热力网

一、热力网简介:

由区域供热蒸汽管网或热水管网组成的热媒输配系统，总称为供热管网（热力网）。对于区域锅炉房供热系统，在仅有供暖热负荷的情况下，以热水为热媒，特别是采用高温水供暖最为经济。当供热系统既有生产工艺热负荷，也有供暖、通风等热负荷时，通常以蒸汽为热媒来满足生产工艺的需要。对于供暖系统的形式、热媒的选择，则应通过全面的技术、经济比较来确定。一般来说，以生产用热量为主，供暖用热量较小，而且供暖时间又不长时，宜采用蒸汽供热系统向用户供热，应设置蒸汽管网。而对于室内采暖系统，可考虑采用汽-水换热器来解决热水供暖问题。如供暖用热量较大，且供暖时间又较长时，宜采用单独的热水采暖系统，则采用汽、水并行管网供热。我国地域辽阔，供暖时间差别较大（从100天到200天不等）、区域不同，所以对供热系统热源、热媒、参数的选择，要因地制宜进行具体分析，择优确定供热管网系统。

根据《城市热力网设计规范》要求，热水热力网宜采用闭式双管制；蒸汽热力网的蒸汽管道宜采用单管制。当符合下列情况时，可采用双管或多管制。

①各用户间所需蒸汽参数相差较大或季节性热负荷占总热负荷比例较大，且技术经济合理的场合。

②特大型复杂供热系统热负荷分期增长，或需要多种热源等场合。

二、热力网分类:

1.按热媒种类划分

有蒸汽和热水及冷凝水回收热力网时，可划分为：

2.按功能划分

热水热网可分为一级管网和二级管网两种。一级管网系指从热源引出后至热力站（换热站、热力分配站等）的供、回水管道系统。多采用高温水为热媒，有时也可用蒸汽作热媒。二级管网系指由热力站至热用户的供、回水管道系统。一般采用低温水为热媒。

三、热力网布置与敷设：

1.热力网布置

热力网的布置形式，应保证在任何运行工况时，能将热能通过热力网，安全、经济、合理地输送到热用户，以满足生产和生活需要。主要的布置形式有如下几种。

（1）枝状管网　枝状管网是从热源引出主干线，沿程向各热用户分别以支线供热，形成类似树枝状布置的管网。枝状管网的优点是投资费用低，缺点是距离热源近处的主干线发生故障时影响较多用户。设计时要认真做好水力计算，保证水力失调在规范规定范围之内。近几年来广泛采用恒流量调节阀，分别装在热力网及用户热力入口处，提高了枝状管网水力稳定性，叫做“附加阻力平衡”。为了减少主干线发生故障，影响用户范围，宜在各分支管线引出点设置检修隔断阀。

（2）环状管网　当供热面积较大，又是多热源供热时，各热源引出主干线或支干线，并在适当位置连通在一起，形成环形管网，主要用于热水供热的一级管网。由于管线加长，部分管径增加，所以投资费用较高。其优点是运行安全可靠，可以相互备用及调峰，能达到在不同气候条件下供需平衡、节约能源。

（3）多管制管网

①多管制蒸汽管网　由热源引出两种以上的同向、不同向或不同参数的蒸汽热网。主要应用在不能间断连续供汽的用户；所需介质参数相差较大的用户；热负荷分期增长时间较长的用户；有全年热负荷，同时又有季节性热负荷，且所占总热负荷比例较大的用户。

②多管制热水管网　同一热源、同一介质向不同方向输送的管网。热力站内采用“水力分配器”，按不同支线选定不同规格循环泵分别输出，在实际运行中应用较多。

2.热力网敷设方式与要求

（1）热力网布置应按《城市热力网设计规范》（J216）中有关规定敷设：

热力网敷设时应按《城市热力网设计规范》规定，设置放气阀、放水阀、启动疏水和经常疏水装置。另外要特别重视热力网坡度设置，其主要功能是及时排除蒸汽管网中冷凝水与热水管网中的空气，保证热力网正常运行。

（2）坡度的设定

①坡度方向　有条件时，蒸汽管道的坡度方向，应和气流方向一致或按地形情况确定。热水管道坡度方向根据地形情况而定。城镇热力网较长，地上敷设时受地形、建筑物影响需抬高，自然形成坡度或坡向低点。直埋地下敷设时，为避免高差过大，可经一定距离，改变一次坡度方向。

②坡度值　蒸汽和热水管道坡度值，一般取长度的2‰，表示为[插图]，箭头为坡向，无压自流管道可取3‰～5‰。

四、热水供热系统定压：

保证热水供热系统恒压点压力恒定的技术措施，称为供热系统定压。确定定压方式是供热系统设计和运行的重要内容。维持恒压点压力恒定是确保热水供热系统正常运行的基本前提，定压设备的安装及运行操作是取得良好供热效果的手段。目前在较大规模供热系统中，普遍采用变频调速补给水泵定压等定压装置，实现恒压自动控制，取得良好节能效果。

1.热水供热系统定压方式分类

目前热水供热系统的定压方式有如下几种：

①采用高架水箱定压的热水供热系统；

②采用全自动气体定压的热水供热系统；

③采用蒸汽定压的热水供热系统；

④采用补给水泵定压的热水供热系统；

⑤高、低层建筑直连热水供热系统。

2.各种定压方式的特点与适用范围

（1）采用高架膨胀水箱定压方式，主要用于小型低温热水供热系统。其特点是简单可靠，投资较少。但是对高温热水供热系统，往往会遇到没有适当架设位置的困难。

（2）采用氮气等气体定压方式，是20世纪80年代开始推广的以“落地膨胀水箱”为代表的热水供热系统定压方式，到20世纪90年代发展成全自动气体定压装置。应用PLC智能化控制、水泵变频软启动，设备紧凑，节约电耗。它能有效地容纳供热系统的热膨胀量，保持供热系统所需定压值，使系统在运行和停止时不倒空。

（3）采用蒸汽定压的热水供热系统。主要用于高温热水供热系统，有下面几种形式：

①蒸汽锅筒定压方式；

②外置膨胀罐的蒸汽定压方式；

③采用淋水式加热器的蒸汽定压方式。

（4）补给水泵定压　用补给水泵定压是目前供热系统中较为普遍采用的定压方式，根据供热规模大小及自控水平有几种类型。

（5）高、低层建筑直连供热技术

在由同一热源供热系统中，同时有高层建筑和低层建筑时，由于定压点压力值不同，建筑高度不同，采取两套或两套以上定压装置和供、回水管网。现采用高、低层建筑直连供热技术，则可实现高层、低层热力网并网运行，从而大大改善供热效果，节省工程投资，降低运行费用。

3.定压点的确定

定压点的压力值等于静水压线值。定压点的位置也可以在系统的任何一点，根据供热系统的实际情况而定。运行实践表明，定压点位置最好设在供热回水干管除污器前。这样不仅可清除补水管道系统中的污物，而且还可保证补水运行安全。如果放在除污器后至循环泵入口处，一旦除污器堵塞流水受阻，使循环泵入口处压力下降，补水量骤增，供水压力增加，给热用户散热设备带来危害。另外，在系统运行中发现，当系统停止运行时，循环泵入口处压力等于静水压线值，可是循环泵启动运行后，此处压力明显下降，若继续补水，使循环泵入口处压力升高至静水压线值，若再停止系统运行，则会发现静水压线值明显上升。这就表明恒压定压点不在循环泵入口处，而是在最高热用户顶部。所以在系统运行时，循环水泵入口处压力下降是正常的。最高建筑物离热源越远，其下降越多。尤其是热源在低处，热用户在起伏的山坡上时，这种现象更明显。为此最好在建筑物管网最高处装设压力表，以便在运行中测定静水压线值。采用旁通管上设定压点则可不受地形、建筑物结构的影响。

4.补水泵参数的确定

对于一个闭式供热系统，补水泵的作用是在供热系统运行前，承担向系统充水的功能，系统运行中补偿系统中的漏水量，进而实现静水压线值的恒定。对于闭式热水供热系统，正常的补给水量主要取决于热水供热系统泄漏水量，主要与系统的规模、施工质量、运行管理水平有直接关系，在正常情况下一般不超过系统总水容量的1％。补给水泵流量选定，还应满足系统发生事故时增加的补给水量，通常不小于正常补给水量的4倍，可按系统循环流量的3％～5％来估算。

五、热水热力网水力计算

水力计算是热力网设计、改造、运行复核的重要环节。通过水力计算确定管径和合理压降。在扩建与改造时，可复核原有管网流量、管径及压降是否在合理范围，同时确定热网末端用户的供热量是否达到要求。水力计算是在确定管网系统形式和布置后进行的。

六、热水管网的调试

大力发展城镇和新农村集中供热，是我国实施节能减排、提高能源利用率、改善供热质量的一条必由之路。尤其是近些年来，各地区集中供热普及与规模不断扩大，集中供热水平也有了相应提高。但由于我国集中供热的发展历史较短，从事这个行业的专门人才相对较少。因此，在供热行业中出现的各类问题，在某些地区还没有得到真正解决，使其供热质量不高、成本上升。一个理想的供热系统，应该是供需平衡，流量分配合理，热尽其用。为此，结合多年实践经验，对热水热力网调节技术作一些概括论述。

1.热力网调节基本理论与实践经验相结合

一个合理的供热系统，不仅要保证在室外温度条件下，保持采暖房间的温度达到设计要求，而且要在室外温度变化条件下，也要保证相应的室内温度。因此，对供热系统需要进行正确的调节。

供热系统的调节分为初调节和运行调节。所谓初调节就是在供热系统运行之前，将各热用户的运行流量调节到理想状态，消除系统水量分配失调，各用户冷热不均现象。因此初调节又可称为热用户不同热负荷而进行的流量均匀调节。

运行调节是在供热系统投入运行以后，根据室外温度的变化情况，保证用户室内供热平衡，而对供热系统的流量和供回水温度进行的调节。运行调节的主要目的是消除供热系统的热力工况垂直失调问题。

（1）初调节　按前面定义所述，初调节就是一个流量合理预分配的问题。为达到此目的，应有多种方法可选取。但限于当前的各供热单位的测试手段、人员的专业素质及热网有关资料的完备程度不尽相同，有些方法难以实施。但是根据长期工作经验，一种简易、快速的过渡流量法，可满足一般供热系统初调节的需要。即使不能完全满足对热用户进行完整的初调节，通过有效的运行调节也可以解决初调节的欠缺，以保证供热系统流量分配的合理需要。

（2）运行调节　运行调节系指在供热负荷因为室外气温发生变化时，为了保证用户室内温度恒定，实施按需供热，对系统进行的调节。

运行调节分为量调节和质调节。为了满足变化的热负荷要求，对系统的运行流量进行调节，称为量调节；若通过改变系统中介质的温度，保持其流量不变所进行的调节，称为质调节。进行何种调节都要遵循一个规律，即在供热系统稳定运行时，如果不考虑管网的沿途热损失，则网路的供热量应等于用户系统的热负荷。

（3）质调节　由定义可知，在进行质调节时，因其室外温度变化，只改变用户的供水温度，而循环水流量保持不变，即相对流量C=1，从而提高了室内供热负荷，即保持室内温度稳定、舒适。

（4）量调节　对于量调节而言，供热源必须随室外温度的变化，不断改变网路的循环水流量，但网路的供水温度保持不变，用以调节室内供热负荷，即保持用户室内温度稳定、舒适。

（5）分阶段改变流量的质调节　分阶段改变流量的质调节，就是在整个供热季节内，根据各个地区室外气温的变化规律，将供热系统的流量分为几个变化的阶段，在同一阶段内实行质调节。在室外气温较低的阶段中，保持较大的流量；而在室外温度较高的阶段中，保持较低的流量。在不断统计、试验、分析总结的基础上，摸索出每一个阶段中热网的循环水温度，并保持相对稳定，从而保证室内温度稳定。

2.热力网调节：

在实际的热网调节中，影响调节质量的因素很多。随着新技术、新工艺、新设备的不断研发和应用，使热力网调节变得更容易。问题的关键是要掌握热网的特性，特别是对各种用于调节阀门的特性有清楚的了解。在此基础上，再科学合理地确定调节方案，便可取得满意的调节效果。

（1）消除热网故障，增加热力网可调性　在热网调节时，经常会遇到一些管道堵塞、阀门开启不灵活等问题，导致热网调节困难，甚至不可调。这样势必影响供热质量，并造成供热成本增加。因此在热网调节前必须消除这些故障，使热网变得可调，才能保证热用户室温稳定的要求。

（2）正确认识各类不同阀门的调节特性　阀门是热网调节的必备工具。要充分认识各类阀门的调节特性，合理选择调节阀门是热网调节的基础工作。按流量特性的不同，阀门大体可分为三类，即线性流量特性、等百分比流量特性和快开流量特性。

（3）采用自力恒流量控制阀的集散式调节

①自力恒流量控制阀的原理　恒流量调节阀是新型自力式变阻力调节设备，是将“压差控制装置”和“流量调节装置”组合而成的。

②一次网采用自力恒流量控制阀的优势　我国多数集中供热管网系统，不同程度存在水力失调问题。系统各个环路阻力不平衡，导致流量不能均衡准确地输配，系统被迫处于大流量工况下低效运行，用户的室温有时冷热不均。以往的对策是采用设定阻力的设备，如孔板、调节阀、平衡阀等，用以调节、匹配各个环路的阻力，达到水力平衡。

③加装电动执行器的自力恒流量控制阀　如上所述，在一次网加装自力恒流量控制阀后，既可克服稳态失调，又可克服动态失调，能有效地解决水力失调问题。

（4）不断采用新技术和新设备　随着供热事业的不断发展，新技术和新设备的研制和应用，给热力网调节提供了新的手段。正是由于这些新技术和新设备的应用，使得热力网调节变得相对简单化、量化、低成本化。目前广泛采用的闸阀、蝶阀等属于快开流量特性，一般只能起到关断作用。只有线形、等百分比流量特性的阀门才能应用于流量调节。有些智能仪表、平衡阀、自力式恒流量调节阀等，应用于动态调节是解决热力网失调的有效途径。

（5）突破固定模式，适时调节　在实际供热运行中，应充分根据热网的规模、系统的连接形式、设备的特性与完好程度、运行人员的技术水平等诸多因素，合理制订调节方案，使调节工作做到有据可依，不死搬教条，灵活应用。

七、降低供热系统水力失调

1.供热系统水力失调原因分析

产生水力失调的根本原因：在运行状态下，热网特性不能随用户需要的流量，实现各用户环路的阻力相等，也就是通常所说的阻力不平衡。产生水力失调的客观原因主要有以下几个方面：

①热网管道规格的差异性。热网设计不可能不经过人为调节而实现各个用户环路的水力平衡。在设计时，一般是满足最不利用户点所必需的资用压头，而其他用户的资用压头都会有不同程度的富余量。仅靠几种有限管材规格变化改变阻力是不能实现水力平衡的。在这种自然状态下分配各个用户流量，必然产生水力失调。

②系统中用户的增加或减少，即网路中用户点的变化，要求网路流量重新分配而导致水力失调。

③系统中用户热量的增加或减少，即用户流量要求的变化，也要求网路流量重新分配而导致水力失调。

④当用户系统缺少必要的调节设备，用户系统无法调节，也会导致水力失调。

2.管网水力失调目前存在的错误做法

（1）在系统设计时，热网各个用户环路的阻力达到平衡，实际上是比较困难的。循环水泵压头是按照最不利（阻力最大）环路所消耗的阻力确定的，因而在设计无误时，其他各个环路都存在剩余压头。

（2）采用“大流量、小温差”运行方式。它是在用户出现冷热不均、水力失调现象时，增大循环水泵，采用“大流量、小温差”运行方式。实践已证明，这是一种不可取的技术措施。因为这样做的结果，过冷用户循环水量会有些增加，效果会得到一些改善，但过热用户更加过热。这一运行方式不符合节能减排要求，应当淘汰。

（3）降低水力失调的方法

①附加阻力平衡法　在用户系统入口安装自力式平衡阀（流量调节器）或压差控制阀（量调节时采用），消除进入用户系统的剩余压头，保证各热用户流量恒定。

②附加压头平衡法　用附加压头提高用户不足的资用压头，是在系统循环实际扬程不够时，采用具有低扬程、小流量的水泵，来提高用户系统的压头。

（4）水力失调综合治理的经济效益

目前一些供热公司在解决热网水力失调时，根据用户的实际情况，推行水力失调的综合治理技术措施，即根据系统实际情况，同时或单独应用附加阻力技术、附加压头技术和更换设备（包括管道和附件）等措施，实现技术和经济效益最佳化。这种做法既可用于旧系统的改造，也可用于新系统的设计。