旁通管定壓在大高差集中供熱系統(tǒng)的應(yīng)用

摘 要

摘 要： 介紹了旁通管定壓在大高差地區(qū)的設(shè)計(jì)方法。結(jié)合工程實(shí)例，計(jì)算了旁通管的管徑。關(guān)鍵詞： 旁通管定壓； 大高差； 集中供熱系統(tǒng) Abstract：The design method of pressurizati
摘 要： 介紹了旁通管定壓在大高差地區(qū)的設(shè)計(jì)方法。結(jié)合工程實(shí)例，計(jì)算了旁通管的管徑。
關(guān)鍵詞： 旁通管定壓； 大高差； 集中供熱系統(tǒng)
    Abstract：The design method of pressurizatiml method by bypass pipe in lage elevation diifkren area is introduced．The diameter of bypass pipe is calculated with an engineering example．
KeY words：pressurization method by bypass pipe；large elevation difference：    celltralized heating system
 
1 概述
    旁通管定壓是把定壓點(diǎn)設(shè)在旁通處的定壓方式。與其他定壓方式不同，旁通管定壓不僅有定壓作用，也有調(diào)壓功能。旁通管定壓系統(tǒng)具有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)：首先造價(jià)低，只需在循環(huán)泵兩側(cè)或供回水總管上安裝旁通管及調(diào)節(jié)閥，并保證定壓點(diǎn)與補(bǔ)水泵、泄水閥連鎖。其次運(yùn)行費(fèi)用省，與在循環(huán)泵人口補(bǔ)水定壓相比，旁通管定壓補(bǔ)水點(diǎn)的壓力較小，補(bǔ)水泵工作揚(yáng)程減小，節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。再次，系統(tǒng)安全可靠，通過旁通管調(diào)壓，系統(tǒng)的動(dòng)壓線大大降低，即運(yùn)行壓力大大降低，管網(wǎng)與用戶承壓減小，運(yùn)行更安全。旁通管定壓在一級(jí)管網(wǎng)和二級(jí)管網(wǎng)中均可使用。
2工程概況
    工程位于西南某市，按照區(qū)域劃分不屬于供暖地區(qū)，因此以前該市未建設(shè)城市集中供熱工程。但該市屬于高海拔高寒濕地區(qū)，冬天潮濕陰冷，近10 a的氣象資料顯示，最低氣溫為-6.5℃，-3～-6.5℃的時(shí)問有47 d，平均相對(duì)濕度為85%～95%。除某些單位有局部集中供暖外，大部分單位和居民供暖主要依靠燃煤爐灶以及電空調(diào)，高污染、低能效、不經(jīng)濟(jì)的問題突出。走集中供熱的發(fā)展路線，是環(huán)境友好型城市發(fā)展的需要。該市集中供熱工程熱源為距市區(qū)邊界l3 km左右的電廠，電廠規(guī)模為3臺(tái)200 MW超高壓凝汽機(jī)組，對(duì)現(xiàn)有機(jī)組進(jìn)行技術(shù)改造后可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，供熱能力為715 MW。
3工程方案
3．1 設(shè)計(jì)參數(shù)
   電廠和市區(qū)分別處于山的兩端，首站位于電廠內(nèi)，由于系統(tǒng)高差較大，需設(shè)隔壓換熱站l座。從電廠到隔壓換熱站為一級(jí)管網(wǎng)，設(shè)計(jì)壓力為2．5 MPa．設(shè)計(jì)供/回水溫度為130/70℃。從隔壓換熱站到小區(qū)熱力站為二級(jí)管網(wǎng)，設(shè)計(jì)壓力為2．5 MPa，設(shè)計(jì)供/回水溫度l20/60℃。從熱力站到用戶為三級(jí)管網(wǎng)，設(shè)計(jì)壓力為1.0 MPa，設(shè)計(jì)供/回水溫度80/55℃。首站海拔為1 669 m，小區(qū)熱力站(位于市區(qū)內(nèi))海拔約1 850 m，系統(tǒng)最高海拔在二級(jí)管網(wǎng)部分，為2 010 m。隔壓換熱站設(shè)在海拔為1 850 m處，距離電廠約3 km，比電廠高181 m。130℃水汽化壓頭為l7.6 m，考慮隔壓換熱站換熱器布置在二層，設(shè)備充水高度為6 m，同時(shí)考慮5 m水柱安全余量，一級(jí)管網(wǎng)定壓壓頭210 m，即壓力為2.10 MPa，定壓點(diǎn)設(shè)在首站。
    二級(jí)管網(wǎng)最高點(diǎn)比隔壓換熱站高l60 m，120 ℃水汽化壓頭為10 m，考慮5 m安全余量，則二級(jí)管網(wǎng)定壓點(diǎn)壓力為1.75 MPa，定壓點(diǎn)在隔壓換熱站內(nèi)。
3．2首站不用旁通管定壓時(shí)水壓圖
    首站定壓點(diǎn)設(shè)在循環(huán)泵入口時(shí)一級(jí)管網(wǎng)和二級(jí)管網(wǎng)水壓圖見圖1、2，其中二級(jí)管網(wǎng)水壓圖的中繼泵站后城市內(nèi)供、回水均不超壓、不汽化、不倒空，圖中省略了此部分供、回水動(dòng)壓線。
 

 
    由水壓圖可見，首站入口壓力為2.1 MPa，出口壓力為2.6 MPa。隔壓站一級(jí)管網(wǎng)入口壓力為0.7MPa，一級(jí)管網(wǎng)出口壓力為0.5 MPa；從首站到隔壓換熱站一級(jí)管網(wǎng)在首站內(nèi)部及首站出口一段管道會(huì)超壓。首站熱網(wǎng)加熱器阻力為0.1 MPa，則首站循環(huán)泵出口壓力為2.7 MPa，超出設(shè)計(jì)壓力。為了降低動(dòng)水壓線壓力，一級(jí)管網(wǎng)應(yīng)選用旁通管定壓的方案。
    從隔壓換熱站到小區(qū)熱力站的二級(jí)管網(wǎng)供、回水壓力線均在防止超壓線以下，能滿足不超壓；并且均在地面線以上，能滿足不倒空；二級(jí)管網(wǎng)供水壓力最低點(diǎn)在高程2 010 m處，壓力為0.5 MPa，滿足120℃水不汽化；二級(jí)管網(wǎng)回水壓力最低點(diǎn)在中繼泵站人口處，壓力為0.26 MPa，滿足60℃水不汽化。
3．3首站用旁通管定壓時(shí)水壓圖
    為了使一級(jí)管網(wǎng)不超壓，至少應(yīng)降低動(dòng)水壓線0.2 MPa，降低后首站循環(huán)泵出口為2.5 MPa，滿足不超壓。隔壓換熱站一級(jí)管網(wǎng)入口壓力為0.5MPa，滿足130 ℃熱水不汽化。供、回水動(dòng)水壓線均在地面線以上，滿足不倒空。此時(shí)一級(jí)管網(wǎng)水壓圖見圖3，二級(jí)管網(wǎng)水壓圖和定壓點(diǎn)在循環(huán)泵人口時(shí)相同。
  

 
    由圖3可見，一級(jí)管網(wǎng)采用旁通管定壓后，首站入口壓力為1.9 MPa，出口壓力為2.4 MPa，首站循環(huán)泵出口壓力為2.5 MPa，定壓線仍為2.1 MPa，定壓點(diǎn)設(shè)在旁通管處。此時(shí)一級(jí)管網(wǎng)最高壓力為2.4MPa，位置在首站出口，滿足不超壓；供水最低壓力為0.5 MPa，在隔壓換熱站人口，滿足l30℃水不汽化；回水壓力最低點(diǎn)在隔壓換熱站出口，壓力為0.3MPa，滿足70℃水不汽化；供、回水動(dòng)水壓線均在地面線以上，滿足不倒空。此時(shí)旁通管上的調(diào)節(jié)閥a節(jié)流壓差為0.4 MPa，調(diào)節(jié)閥b節(jié)流壓差為0.2MPa。
3．4旁通管工藝計(jì)算
①旁通管安裝位置
圖4為一級(jí)管網(wǎng)常用旁通管定壓位置[1-2]，定壓點(diǎn)在旁通管處。通過改變調(diào)節(jié)閥a和調(diào)節(jié)閥b的開度調(diào)節(jié)定壓點(diǎn)壓力的高低。
 

②旁通管管徑確定原則
    在選管徑時(shí)，應(yīng)保證旁通管內(nèi)流體處于湍流狀態(tài)，盡量避免低雷諾數(shù)[1]。在等壓降、等流量的條件下，管徑越小，其雷諾數(shù)越大，因此旁通管的管徑越小越好。此外，旁通管的能量是循環(huán)泵提供的，旁通流量越大，循環(huán)泵的能耗越大。基于節(jié)能降耗原則，旁通管管徑越小越好。但是如果管徑太小則容易堵塞，因此推薦旁通管管徑一般為DN 25～40mm。
    ③旁通管流量及阻力計(jì)算
    根據(jù)文獻(xiàn)[1]，旁通管閥門調(diào)節(jié)過程中閥門的開度對(duì)循環(huán)水泵的揚(yáng)程影響很小，可以認(rèn)為在閥門調(diào)節(jié)過程中旁通管兩端壓差不變，等于循環(huán)泵揚(yáng)程。本次旁通管規(guī)格選用DN 40 mm。
    根據(jù)管道特性公式，管道流量與兩端壓差的關(guān)系為：
 
 

   

調(diào)節(jié)閥的流通能力指閥門全開情況下，溫度為5～40℃的水，閥兩側(cè)壓差為l00 kPa時(shí)，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的體積流量，本次選用調(diào)節(jié)閥kv值為20。
    通常采用等百分比調(diào)節(jié)閥，其閥門開度的函數(shù)為：
 

    循環(huán)泵揚(yáng)程取50 m，流體密度取950 kg/m3，旁通管規(guī)格為DN 40 mm，旁通管長度取10 m，局部阻力取旁通管沿程阻力的0.3倍，調(diào)節(jié)閥a和b某一開度時(shí)閥芯行程和全開時(shí)閥芯行程的比值分別取0.09和0.195。根據(jù)式(1)～(5)，計(jì)算出設(shè)計(jì)工況下調(diào)節(jié)閥阻抗及旁通管流量見表1。
 

 
   由表1可見，此時(shí)流經(jīng)旁通管的流量為5.94m3/h。約占系統(tǒng)總流量的0.06%，即無效流量損失為0.06%。
4結(jié)論
    ①通過旁通管定壓可以降低系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)動(dòng)水壓線，但需注意系統(tǒng)動(dòng)水壓線的下限應(yīng)保證任何一點(diǎn)不倒空、不汽化。
②旁通管規(guī)格一般為DN 25～40 mm，管徑太小容易堵塞，管徑太大無效損失大。
 
 
 
參考文獻(xiàn)：
[1] 楊鑫．旁通管定壓及其應(yīng)用研究(碩士學(xué)位論文) [D]．太原：太原理工大學(xué)，2010：16-20．
[2] 楊鑫，雒俐暖，王飛．旁通管定壓系統(tǒng)中熱網(wǎng)動(dòng)水壓線的控制策略[J]．煤氣與熱力，2011，31(1)：A09-A12．
本文作者：李宏濤1， 王文軍2， 蔣建志2， 于 淼2， 陳 蒙2， 廖榮平2
作者單位：1．安陽益和熱力有限責(zé)任公司；2．中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院