是一種不可取的技術措施。因為這樣做的結果，過冷用戶循環水量會有些增加，效果會得到一些改善，但過熱用戶更加過熱。這一運行方式不符合節能減排要求，應當淘汰。

（3）降低水力失調的方法

①附加阻力平衡法　在用戶系統入口安裝自力式平衡閥（流量調節器）或壓差控制閥（量調節時采用），消除進入用戶系統的剩余壓頭，保證各熱用戶流量恒定。

②附加壓頭平衡法　用附加壓頭提高用戶不足的資用壓頭，是在系統循環實際揚程不夠時，采用具有低揚程、小流量的水泵，來提高用戶系統的壓頭。

（4）水力失調綜合治理的經濟效益

目前一些供熱公司在解決熱網水力失調時，根據用戶的實際情況，推行水力失調的綜合治理技術措施，即根據系統實際情況，同時或單獨應用附加阻力技術、附加壓頭技術和更換設備（包括管道和附件）等措施，實現技術和經濟效益最佳化。這種做法既可用于舊系統的改造，也可用于新系統的設計。