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自力式流量分配阀原理及技术经济分析一、供热系统中的水力失调目前，在供热系统中普遍存在着水力失调问题，即系统在实际运行时，流经各热用户的水量与设计水量不符，结果出现了远近端水量分配失调即热力失调。造成近端阻力系数不能达到设计理想状态，形成近端流量过大，远端流量不足的热力失调现象。随着集中供暖和区域锅炉房供暖的规模逐年扩大，各用热单位的供暖面积由几万平方米发展到十几万、几十万甚至百万平方米以上。供暖半径也由几百米延长到几千米、万米以上。由于供暖规模的迅速扩大，系统中的水力失调越来越明显。为了缓解热力失调问题，使住户达到较满意的效果，在无法增加热源的情况下，采取“大流量、小温差”的办法，增大热网管径，增大循环泵流量，在系统末端加装增压泵。但近端住户热，远端住户室温不达标的问题依然存在，也就是说水力失调的问题仍然没有从根本上解决。实践证明，要彻底解决热网中的水力失调问题，必须在热网系统中安装动态的水力平衡单元，以实现供热系统的动态调节。二、 供暖系统中水力失调的解决途径最早的流量调节是依靠普通阀门，后来使用节流孔板，近几年相继推出手动调节阀、分配阀及模拟阻力等调节流量的硬件和软件。1、 模拟分析初调节法使用SLGKMN分析软件，对热网水力工况进行模拟计算，采用调节阀和超声波流量计，通过现场测试实际工况，借助于计算机软件计算，最后作现场调节测试。2、 分配阀法分配阀是一种具有良好调节流量功能的阀门，在热网系统调节中借助于专用智能仪表，配合使用分配阀构成定流量的调节装置。3、 调节阀法由于调节阀具有线性特性，当阀门开度从小逐渐变大时，流量增加的百分比基本相同，具有较好的调节流量性能，再配以便携式超声波流量计，在热网系统不太大的情况下，可以粗略地完成水力工况的初调节。以上三种调节法只有在热网系统压差稳定的前提下才能进行流量平衡调节，如遇压差波动大或负荷增减较大时，全系统又需要重新进行流量平衡调节。因为这三种流量调节法，使用的硬件和软件只能起到一个可调孔板的作用，没有自动消除系统剩余压头的功能，未能做到流量在压差变动时能自动控制流量使其达到恒定的目的。4、 自力式流量分配阀法自力式流量分配阀是一种利用管道系统自身具有的压差，作用在自动调节的阀瓣上，不需要外加动力，即可以自动消除系统剩余压头，确保流量恒定的功能。它的调试只需根据设计流量值，使用专用工具旋转流量设定调节阀，调至流量刻度线与设计流量值相同即可，一经设定后，不受管道系统压差变化或负荷增减的影响，可以始终保持热网流量的恒定，调试极为方便。自力式流量分配阀在大型管网上应用可以使流量分配工作变得简单便捷。三、自力式流量分配阀的工作原理在当前主要依靠介质调节的供热方式情况下，供热流量的分配是保证用户均衡用热和系统水力稳定的关键。运用孔板节流原理，仍是实现流量定量分配的基本理论。工作原理：自力式流量分配阀是一种自力式流量分配阀，它的作用是在阀的进出口压差变化的情况下，使通过阀的流量保持恒定。自力式流量分配阀是1个双阀结构，即1个自动分配阀组和1个手动调节阀组。假如P1为进口压力，P2为通过自动分配阀组节流后的压力，P3为出口压力。对于手动调节阀组来说，流量G=Kv（P2P3），Kv为手动调节阀阀口的流量系数，当手动调节阀的开度固定之后，Kv为常数，那么只要P2P3不变，则流量G不变。而P2P3的恒定是由自动分配阀组控制的。当进口压差P1P3增大，则通过感压膜和弹簧的作用，使自动分配阀组关小，从而维持P2P3恒定，反之亦然。从自力式流量分配阀的工作原理可以看出，除了有手动调节流量功能外，更重要的是有自动消除系统剩余压头的功能，从而可在一个复杂的水力系统网路中，实现按环路、按热用户或散热设备的热媒流量一次设定调好后保持恒定不变，即使在系统压差或热用户发生频繁变化时，也能保持调好的流量恒定，从根本上解决了管道系统中的水力失调问题。四、 自力式流量分配阀的应用适用于需要进行流量控制的水系统中，尤其适合于供热、空调等非腐蚀性液体介质的流量控制。安装在水系统中，经运行前的一次调节，即可使系统流量自动恒定在要求的设定值。自动消除水系统中因各种因素引起的水力失调现象，保持用户所需流量，克服“冷热不均”提高供热、空调的室温，提高系统能效，实现节能。自力式流量分配阀是供热、空调系统实现“计量收费”的理想配套产品，可广泛应用于集中供热系统、小区锅炉房采暖系统、建筑内采暖系统、空调系统等。五、 自力式流量分配阀实现节能降耗的途径实现供暖运行中的量化管理，就是把热能、电能等能耗加以量化，把系统中的总流量和热用户的循环流量置于严格、精确的控制之下，将热量随流量按需分配到热用户，从而降低能耗。1、 节电循环水泵是供暖系统中的重要设备之一，同时又是耗电的“大户”。因此，改造水泵或充分利用原有循环水泵，只要在最佳工作点运行，即可节电25%30%。由于系统的水力失调，系统的实际流量将大于计算流量，循环泵的工作点常处在不经济的工作条件下运行。又由于流量与水泵轴功率成三次方的关系，所以大流量的运行方式意味着电能消耗增大。采用自力式流量分配阀以后，由于系统的水力失调基本解决，泵的运行在效率最高、轴功率消耗量小的最佳状态，从而实现节电的目的。2、节煤目前的供热系统中，为了提高末端用户的室温，通常采用增大循环流量的方法，在流量调节受限制的条件下，则采用提高系统供水温度和热源供热量的方法。这种运行方式是靠增加电耗、煤耗来消除热力工况的失调，掩盖水力失调的存在。采用自力式流量分配阀后，则基本上解决了水力失调问题，各热用户的流量均能按设计流量分配，实践证明，由此可节煤10%15%。3、 增加供热面积目前锅炉供热能力低是普遍现象，平均每蒸吨热量实际供采暖面积一般仅为50006000m2，达到70008000m2已算较好水平。主要原因是系统水力失调，热量未能合理使用，浪费现象比较严重。安装流量调节阀后，系统平衡稳定，热量得到“热尽其用”，平均每蒸吨热量实际供采暖面积可达到10000m2，平均增加供热面积约25%30%，节能效果显著。近年来，中国建筑能耗呈逐年上升趋势，用于供暖空调的能耗已占建筑总能耗的55%以上。在供暖空调系统中采用自力式流量分配阀是解决水力失调的一种有效手段，同时具有可观的节能效果和节约价值。自力式流量分配阀的节能效果（一）某一间接连接集中供热系统规划供热面积为400万平方米。由于近几个供热年度系统负荷不均衡及未进行流量调查等原因，造成供热系统水平失调现象非常严重，供热能耗较高，个别换热站低温运行，致使大面积用户不热，室温合格率相对较低。分析造成此种问题的原因，根据系统的具体情况，考虑可能的解决方案，经技术经济比较，最终确定了在供热系统各间接连接换热站安装自力式流量分配阀阀方案。本系统应用ZLF-型流量分配阀，2006年9月分别安装于供热系统换热站和新建二次网系统中。从本年度的实际运行情况看，节能效果好，达到了预期的目的，取得明显的经济效果和社会效益。1. 水平失调的主要原因根据对整个供热系统从热源到热用户各年度实际运行工况的测试数据和分析，得出供热系统水平失调的主要原因有：（1）本系统为一次设计、一次施工、但供热负荷段没有一步到位。05-06年度只达到规划供热面积的29%。（2）用户室温不均匀主要由一次系统的水力工况不平衡所致。要提高室温合格率，降低能耗，必须加强一次系统平衡调节。（3）本系统两条一次网主干线负荷严重不均衡，东线达到设计负荷的80%，而西线仅为设计负荷的20%。（4）由于供热系统的热惰性较大，供热调节反应迟缓，调节效果反应滞后。（5）换热站现有供热设备与实际所需供热设备容量差异较太，调整较困难。2. 可以采取的技术措施根据本区域集中供热系统实际情况，列出4个方案，以便进行经济技术比较：方案主要技术措施投资比较综合比较存在问题方案一 改一次网枝状管网为环形管网，增加DN300直埋管网3502米。 投资80万元，存在问题是需要破道，投资大，施工工期长。方案二 各换热站增加孔板，控制流量，需要加DN65DN400孔板20处，投资8.5万元，存在问题是负荷改变时需要更换和重新调整。方案三 引进美国FLOWCON系列自力式流量分配阀，DN65DN350，共计20台。65万元，存在问题是供货期较长，负荷变化时需要调整阀组个数。方案四 采用国产ZLF-型自力式流量分配阀，DN65DN250，计20台。20.6万元，存在问题是负荷变化较大时需要调整阀门口径。根据投资和施工难度，经反复比较，最终选用ZLF型自力式流量分配阀方案。虽然阀口径要根据负荷变动而改变，但是，通过对换热站的负荷性质和增长趋势分析、短期和长期相结合、同时考虑分配阀的代换性能以及检修供货方便，此方案均为有利。3. ZLF型自力式流量分配阀的原理、特点及安装要求3.1 工作原理利用流动流体的压差作动力，手动设定流量，在流体参数改变时，通过阀体自动部分的自动调节。保证通过阀门流量不变。3.2 主要特点（1）不需外界条件，只需保证流体具方案有0.03 MPa的压差，自动保持流量不变。（2）流量稳定性较好，精度较高，误差小。（3）调节方便，可以通过手动设定改变设定参数。（4）直接显示设定流量。（5）此种阀门不能作为关断阀门使用。3.3 施工安装注意事项分配阀既可安装在水平管线上，又可安装在垂直管线上，供水温度不大于l50。鉴于本系统一次、二次水网的实际运行和设计标准，采用了以下三种安装位置：一次网供水线或一次网回水线、换热器支线。安装过程中的注意事项：（1）阀门要安装在便于查看、便于操作的位置。（2）阀门内介质流向要与阀体箭头方向相符。（3）安装过程中不要碰坏阀体上的导压管。经过15天的施工，除一个换热站有特殊原因外，其它与一次网间接连接的换热系统ZLF型分配阀均安装完毕。4. 实际运行工况根据管网所带的负荷，以计算管段设计流量为基准，参照设备样本，选择分配阀口径，开启时的流量为阀门调节流量范围中间值为宜。采用分配阀后，改变了系统的调节性能，使系统的水力工况和热力工况明显好转，一次网、二次网的平衡率为97.63%。5. 节能效果计算供热系统的能耗可以用系统的综合效率来计算。对间接连接系统而言，供热系统的综合效率用以下公式表示：=1*0*2式中：1：一次水系统效率；0：换热站热交换效率；2：二次水系统效率。对于一次、二次水系统效率是指输送管网的保温效率、补水率、平衡率之积。安装分配阀后，一次系统的平衡率提高，二次系统的室温合格率、补水率、平衡率也相应提高。根据测试数据，0405年度、0506年度的供热系统综合效率计算见下表。效率单位04-05年度（05.1.14）05-06年度（06.1.16）二次阀补水效率%95.0598.3二次阀保温效率%9596二次阀网平衡效率%93.594.78换热站热交换效率%99.1299.39一次网补水效率%9999.85一次网保温效率%98.298.5一次网平衡效率%95.834897.6331综合效率%78.2185.44耗热量指标%62.3352由计算可知，采用自力式流量分配阀控制方案，使供热系统的综合效率提高7.23%，供热单位耗热量指标下降19.87%，因此节省大量能源，产生较好的社会效益和较大经济效益，热用户普遍反映本年度的供热状况好于往年。自力式流量分配阀的节能效果（二）由于水、煤、电价格的不断上涨，造成供热成本增加，使供热企业举步维艰。为了扭转供热企业的亏损局面，一方面要积极的争取政府调整取暖费收费标准，另一方面要不断的深挖企业内部潜力，降低供热成本。自力式流量分配阀在管网平衡中的作用已为大多供热界人士所认可，而对自力式流量分配阀的节能作用，多数人还认识不清。实际上，通过正确的选用自力式流量分配阀，在达到管网平衡的同时，更重要的是取得了节热、节电、节水的作用。一、节热以一栋4000平方米的住宅为例，假设在没有使用自力式流量分配阀之前，住户的室内温度为21C，在使用自力式流量分配阀之后，室内温度下降到18C，节省了3C热量。根据耗热量公式：QV1=qv*vw*(tn1tw)且QV1=qF1*FQV2=qv* vw *(tn2tw) 且QV2=qF2*FQV1：室内温度18C度时建筑物的耗热量，W。QV2：室内温度21C度时建筑物的耗热量，W。qv：建筑物的体积热指标，W/3C。vw：建筑物的外围体积，3tn1：室内标准温度18C。tn2：室内超标温度21C。tw：室外平均温度，-8.5C度（长春地区）。F：建筑物的建筑面积，3。qF1：室温18C度时建筑物的面积热指标，取55W/2hqF2：室温21C度时建筑物的面积热指标,W/2h.将以上数据代入公式：qv*vw*(18+8.5)/ qv*vw*(21+8.5)=(4000*55)/4000*qF2可以得出：当室温21C度时的热耗为61.2W/m2*h，比18C室温时多耗热5.8W/m2*h,一栋4000平米的住宅，每年多耗热量：Q=5.8*24*4000*170=94.656Mw/年折合340.76GJ/年若热量加以17元/GJ计算，可节约340.76*175792.92元/年二、节电住户的室温由18C度增加到21C，根本原因是建筑物的循环流量大大超过于设计流量。石兆玉教授在其编写的供热系统运行调节与控制一书中曾明确阐明：“当近端用户室温达到20C以上甚至热的开窗户时，其热用户的流量一般要超过设计流量的2-3倍以上，当末端用户室温连10C都达不到时，其水流量一般不会超过设计流量的0.5倍。”以正常的水流量3kg/2h计算，4000平米的楼其设计流量应为12t/h，根据石兆玉教授的论述，其实际流量超过设计流量的一倍。一般循环水泵的扬程为30-40米，取平均值35米，泵的效率取82，一个采暖期以170天计算，则：每小时多耗电：G*H/ (367*82%)=12*35/(367*0.82)=1.4Kw每年多耗电能：1.4*24*1705712 Kw如果电价以0.6元/Kw计算，每年节约：5712*0.63427.2元三、节水供热系统的失水有三方面的原因：一是管网的渗漏；二是由于系统不热用户放水；三是用户偷水。使用自力式流量分配阀进行管网的平衡，可以消除由于用户暖气不热而引发的用户放水现象。根据一些供热企业进行管网平衡前后的对比发现，在管网达到平衡后，一般系统的失水律可以降低15以上。由于补水补进系统的是冷水，一般水温在10-15C。我们补水取12C，供水温度取56C，回水温度取40C，加热一公斤冷水所需热量为：QL=(4012)*1=28Kcal从以上计算看出，加热一公斤冷水的耗热量是28Kcal，以一个日丢水100吨的单位为例，若每日减少15的失水，一个采暖期以170天计算，热量以17元/GJ计算，可以节约：热量： 100*15%*1000*28*170*4.1868*106298.93GJ/年折合：298.93*175081.8元/年水量：15*1702550吨/年水费按4元计算。2550*410200元/年通过以上分析可以看出，使用自力式流量分配阀进行管网平衡，不仅是解决了水力失调问题，使用户的室温得到合理的控制，更重要的是极大地减少了供热浪费，节约了供热成本。自力式流量分配阀的节能效果（三）一、现状王串场集中供热锅炉房始建于1994年，于1994年和1996年分别安装了两台14MW的热水锅炉，建有四个换热站。采用二次网间接供热的方式。2001年分局又投资增建了一台14MW的锅炉。至此，王串场集中供热锅炉房的供热能力已增加到42MW，供热面积近50万平方米。随着供暖规模的日益扩大，供暖半径的增加，系统中水力失调的问题日趋明显。具体表现为热源近端的用户，部分居民室内温度过高，多为20以上；远端热用户室内温度过低，反复到供热站请修。解决系统中水力失调的紧迫性越来越强烈。所谓“水力失调”即系统在实际运行时流经各热力站、热用户的水量与设计水量不符，结果出现了远近端水量分配失调即热力失调。目前我们系统中存在的工作压力不能满足正常工作需要。前端用户压差高。流量超过设计值，而末端压差不足，流量低于设计值，因而造成近端用户过热远端用户不热的原因，就是因为系统存在水力工况不平衡的问题。其原因也是多方面的，主要有：A）受供热站设备的限制，供给的压力不足或者因为系统的循环水量超过原设计值，使循环水泵的供给压力下降。B）热网失水严重，超过了补水装置的补水能力系统因为不能及时补水而不能维持需要的压力。C）系统（管网和供热站）缺少合理分配水量的手段，为解决末端用户不热的问题而加大循环水量因而增加了管网的压力损失造成系统压力不足。二、解决系统水力失调的途径1. 凭经验利用调节性能较差的闸阀或截止阀进行经验调节。此方法费力不小，但收效甚微。2.分配阀法：分配阀是一种具有良好调节流量功能的阀门，它借助于专用智能仪表，使分配阀成为定量调节装置。但此方法没有自动消除系统剩余压头的功能。3.自力式流量分配阀，自力式流量分配阀是一种利用管遣系统自身具有的能量（压差），而机械作用在自动调节的阀瓣上，不需要外加动力，即可以自动消除系统剩余压头确保调节流量恒定的功能。它的调试只需根据设计流量值，使用专用工具旋转流量设定调节阀，调至流量刻度线与设计流量值相同即可。流量一经设定不受管道系统压差变化或负荷增减的影响可以始终保持恒定。调试极为方便，失调度在0.51.1范围内。为此，经过多方考察论证和设计计算，决定在王串场集中供热的部分小区试用自力式流量分配阀。三、自力式流量分配阀原理及使用情况1. 原理自力式流量控制器是一个多孔板组合的联动置，它由一个流量设定调节阀即手动的可调孔板（相当于一个静态平衡元件）和由两个阀瓣及弹簧、膜片组成的动态调节装置即自动的可调孔板（相当于一个动态平衡元件）组成。手动可调孔板是用户根据设计负荷的循环流量值，使用专用工具旋转流量设定调节阀，调至所需流量值对准流量刻度线指标值即可。流量一经设定其值是永恒的，不受供热系统的压差、负荷等变化的影响。自力式流量控制器中的自动孔板将借助系统中的压差为动力，自动调整阻力直至完全消除该系统中的剩余压力为止。从而确保流量设定调节阀己调整的流量值不变、永久保持恒定。供热管网系统便可在动态调节功能的作用下自动实现平衡2. 使用情况从近年来大中城市供暖工作看来：采用自力式流量控制器的供热、空调系统能安全、可靠的保证用户达到室内要求，室温达标率高，用户投诉率大幅度减少，衬会效益非常好，深得各企事业单位用户的欢迎。2002年分局投资兴建了秀菌明居住宅小区，供热面积为5万平方米，由七段换热站供热。按照图纸计算整个小区指标：热负荷总计，Q=3911.4KW循环水量；W=3911.4860+10310=336.4T/H从节约能源，确保供热质量的角度考虑较为理想的循环水量：供回水温差：t=1520，即供水温度：t=7065，理想循环水量：W=3911.486010320=170T/H七段换热站实际水泵配置为流量 W=72OT/H，扬程 H=28m，电机功率 P=75KW从上述核算的数据看，七段配置的循环泵还有多余容量。经过考查，选定了某分配阀厂型号为ZLF，规格为DN50的口径的自力式流量分配阀。安装后，只需根据设计计算负荷所对应的热水循环量，预置自力式流量分配阀的手动调节阀手柄，使指针指向该流量刻度线处即可。只要有足够的工作压力，就能自动地保持这个流量值（偏差5%之内），无论系统任何变化（扩大或缩小）或某部分进行调节，都不影响通过该阀的流量（预设的流量）。因此系统的水力工况非常稳定，当室外气候变化时，锅炉提高供水温度就可以了。我们在测算了整体（小区）流量后，对流量控制阀的1：3径选择也进行了计算：最大热负荷： Q=102KW最大循环水量：W=1028601O=8772kg/h按照供回水温差为10，选用DN50V=1.16m/s（管段直径通常按经济流速或单位比摩阻选择）的技术参数的分配阀。最小热负荷： Q=64.6W最小循环水量： W=64.686010=5555.6kg/h选用DN50口径阀，V=0.73m/s，这些参数都在经济流速范围附近。因此我们选用DN50，W=210m3/h的技术参数的分配阀。运行一个采暖期以来，效果良好，请修率在王串场集中供热的12个小区中占最低。2004年7月在正义道小区安装18台同型号规格的自力式流量控制器。（具体使用情况见下表）名称供热面积/m2型号规格数量安装时间明显效果正义道15076ZLFDN50182004年7月无请修秀茵明居41228ZLFDN50482002年9月基本无请修四、取得的经济效益及社会效益1. 节电：采用自力式流量控制器后，水力失调基本解决，使水泵的运行在效率最高，轴功率消耗量最小的最佳状态。根据实际测试，使用该控制阀后节省电能2530%。计1.1.01.3KWh/m2.年，价值0.600.7元/m2.年。据此：秀茵明居供热面积41228m2，计算节电：0.7元/m2.年365天125天41228m2=9883.4元。正义道小区供热面积15076m2，计算节电：0.7元/m2.年365天125天15076m2=3614元。2. 节煤：在流量受限制的情况下，为解决水力失调，通常采用提高系统供水温度和热源供热量的方法。这样不仅增加电耗，还增加了热耗。采用自力式流量控制器后，从根本上解决了水力失调的问题。各热用户流量均能按设计流量分配，近端和远端热用户室温达标。经验证明，由此可节煤1520%，计56k/m2.年，价值1.31.67元/m2.年（煤价以260元算）。秀茵明居计算节煤：1.5元/m2.年36512541228m2=21178