水管渗漏的数学研究论文

天津市热力公司集中供热热水管网(以下简称热水管网)以天津第一热电厂为热源，全长66.4公里，总供热面积308万平方米。热水网供热类型为间歇供热，有322个热力站间歇供热。干线可分为水网南干线和水网北干线。管网的拓扑结构平面图如下图所示:

图1天津市热力公司管网拓扑结构示意图

多年的实际运行和调整表明，热水管网的特点如下:

1)火电站多，一次网调整难度大。

热水网总供热面积虽然在300万平方米左右，不算多，但热力站总数在300个以上，每个热力站平均供热面积不到1，000平方米。如此大量的热力站在中国极为罕见。这种热水网热力站对应的建筑数量少，二级网调节难度大。但在一次网中，由于热力站数量多，热网惯性大、耦合大、稳定性差的特点，以及部分热力站在系统和管理上存在的问题，一次网调节难度大，对技术含量和管理要求高。

2)管网井井有条，供热区域清晰。

整个热水网可分为南干线和北干线两条主线，以及电厂出口区、北干线区和第五大道区三大区域。管网井井有条，供热区域清晰。

3)热水管网中，主管管径比较粗，阻力消耗比较小。如第五大道区域，除DN300管道外，干线和支线的比摩阻一般在10 Pa/m以内，使得第五大道区域除重庆路外的各热力站的首级压头差别不大，供热效果接近。

提出问题

2.1运行失调

追求热力条件的稳定，既不水平错位，也不垂直错位，使各供暖房间的室温均匀，是供暖系统运行调节的重要目标。

由于热水管网中热电站数量多，且多为公共热电站，公共热电站运行年限长，大部分设备老化，管理难度相对较大，也给运行调整带来很大难度，催生了“大温差、小流量”的运行方式，使得热水管网的实际运行工况严重偏离设计工况。

设计工况为:一次网供回水设计温差30℃，设计流量4300t/h；

实际运行【情况:一次网供回水实际温差不超过20℃，严寒期热水总流量约6000 t/h。

近年来，热力公司热水管网的运行方式一直是“大流量、小温差”。热源厂两台循环泵(2用1备)满负荷运行，总热水流量约6000 t/h，严重偏离设计工况，水力工况严重失调，最大热负荷下供回水温差不超过22℃。

根据以往的运行经验，在两大供热区域中，电厂出口区域供热效果最好，其次是北部干线区域，最差的是第五大道区域，最差的是第五大道区域的重庆路区域(受马连道瓶颈影响，如图1)。流量比在1.2以上的热电站一般分布在电厂出口区域，流量比在1.0和1.2之间的热电站一般分布在北干线区域，流量比在0.8以下的热电站一般分布在第五大道区域。

造成这种现象的主要原因是热网运行调整不到位，管网温差压差没有完全建立，近端回水温度高，温差小过热，远端回水温度低，温差大冷。大流量的运行方式无法从根本上消除系统的横向不平衡，即用户间热量分配不均匀的问题没有得到解决。根据管网实际运行数据，实际运行的热水管网水平不平衡度为21.4%(调节良好的管网约为8%-15%，有自动监控系统的管网约为1%-5%)，水平不平衡严重。

2.2“大流量小温差”的危害

“大流量小温差”运行方式的本质是通过增加管网流量来降低近端换热器的散热能力，增加远端换热器的散热能力，可以在一定程度上缓解热力工况的不平衡，但有很大的局限性，比如相应的能耗非常大，系统流量增加越多，能耗越多。在大流量运行方式下，系统运行调整有以下缺点:

1)每平方米耗电量高。

大流量运行模式是通过增加系统流量来实现的。泵轴功率与泵流量成立方关系，流量每增加25%，泵耗加倍。所以大流量的运行方式是以电能的巨大消耗为代价的，导致供暖系统每平方米耗电量大。

2)每平方米耗热量大

因为不可能无限增加流量，所以通过大流量的运行模式往往不足以消除用户的冷热不均，系统仍然存在冷点。此时往往需要提高系统的供水温度来提高最终用户的平均室温，从而提高供暖效果，这是以热能消耗为代价的，导致供暖系统每平方米耗热量较大；

3)系统的可调性降低。

流量越大，系统的调节性能越差，终端热用户很难达到要求的理想流量，因为系统所需的输送能力超过了循环水泵提供的最大扬程。

一次管网在“大流量、小温差”条件下运行，导致大网水力工况严重失调，用户冷热不均十分明显。各热电站换热设备不能按额定参数运行，使二次管网偏离设计工况，造成恶性循环。因此，迫切需要提高热水管网的经济性，提高管网的输配能力，提高供热质量，节能降耗，同时，为满足热水管网供热负荷的发展需求，改变热水管网的运行工况迫在眉睫。

3.问题的解决方案

大流量是一种落后的运行方式，应在运行调整中不断探索经验，逐步改变落后的运行工况，建立接近设计工况的管网运行温差和压差，促进供热系统设计和运行的良性循环。2006年供暖季，我公司进行了大规模的全网调整。由于热水管网尚未完全建立管网自动监控系统，因此调节仍以人工调节为主。因此，调整工作中的技术分析和管理尤为重要。

3.1操作的理论指导

首先，我公司通过反复的水力计算，获得了各热力站的设计流量和资本压头，并测量了我公司主要采用的流量调节阀的特性曲线，由此计算出各站的阀导开度，如下图所示:

根据这个计算结果，在热水管网中，采用定流量调节方式的阀门可以设定流量值，采用定压差调节方式的阀门可以设定压力值，采用流量调节阀的热力站可以通过调节阀门开度实现热力站的初步调节。在实际运行中，由于管网主管线、支管等相关阀门开度的影响，以及计算中各热网元件阻力特性的偏差，会与指导值有些出入，仍需微调。

3.2.实施措施

如前所述，完成300座火电站的调控是复杂的，实施方法是否可行也是调控工作能否正常推进的关键。本次调整的实施办法如下:

1)分阶段、有计划地进行。

调整分为三个阶段，即试验阶段、初步调整阶段和微调阶段。

实验阶段在2005年供暖结束时进行。主要目的是改变热水网络的实验运行方式，研究网络的特性。在经过前期管网和用户大量实验工作的前提下，电厂关停了一台循环泵，流量从6000吨/小时下降到4800吨/小时。当时北线的滨江路支线、河北路支线、新华路两端无压差反馈到南线的金汇支线、第五大道两端，这些无压差的站点供水温度比常温低5、8度。根据这个实验，我们已经基本掌握了热水管网的主要特性。

初调阶段在2006年供暖冷前期进行，根据流量分配比原则。我们认真分析了300个换热站和管网的数据，确定了改变运行方式的努力方向，重新计算确定了全部300多个换热站和南北干线所需的流量比，并将所有用户分为三类:93个过热站为第一批调整换热站，82个温度适中的换热站为第二批调整换热站，其余为第三类换热站。每次调节都按照过热-适中-不热三种类型换热站的顺序进行，尽可能减少系统耦合特性的影响，使调节在正确的方向上进行。

在精调阶段，经过试验阶段和初调阶段，整个热水管网的流量条件基本确立，精调工作主要针对热耗高、换热效率低造成的特殊热力站进行。主要原理是根据各热力站的温差进行调节。

2)科学的理论指导，多重测试条件并行。

在整个调试阶段，每次调整都收集了大量的数据，并根据这些数据确定下一步的调整方案，使得每次调整方案都细致周到，调整手段和方法都有科学依据。

同时，在调试方案中，为南干线准备了不同条件下的环网运行和支管网运行两套运行方式。分支管网运行的运行方式和各支、干线阀门的启闭状态都有明确详细的调整目标。

3)准备工作完成，使得整体调整顺利推进

在今年的调试中，我们举典型，重点分析重点户，消除缺陷，排除调整障碍。比如黄金大厦DN200的一级流量控制阀，以前从来没有调过，因为调节杆的阀盖已经锈死很久了，而且阀盖比较厚，至少需要800把管钳才能夹住阀盖，别说维修队，就连外包队都没有这么大的工具 而且阀门是国产的，没有配备专门的调节工具，导致站内最高供回水温差只有5 ~ 6度。 今年夏天，我们克服了各种各样的问题。对阀门进行了修复，并自制了专用调节扳手。经过5次调站，该站一次供回水温度达到25度以上，已全开25转的阀门调至5.5转。找出了高低区流量分配不均的问题，并说服在高低区安装调节阀，得到了用户的理解和认可。吉利和海斯航空维修部等五个站的流量调节阀也进行了检修。早在今年夏天，我们不仅改造了换热站设备，还消除了管网存在的问题，如改造南通里、港建里、l_二次网；崇仁里、南通里的分户系统改造，消除了室内二次网的隐患，取得了良好的效果。部分室内取暖器因暖气管道长期结垢导致多年不热的现象已拆除并改善，供暖前所欠的大部分采暖费已收回，避免了以较大流量掩盖二次存在的缺陷。

3.3.年度经营成果

2005年和2006年采暖季供回水温度变化曲线如下:

2005年和2006年采暖季供回水温度变化曲线。

从图中可以看出，2006年供暖季，通过将热水管网流量控制在5000 t/h以下，在相同热负荷下，一次网供回水温差增加了近5℃。经过近一个采暖季，运行效果比往年好很多。

1，管网出力可达6000 t/h，但调整后降为5000 t/h，使管网有1000 t/h的裕量对外供热，为未来发展负荷提供了技术支持。

2.在5000 t/h流量工况下，管网供回水压差增大，使得末端资本头增大，管网趋于良性循环。

3.由于今年调整成功，一次供回温差拉大，提高了换热器的换热效率，可以充分发挥其能效。

4.管网调整为5000 t/h后，电厂供水压力下降0.1 MPa，管网漏点明显减少，提高了管网安全运行的可靠性。

4.结论和建议

对比往年采暖季运行参数，2005-2006采暖季，我们将热水管网流量控制在5000 t/h以下，在热负荷不变的情况下，提高了一次网供水温度，供回水温差提高了5℃。通过过去采暖季的运行，运行效果明显好于往年，具体如下:

1)水力条件的不平衡得到了很大的缓解。

2)供暖前期反复调节后，冷热不均的现象几乎没有出现。

3)供暖效果好于往年，反映暖气不足的来电明显下降。

可以看出，大热水管网在“小流量、大温差”参数下运行，水力工况更趋于平衡，供热质量大大提高，具有很大的负荷发展潜力。今后将进一步调整管网，在增加供热负荷的同时加大供回水温差使其接近设计温差，深度挖掘供热潜力，进一步提高管网输配能力，进一步改善管网平衡，使大型热水管网运行方式更加合理规范，节能降耗。

参考资料:

(1)何平，孙刚，供热工程(M)。中国建筑工业出版社，1993。

(2)я.索科洛夫。供热与供热网m .北京:机械工业出版社，1988。