热网水力平衡分析软件在供热系统中的应用

热网水力平衡分析软件在供热系统中的应用

供暖系统，尤其是大型供暖系统，必须确保供暖质量，并开展节能工作。基本条件是确保热网的平衡施工现场。但热网系统由于其固有的结构特点，普遍存在着水力工况失调的问题。具体表现就是近端热用户或者换热站的实际流量远大于设计流量，而远端流量却小于设计流量，近端过热，远端过冷。这个问题一直困扰着热力行业。过去主要采取一些手动调节辅之以小温差、大流量的运行方式；目前主要措施为在前端用户设置电动调节阀和自力式差压控制器等。但不管是那种措施和方法，如果没有进行原热网运行工况的模拟和诊断分析，没有对热网在各种运行工况下运行参数的具体数值及分布有准确的掌握和了解，缺乏对热网技术改造方案和调节方案预期效果的分析和评估（包括经济性方面的），都只能说是定性的或不准确的。而使用热网水力平衡分析软件可很好地模拟热网运行的实际情况，定量地掌握管网的状况，使得管网技改、扩建更有针对性和目的性，从而大大提高技改、扩建的有效性，并降低费用。随着城市经济的发展、热网供热面积的增大，出现了越来越多的环状供热管网、甚至是多热源环状网，热网调节的难度进一步增大。这就更需要有热网水力平衡分析软件系统指导运行调节，为技术人员提供了基本数据和理论依据。单热源类热网系统沈阳皇姑热电热网供热面积为530万平方米，共有65个换热站。热网由两部分组成：南线热网和北线热网，其中南线热网形式为单热源环网系统，供暖面积为300万平方米；北线热网为单热源枝状网，东北线供暖面积230万平方米。热网存在着水力工况失调的问题，末端的一些热力站，压差很小，流量不足，导致供热质量不稳定。两站共建采用密闭式水岸结构热网存在着水力工况失调的问题，大家都知道是由于热网前后端压差不同，导致流量分配不均造成的。但具体在实际运行中全网的压差、流量等参数是怎样分布的，各站的参数具体跟设计的参数相差多少，这仅仅靠热网监控系统是不能完全做到的，还要跟专业的软件系统相结合。通过软件系统模拟出热网的各个工况，然后对各个工况下的参数，水压图，流量、压差等参数分布图等进行分析，就可以知道热网工况失调的具体原因所在，指导热网调节和热网改造。结合2004—2005年采暖季热网的运行参数对热网运行工况进行模拟分析，分别模拟中寒期（-9℃）和最寒期（-19℃）的热网运行工况，为便于分析对比，分别以热网近端的六旅站和水榭花都站，中间的怒江小学站和翔凤花园站，末端的区委站和实验小学站为参考点。符号说明：T—室外温度；Pg—供水压力；Ph—回水压力；△P—压差；Tg—供水温度；Th—回水温度；△T—温差；F—流量；R—比摩阻；△V—流速。1.2004—2005年采暖季中寒期的时候（-9℃）热源出口参数：供水温度95℃，回水温度60℃；供水压力0.74MPa，回水压力0.15MPa，流量3240t/h。工况模拟结果：2.2004—2005年采暖季最寒期的时候（-19℃）热源出口参数：供水温度95℃，回水温度55℃；供水压力0.9MPa，回水压力0.22MPa，流量3550t/h。工况模拟结果：通过软件对热网运行工况的模拟分析可以非常方便地找到环网的水力平衡点（在水压图中体现为流量最小的点或管段）。通过水压图可知环网的水力平衡点存在于克莱斯勒站与主干线接口点和金穗站与主干线接口点之间，而区委站和实验小学站位于该水力平衡点附近，水力工况可想而知。又结合各站在2004—2005采暖季的运行参数记录，发现热网前端站如六旅、水榭花都站等流量远大于设计流量，末端站如区委站和实验小学站等远小于设计流量，由于热网前后端的压差差异原因，流量分配严重不均，水力工况失调比较严重。通过软件计算的流量与实际运行流量的对比，可以非常方便地了解各个站的水力失调度，为流量调节阀的设置等水力调节手段提供理论依据。此外，从表3也可以看出在热网前端的主干线部分管道比摩阻、流速均过大，可见这些管道的输送能力已经不足，加之2005年系统还要增加100多万平方米的供热面积，所以需要对这些管道进行技术改造。新增负荷水力模拟分析管网改造的目的是为了增加管网供热能力和改善水力工况、解决热网末端用户资用压头小，流量不足的问题。该热网为一个环状管网，新增规划供暖负荷挂网位置又不确定，如何确定与新增用户所连接管道的位置和管径，使之对新增负荷的位置和大小有良好的适应性；新增负荷对原有管网用户会产生什么影响；如何使改造成本最低。这一系列问题都需要进行多方案多工况的水力模拟分析。热网水力平衡分析软件为我们提供了方便、快捷、准确的手段，进行管网的工况分析。使得我们在各种方案中，优选出一个管网适应性强，投资低的方案，大大降低了管网重复改造的风险，节约了投资。05海阳市展望工程简称“4.6”西江街支线：铁路技校站11.6万平方米；西江悦园站6.77万平方米，宁山路支线：翔凤三期站9.6万平方米；43中学站7.10万平方米；怒江街至泰山路支线：绿园站9.6万平方米；建工丽园站22.23万平方米；辽宁大学2站11.6万平方米；电校站33.83万平方米；辽歌站14.5万平方米；省物业站10万平方米，合计：101.76万平方米。管网改造方案模拟分析通过软件对以往采暖季热网运行工况的计算和模拟的结果可知，紫山路的主干管（DN700，长750米，简称GD1）比摩阻过大；怒江街车轮厂站到办公楼站之间管道（DN600，长540米，简称GD2）比摩阻过大；泰山路的农牧厅站与轻工站之间主干管（DN450,490米，简称GD3）的管径过小；紫山路车轮厂站到建工丽园站之间的水源地上需新建管道（拟采用DN700，简称GD4），局部形成另外一个环网，分流通过原来怒江街干线的流量。上述管道都需要进行改造，但采用多大的管径，改造以后是否能取得预期效果，这些都需要进行多种方案的模拟和优化。为方便管网改造方案的运行模拟结果，采用上述拟改造管道和末端的区委站和实验小学站、新增的名仕之都站、翔凤三期站、辽宁大学2站、西江悦园站为参考管道和参考点。模拟管网改造方案一：GD1采用DN800,GD2采用DN700,GD3采用DN600,GD4采用DN700。热源输出参数1：供水温度95℃，回水温度55℃；供水压力0.85MPa,回水压力0.22MPa；流量5378t/h。工况模拟结果：热源输出参数2：供水温度95℃，回水温度55℃；供水压力0.9MPa,回水压力0.22MPa；流量5378t/h。管网改造方案———运行模拟结果分析：在管网改造方案一运行模拟中，在热源出口温差为40度的情况下，如果热源出口压差为0.65公斤，那么末端的站和新增的站资用压头就不足，会影响供热效果，同时由于新增负荷后系统流量增加，主干线怒江街支线管道压力损失比较大，导致在系统中后端的紫荆花园站的资用压头不足，也就是说热网新增负荷以后，原本运行工况比较好的站受到了影响。当热源出口压差为0.68公斤的时候，末端的站和新增的站资用压头才比较大，但这时候热源运行费用增加。同时主干线GD1的比摩阻和流速也很大，可见GD1所选管径偏小，其它管道管径还是比较合理的。模拟管网改造方案二：GD1采用DN900,GD2采用DN700,GD3采用DN600,GD4采用DN800。热源输出参数1：供水温度95℃，回水温度55℃；供水压力0.9MPa,回水压力0.22MPa；流量5378t/h。热源输出参数2：供水温度95℃，回水温度60℃；供水压力0.9MPa,回水压力0.22MPa；流量6028t/h。工况模拟结果：管网改造方案二运行模拟结果分析：当室外温度接近计算温度时候，在热源出口温差为35度的情况下，热网末端的区委站、新增的中乾站、翔凤三期站等资用压头不足，而热源出口温差达到40度的情况下，整个系统的工况都非常好，进行管网改造的管道的比摩阻、流速等参数均没超过规范的规定，从而可见管网改造方案二还是比较合理的。综上，通过FLOWRA软件对热网运行工况的诊断分析，找到了影响供热效果的原因，同时结合热源的实际能力输出情况，通过多个管网改造方案的运行模拟分析，优化了管网改造方案。经过经济技术比较分析，沈阳皇姑热电公司确定方案二为最终的管网改造方案。热网改造计算案例通过热网水力平衡分析软件进行方案优选，沈阳皇姑热电有限公司2005年改造工程取得了十分满意的效果，原计划分两年投资约3000万元的改造项目，通过管线路由的重新选择，采用热网水力平衡分析软件进行方案优选，仅用一年时间，投资2000万元，就完成了全部管网改造任务，大大降低了改造费用，同时增加了管网对负荷的适应性。结合热网改造和现有热源的实际情况，沈阳皇姑热电公司从9月份开始就利用FLOWRA软件制定05—06年采暖季