供熱系統(tǒng)中的水力失調(diào)與自力式流量調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用

     目前，在供熱系統(tǒng)中普遍存在著水力失調(diào)問(wèn)題，即系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，流經(jīng)各熱用戶(hù)的水量與設(shè)計(jì)水量不符，結(jié)果出現(xiàn)了遠(yuǎn)近端水量分配失調(diào)即熱力失調(diào)。其主要原因是因?yàn)樵O(shè)計(jì)者在進(jìn)行水力工況計(jì)算時(shí)在各分支流量為設(shè)計(jì)值的假想情況下進(jìn)行的。由于管材及熱媒*高流速的限制，設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)水力平衡幾乎是不可能的。這樣勢(shì)必造成近端阻力系數(shù)不能達(dá)到設(shè)計(jì)理想狀態(tài)，形成近端流量過(guò)大，遠(yuǎn)端流量不足的熱力失調(diào)現(xiàn)象。隨著集中供暖和區(qū)域鍋爐房供暖的規(guī)模逐年擴(kuò)大，各用熱單位的供暖面積由幾萬(wàn)平方米發(fā)展到十幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)甚至百萬(wàn)平方米以上。供暖半徑也由幾百米延長(zhǎng)到幾千米、萬(wàn)米以上。由于供暖規(guī)模的迅速擴(kuò)大，系統(tǒng)中的水力失調(diào)越來(lái)越明顯。以某研究所為例，目前全所采暖建筑面積近十萬(wàn)平方米，為了緩解熱力失調(diào)問(wèn)題，使住戶(hù)達(dá)到較滿(mǎn)意的效果，在無(wú)法增加熱源的情況下，采取“大流量、小溫差”的辦法，增大熱網(wǎng)管徑，增大循環(huán)泵流量，在系統(tǒng)末端加裝增壓泵。但近端住戶(hù)熱，遠(yuǎn)端住戶(hù)室溫不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題依然存在，也就是說(shuō)水力失調(diào)的問(wèn)題仍然沒(méi)有從根本上解決。實(shí)踐證明，要徹底解決熱網(wǎng)中的水力失調(diào)問(wèn)題，必須在熱網(wǎng)系統(tǒng)中安裝動(dòng)態(tài)的水力平衡單元，以實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。

      1供暖系統(tǒng)中水力失調(diào)的解決途徑

     *早的流量調(diào)節(jié)是依靠普通閥門(mén)，后來(lái)使用節(jié)流孔板，近幾年相繼推出手動(dòng)調(diào)節(jié)閥、平衡閥及模擬阻力等調(diào)節(jié)流量的硬件和軟件。

      1.1 模擬分析初調(diào)節(jié)法

     使用SLGKMN分析軟件，對(duì)熱網(wǎng)水力工況進(jìn)行模擬計(jì)算，采用調(diào)節(jié)閥和超聲波流量計(jì)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)際工況，借助于計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算，*后作現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)測(cè)試。

      1.2 平衡閥法

     平衡閥是一種具有良好調(diào)節(jié)流量功能的閥門(mén)，在熱網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)中借助于專(zhuān)用智能儀表，配合使用平衡閥構(gòu)成定流量的調(diào)節(jié)裝置。

      1.3 調(diào)節(jié)閥法

     由于調(diào)節(jié)閥具有線性特性，當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度從小逐漸變大時(shí)，流量增加的百分比基本相同，具有較好的調(diào)節(jié)流量性能，再配以便攜式超聲波流量計(jì)，在熱網(wǎng)系統(tǒng)不太大的情況下，可以粗略地完成水力工況的初調(diào)節(jié)^[1] 。

     以上三種調(diào)節(jié)法只有在熱網(wǎng)系統(tǒng)壓差穩(wěn)定的前提下才能進(jìn)行流量平衡調(diào)節(jié)，如遇壓差波動(dòng)大或負(fù)荷增減較大時(shí)，全系統(tǒng)又需要重新進(jìn)行流量平衡調(diào)節(jié)。因?yàn)檫@三種流量調(diào)節(jié)法，使用的硬件和軟件只能起到一個(gè)可調(diào)孔板的作用，沒(méi)有自動(dòng)消除系統(tǒng)剩余壓頭的功能，未能做到流量在壓差變動(dòng)時(shí)能自動(dòng)控制流量使其達(dá)到恒定的目的。

      1.4 自力式流量調(diào)節(jié)閥法

     自力式流量調(diào)節(jié)閥是一種利用管道系統(tǒng)自身具有的壓差，作用在自動(dòng)調(diào)節(jié)的閥瓣上，不需要外加動(dòng)力，即可以自動(dòng)消除系統(tǒng)剩余壓頭，確保流量恒定的功能。它的調(diào)試只需根據(jù)設(shè)計(jì)流量值，使用專(zhuān)用工具旋轉(zhuǎn)流量設(shè)定調(diào)節(jié)閥，調(diào)至流量刻度線與設(shè)計(jì)流量值相同即可，一經(jīng)設(shè)定后，不受管道系統(tǒng)壓差變化或負(fù)荷增減的影響，可以始終保持熱網(wǎng)流量的恒定，調(diào)試極為方便。自力式流量調(diào)節(jié)閥在大型管網(wǎng)上應(yīng)用可以使流量分配工作變得簡(jiǎn)單便捷。

     為此，作者重點(diǎn)闡述自力式流量調(diào)節(jié)閥的工作原理、安裝使用及水力工況分析等。

      2 自力式流量調(diào)節(jié)閥的工作原理

     在當(dāng)前主要依靠質(zhì)調(diào)節(jié)的供熱方式情況下，供熱流量的分配是保證用戶(hù)均衡用熱和系統(tǒng)水力穩(wěn)定的關(guān)鍵。運(yùn)用孔板節(jié)流原理，仍是實(shí)現(xiàn)流量定量分配的基本理論。

     工作原理：自力式流量調(diào)節(jié)閥是一種動(dòng)態(tài)平衡閥，它的作用是在閥的進(jìn)出口壓差變化的情況下，使通過(guò)閥的流量保持恒定。這里以ZL47F型自力式流量控制閥（見(jiàn)圖1）為例，介紹自力式流量調(diào)節(jié)閥的工作原理和性能特點(diǎn)。

      自力式流量調(diào)節(jié)閥是1個(gè)雙閥結(jié)構(gòu)，即1個(gè)自動(dòng)平衡閥組和1個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組。圖中P₁為進(jìn)口壓力，P₂為通過(guò)自動(dòng)平衡閥組節(jié)流后的壓力，P₃為出口壓力。對(duì)于手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組來(lái)說(shuō)，流量G=K_v×（P₂-P₃），K_v為手動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥口的流量系數(shù)，當(dāng)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度固定之后，K_v為常數(shù)，那么只要P₂- P₃不變，則流量G不變。而P₂-P₃的恒定是由自動(dòng)平衡閥組控制的。當(dāng)進(jìn)口壓差P₁-P₃增大，則通過(guò)感壓膜和彈簧的作用，使自動(dòng)平衡閥組關(guān)小，從而維持P₂-P₃恒定，反之亦然。

     從自力式流量調(diào)節(jié)閥的工作原理可以看出，除了有手動(dòng)調(diào)節(jié)流量功能外，更重要的是有自動(dòng)消除系統(tǒng)剩余壓頭的功能，從而可在一個(gè)復(fù)雜的水力系統(tǒng)網(wǎng)路中，實(shí)現(xiàn)按環(huán)路、按熱用戶(hù)或散熱設(shè)備的熱媒流量一次設(shè)定調(diào)好后保持恒定不變，即使在系統(tǒng)壓差或熱用戶(hù)發(fā)生頻繁變化時(shí)，也能保持調(diào)好的流量恒定，從根本上解決了管道系統(tǒng)中的水力失調(diào)問(wèn)題。

      3 水力工況分析

     為了在系統(tǒng)各熱用戶(hù)間正確分配熱量，解決各熱用戶(hù)間冷熱不均的問(wèn)題，必要的條件是流量必須按規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行分配。流量分配的過(guò)程是利用自力式流量調(diào)節(jié)閥使各熱網(wǎng)分支達(dá)到合理的流量。近端資用壓頭大于熱用戶(hù)需用壓頭必然導(dǎo)致流量過(guò)大。必須用閥門(mén)消耗富裕壓頭（富裕壓頭=資用壓頭-需用壓頭）。圖2示意熱用戶(hù)閥門(mén)及各壓力點(diǎn)，如果熱用戶(hù)供水管安裝自力式流量調(diào)節(jié)閥，則回水壓力P₃近似等于P₄，供水壓力P₂ 壓力線（如圖3所示）近乎平行P₄。如果熱用戶(hù)回水管安裝自力式流量調(diào)節(jié)閥，則供水壓力P₂近似等于P₁，回水壓力P₃壓力線近乎平行P₁。

     熱用戶(hù)內(nèi)實(shí)際供水壓力為P₂，回水壓力為P₃。如果壓力過(guò)低會(huì)導(dǎo)致管道倒空，壓力過(guò)高導(dǎo)致耐壓等級(jí)較低的元件（如散熱器）的壓力破壞。因此，對(duì)地形高差大的管網(wǎng)應(yīng)按上述因素考慮自力式流量調(diào)節(jié)閥的安裝位置，即在地形低洼處樓群。自力式流量調(diào)節(jié)閥宜安裝于供水，以保證熱用戶(hù)內(nèi)壓力不升高；在地形較高位置宜安裝于回水，以保證熱用戶(hù)管道不倒空。

      4 自力式流量調(diào)節(jié)閥的應(yīng)用

     適用于需要進(jìn)行流量控制的水系統(tǒng)中，尤其適合于供熱、空調(diào)等非腐蝕性液體介質(zhì)的流量控制。安裝在水系統(tǒng)中，經(jīng)運(yùn)行前的一次調(diào)節(jié)，即可使系統(tǒng)流量自動(dòng)恒定在要求的設(shè)定值。自動(dòng)消除水系統(tǒng)中因各種因素引起的水力失調(diào)現(xiàn)象，保持用戶(hù)所需流量，克服“冷熱不均”提高供熱、空調(diào)的室溫，提高系統(tǒng)能效，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。自力式流量調(diào)節(jié)閥是供熱、空調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“計(jì)量收費(fèi)”的理想配套產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于集中供熱系統(tǒng)、小區(qū)鍋爐房采暖系統(tǒng)、建筑內(nèi)采暖系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等。

      5自力式流量調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的途徑

     實(shí)現(xiàn)供暖運(yùn)行中的量化管理，就是把熱能、電能等能耗加以量化，把系統(tǒng)中的總流量和熱用戶(hù)的循環(huán)流量置于嚴(yán)格、**的控制之下，將熱量隨流量按需分配到熱用戶(hù)，從而降低能耗。

      5.1 節(jié)電

     循環(huán)水泵是供暖系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，同時(shí)又是耗電的“大戶(hù)”。因此，改造水泵或充分利用原有循環(huán)水泵，只要在*佳工作點(diǎn)運(yùn)行，即可節(jié)電25%~30%^[3]。由于系統(tǒng)的水力失調(diào)，系統(tǒng)的實(shí)際流量將大于計(jì)算流量，循環(huán)泵的工作點(diǎn)常處在不經(jīng)濟(jì)的工作條件下運(yùn)行。又由于流量與水泵軸功率成三次方的關(guān)系，所以大流量的運(yùn)行方式意味著電能消耗增大。采用自力式流量調(diào)節(jié)閥以后，由于系統(tǒng)的水力失調(diào)基本解決，泵的運(yùn)行在效率*高、軸功率消耗量小的*佳狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目的。

      5.2節(jié)煤

     目前的供熱系統(tǒng)中，為了提高末端用戶(hù)的室溫，通常采用增大循環(huán)流量的方法，在流量調(diào)節(jié)受限制的條件下，則采用提高系統(tǒng)供水溫度和熱源供熱量的方法。這種運(yùn)行方式是靠增加電耗、煤耗來(lái)消除熱力工況的失調(diào)，掩蓋水力失調(diào)的存在。采用自力式流量調(diào)節(jié)閥后，則基本上解決了水力失調(diào)問(wèn)題，各熱用戶(hù)的流量均能按設(shè)計(jì)流量分配，經(jīng)驗(yàn)證明，由此可節(jié)煤10%~15%^[3]。

      5.3 增加供熱面積

     目前鍋爐供熱能力低是普遍現(xiàn)象，平均每蒸噸熱量實(shí)際供采暖面積一般僅為5000~6000m²，達(dá)到7000~8000m²已算較好水平。主要原因是系統(tǒng)水力失調(diào)，熱量未能合理使用，浪費(fèi)現(xiàn)象比較嚴(yán)重。安裝流量調(diào)節(jié)閥后，系統(tǒng)平衡穩(wěn)定，熱量得到“熱盡其用”，平均每蒸噸熱量實(shí)際供采暖面積可達(dá)到10000m²，平均增加供熱面積約25%~30%，節(jié)能效果顯著。

     近年來(lái)，中國(guó)建筑能耗呈逐年上升趨勢(shì)，用于供暖空調(diào)的能耗已占建筑總能耗的55%以上^[4]。在供暖空調(diào)系統(tǒng)中采用自力式流量調(diào)節(jié)閥是解決水力失調(diào)的一種有效手段，同時(shí)具有可觀的節(jié)能效果和節(jié)約價(jià)值。