智能蒸汽流量計在供熱管網中的應用及效果分析
點擊次數：2332 發(fā)布時間：2021-01-07 15:10:27
摘要：通過實際管網平衡改造案例，詳細闡述了靜態(tài)智能蒸汽流量計調試方法，*后通過對比智能蒸汽流量計調試前后管網不平衡率、室溫等數據，得出管網平衡改造不僅對水力失調改善效果明顯，而且對能源節(jié)約有著明顯的效果。
1 引言
近些年來隨著供熱區(qū)域內建筑面積的不斷增加，供熱管網的系統(tǒng)半徑不斷增大，在運行期由于各種因素的影響，使得管網出現實際流量與設計流量不一致的現象，即出現了水力失調。雖然在設計初期會考慮到水力失調帶來的影響，由于水力計算步驟較為復雜，會選擇一些型號較大的設備，如加大水泵揚程，提高水泵的運行頻率來彌補系統(tǒng)水力失調。這種“大流量”的措施，放在以前的小規(guī)模系統(tǒng)，舒適度要求較低、能耗要求也較低的供熱管網循環(huán)系統(tǒng)中，還可以用。但是現在來看，系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大，高舒適性、低耗能性等要求被提出，因此尋求新的解決水力失調的方法迫在眉睫。據不完全統(tǒng)計，選用較大型號設備，會增加供熱設備的系統(tǒng)投資20%以上，同時熱能和電能也有不同程度的增加，耗熱能增加15%以上，浪費電能30%以上。
管網水力失調不僅造成能源的大量浪費，而且造成了各采暖建筑物之間的室內溫度偏差較大,冷熱不均。因此，必須采取有效措施解決供熱管網水力失調問題。筆者分析了某小區(qū)的供熱管網中存在的問題，利用加裝智能蒸汽流量計方法解決管網水力失調的現象，以實現節(jié)能的目的。
2 小區(qū)供熱管網系統(tǒng)現狀
某小區(qū)住宅樓建設于1996年，建筑結構為磚混建筑，建筑面積為54931m2，共30棟住宅樓。2017年繳費739戶，總采暖面積為47141m2。換熱站位于小區(qū)中部，板式換熱機組設計換熱面積為50000m2，循環(huán)泵額定功率為30kW，流量為200m³/h，揚程為32m。庭院管網共分為2個支狀供回水環(huán)路，該小區(qū)供熱管網見圖1所示。
管網平衡改造前，2017~2018 年極寒期循環(huán)泵頻率為45HZ，實測總供水量為189m³/h，供水溫度為 55.4℃，回水溫度為47.1℃；換熱站總供水壓力0.37MPa,回水壓力為 0.27MPa；采暖期電指標為1.221kW·h/m2。管網近端末端部分用戶極寒期室溫實測數據詳見表1。基于以上數據可以看出，該小區(qū)庭院管網采用“大流量、小溫差”的供熱運行方式，同時熱用戶室溫存在近熱遠冷現象，管網處于水力失調狀態(tài)，耗電指標偏大，節(jié)能改造潛力巨大。
3 智能蒸汽流量計的選用及調試方案
3.1 智能蒸汽流量計的選用
該小區(qū)建造年代較早，供熱系統(tǒng)未采用熱計量，因此供熱系統(tǒng)屬于定流量系統(tǒng)。在定流量系統(tǒng)中，運行過程流量不發(fā)生改變，因此只會出現靜態(tài)水力失調。只需要使用靜態(tài)智能蒸汽流量計平衡系統(tǒng)阻力，達到靜態(tài)水力平衡即可。2018年夏季，我公司在小區(qū)每個樓單元前，回水干管上KPF靜態(tài)水力智能蒸汽流量計，共安裝88臺DN50智能蒸汽流量計。為使系統(tǒng)在*大程度上達到靜態(tài)水力平衡，供熱前期即可用專用儀表進行平衡調試。KPF靜態(tài)水力智能蒸汽流量計有良好的流量調節(jié)特性及開度鎖定記憶裝置，配合使用專用智能儀表可測量單體建筑的供熱流量。該閥門可實現系統(tǒng)平衡后、總流量增減時，各支路、各用戶的流量同比例增減，同步傳至每一個末端裝置，可有效避免流量失衡、各個環(huán)路相互干擾造成的熱量浪費。
3.2 智能蒸汽流量計調試方案
目前國內平衡調節(jié)的主要方法有溫差法、比例法和CCR法。結合公司選擇使用KPF智能蒸汽流量計的現狀，現采用KPF 綜合
調節(jié)法。該方法是計算出每棟單體建筑的理論循環(huán)流量，通過安裝KPF智能蒸汽流量計，利用其專用智能儀表標定通過閥門的實際流量，調節(jié)閥門開度，使實際流量趨近于理論流量，實現水力工況平衡。
3.2.1 計算理論流量
考慮到該小區(qū)建造年代較早，建造圍護保溫性較差，查閱《城市熱網設計規(guī)范》后選用40W/m²的采暖熱指標進行計算。
根據公式（1）和公式（2）計算出每個單元理論設計流量。使用智能蒸汽流量計專用智能儀表，通過調整智能蒸汽流量計開度，使實際流量趨近于理論流量。
3.2.2 智能蒸汽流量計調試
在庭院管網智能蒸汽流量計調試中，采取“先近后遠”的原則。*先利用專用智能儀表對管網近端智能蒸汽流量計進行流量調試，使其實際流量趨近于理論流量，這樣可以有效增大管網末端用戶的使用流量，防止末端流量不足的情況出現；其次再依次進行管網中端和末端智能蒸汽流量計調節(jié)，使整個環(huán)路水力工況達到平衡。在智能蒸汽流量計調試過程中，需將每臺閥門的開度設定值、實際流量值等數據進行記錄和整理，并撰寫智能蒸汽流量計調試報告，以便為以后調試提供依據。部分智能蒸汽流量計調試結果見表2所示。
4 管網平衡改造效果
4.1 管網不平衡率分析
將所有智能蒸汽流量計調試后不平衡率做成圖片，如圖2所示。
圖2中橫坐標代表智能蒸汽流量計安裝單元數，縱坐標表示每個智能蒸汽流量計不平衡率，當未使用靜態(tài)水力智能蒸汽流量計進行調節(jié)前，水力不平衡率數據不集中，比較分散，*大能達到98%，從圖中還可以看出，調節(jié)前管網近端智能蒸汽流量計不平衡率較大，而管網末端不平衡率均為負值，流量嚴重不足。說明調節(jié)前管網存在嚴重水力失調現象，近端流量大，遠端流量不足。管網平衡改造后，水力不平衡率全部集中在8%以內，也就是說，整個管網基本處于水力平衡狀態(tài)，即實際流量與理論流量相當接近。另外從圖中可以看出，一些智能蒸汽流量計不平衡率存在負值，說明該智能蒸汽流量計的循環(huán)流量不足，原因可能為此閥盜用壓差不足，靜態(tài)智能蒸汽流量計的加裝，無疑使得管路阻力增大了，因此必須考慮加大閥門開度。如果仍不能滿足循環(huán)流量，應考慮該處靜態(tài)智能蒸汽流量計安裝的必要性。
4.2 用戶室溫分析
我公司在該小區(qū)管網改造前，在不同單元不同樓層分別安裝100臺室溫采集器。智能蒸汽流量計調前數據采集于2017~2018年供熱期，調后數據采集于2018~2019年供熱期。經過兩個采暖期，共有96臺室溫采集器可以正常提供數據。數據分析結果見圖3所示。
圖3中的曲線 A和B供熱管網智能蒸汽流量計調節(jié)前后的熱用戶室溫變化情況，橫坐標表示室溫分布，縱坐標表示熱用戶數量。從圖中可以看出，智能蒸汽流量計調節(jié)前熱用戶室溫比較分散，既有室溫小于18℃的熱用戶，也有室溫大于24℃的熱用戶。熱用戶室溫“近熱遠冷”，供熱管網存在水力不平衡現象。智能蒸汽流量計調節(jié)后，有49戶用戶室溫在20℃~21℃之間，從圖中可以看出室溫分布范圍縮小，平均室溫降低，從而，不僅減少了供熱量，也大大提高了供熱品質。一般來講，對采暖系統(tǒng)，每增加 1℃平均室溫，能耗增多 5%~10%。采暖系統(tǒng)實現平衡后，常常可以降低平均室溫1℃~3℃。
4.3 換熱站內數據分析
管網平衡改造后，2018~2019年極寒期換熱站內供水溫度為55.4℃，回水溫度為 44.8℃，供回水溫差較上一采暖期增大2.3℃。換熱站總供水壓力0.37MPa,回水壓力為 0.25MPa，供回水壓差較上一采暖期增大0.02MPa。通過多次調試智能蒸汽流量計，已將循環(huán)泵頻率降至39HZ，采暖期電指標為0.877kW·h/m²。可見管網平衡改造后，節(jié)能效果明顯。
5 結論
通過對上述案例的分析，熟悉了靜態(tài)水力智能蒸汽流量計的調試方法，通過對比平衡調試前后的不平衡率、室溫等數據，得出管網平衡改造對改善管網水力失調的效果明顯，不僅節(jié)約能源，而且提高了管網末端熱用戶室溫，緩解了熱力公司與熱用戶之間的矛盾。
1 引言
近些年來隨著供熱區(qū)域內建筑面積的不斷增加，供熱管網的系統(tǒng)半徑不斷增大，在運行期由于各種因素的影響，使得管網出現實際流量與設計流量不一致的現象，即出現了水力失調。雖然在設計初期會考慮到水力失調帶來的影響，由于水力計算步驟較為復雜，會選擇一些型號較大的設備，如加大水泵揚程，提高水泵的運行頻率來彌補系統(tǒng)水力失調。這種“大流量”的措施，放在以前的小規(guī)模系統(tǒng)，舒適度要求較低、能耗要求也較低的供熱管網循環(huán)系統(tǒng)中，還可以用。但是現在來看，系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大，高舒適性、低耗能性等要求被提出，因此尋求新的解決水力失調的方法迫在眉睫。據不完全統(tǒng)計，選用較大型號設備，會增加供熱設備的系統(tǒng)投資20%以上，同時熱能和電能也有不同程度的增加，耗熱能增加15%以上，浪費電能30%以上。
管網水力失調不僅造成能源的大量浪費，而且造成了各采暖建筑物之間的室內溫度偏差較大,冷熱不均。因此，必須采取有效措施解決供熱管網水力失調問題。筆者分析了某小區(qū)的供熱管網中存在的問題，利用加裝智能蒸汽流量計方法解決管網水力失調的現象，以實現節(jié)能的目的。
2 小區(qū)供熱管網系統(tǒng)現狀
某小區(qū)住宅樓建設于1996年，建筑結構為磚混建筑，建筑面積為54931m2，共30棟住宅樓。2017年繳費739戶，總采暖面積為47141m2。換熱站位于小區(qū)中部，板式換熱機組設計換熱面積為50000m2，循環(huán)泵額定功率為30kW，流量為200m³/h，揚程為32m。庭院管網共分為2個支狀供回水環(huán)路，該小區(qū)供熱管網見圖1所示。
管網平衡改造前，2017~2018 年極寒期循環(huán)泵頻率為45HZ，實測總供水量為189m³/h，供水溫度為 55.4℃，回水溫度為47.1℃；換熱站總供水壓力0.37MPa,回水壓力為 0.27MPa；采暖期電指標為1.221kW·h/m2。管網近端末端部分用戶極寒期室溫實測數據詳見表1。基于以上數據可以看出，該小區(qū)庭院管網采用“大流量、小溫差”的供熱運行方式，同時熱用戶室溫存在近熱遠冷現象，管網處于水力失調狀態(tài)，耗電指標偏大，節(jié)能改造潛力巨大。
3 智能蒸汽流量計的選用及調試方案
3.1 智能蒸汽流量計的選用
該小區(qū)建造年代較早，供熱系統(tǒng)未采用熱計量，因此供熱系統(tǒng)屬于定流量系統(tǒng)。在定流量系統(tǒng)中，運行過程流量不發(fā)生改變，因此只會出現靜態(tài)水力失調。只需要使用靜態(tài)智能蒸汽流量計平衡系統(tǒng)阻力，達到靜態(tài)水力平衡即可。2018年夏季，我公司在小區(qū)每個樓單元前，回水干管上KPF靜態(tài)水力智能蒸汽流量計，共安裝88臺DN50智能蒸汽流量計。為使系統(tǒng)在*大程度上達到靜態(tài)水力平衡，供熱前期即可用專用儀表進行平衡調試。KPF靜態(tài)水力智能蒸汽流量計有良好的流量調節(jié)特性及開度鎖定記憶裝置，配合使用專用智能儀表可測量單體建筑的供熱流量。該閥門可實現系統(tǒng)平衡后、總流量增減時，各支路、各用戶的流量同比例增減，同步傳至每一個末端裝置，可有效避免流量失衡、各個環(huán)路相互干擾造成的熱量浪費。
3.2 智能蒸汽流量計調試方案
目前國內平衡調節(jié)的主要方法有溫差法、比例法和CCR法。結合公司選擇使用KPF智能蒸汽流量計的現狀，現采用KPF 綜合
調節(jié)法。該方法是計算出每棟單體建筑的理論循環(huán)流量，通過安裝KPF智能蒸汽流量計，利用其專用智能儀表標定通過閥門的實際流量，調節(jié)閥門開度，使實際流量趨近于理論流量，實現水力工況平衡。
3.2.1 計算理論流量
考慮到該小區(qū)建造年代較早，建造圍護保溫性較差，查閱《城市熱網設計規(guī)范》后選用40W/m²的采暖熱指標進行計算。
根據公式（1）和公式（2）計算出每個單元理論設計流量。使用智能蒸汽流量計專用智能儀表，通過調整智能蒸汽流量計開度，使實際流量趨近于理論流量。
3.2.2 智能蒸汽流量計調試
在庭院管網智能蒸汽流量計調試中，采取“先近后遠”的原則。*先利用專用智能儀表對管網近端智能蒸汽流量計進行流量調試，使其實際流量趨近于理論流量，這樣可以有效增大管網末端用戶的使用流量，防止末端流量不足的情況出現；其次再依次進行管網中端和末端智能蒸汽流量計調節(jié)，使整個環(huán)路水力工況達到平衡。在智能蒸汽流量計調試過程中，需將每臺閥門的開度設定值、實際流量值等數據進行記錄和整理，并撰寫智能蒸汽流量計調試報告，以便為以后調試提供依據。部分智能蒸汽流量計調試結果見表2所示。
4 管網平衡改造效果
4.1 管網不平衡率分析
將所有智能蒸汽流量計調試后不平衡率做成圖片，如圖2所示。
圖2中橫坐標代表智能蒸汽流量計安裝單元數，縱坐標表示每個智能蒸汽流量計不平衡率，當未使用靜態(tài)水力智能蒸汽流量計進行調節(jié)前，水力不平衡率數據不集中，比較分散，*大能達到98%，從圖中還可以看出，調節(jié)前管網近端智能蒸汽流量計不平衡率較大，而管網末端不平衡率均為負值，流量嚴重不足。說明調節(jié)前管網存在嚴重水力失調現象，近端流量大，遠端流量不足。管網平衡改造后，水力不平衡率全部集中在8%以內，也就是說，整個管網基本處于水力平衡狀態(tài)，即實際流量與理論流量相當接近。另外從圖中可以看出，一些智能蒸汽流量計不平衡率存在負值，說明該智能蒸汽流量計的循環(huán)流量不足，原因可能為此閥盜用壓差不足，靜態(tài)智能蒸汽流量計的加裝，無疑使得管路阻力增大了，因此必須考慮加大閥門開度。如果仍不能滿足循環(huán)流量，應考慮該處靜態(tài)智能蒸汽流量計安裝的必要性。
4.2 用戶室溫分析
我公司在該小區(qū)管網改造前，在不同單元不同樓層分別安裝100臺室溫采集器。智能蒸汽流量計調前數據采集于2017~2018年供熱期，調后數據采集于2018~2019年供熱期。經過兩個采暖期，共有96臺室溫采集器可以正常提供數據。數據分析結果見圖3所示。
圖3中的曲線 A和B供熱管網智能蒸汽流量計調節(jié)前后的熱用戶室溫變化情況，橫坐標表示室溫分布，縱坐標表示熱用戶數量。從圖中可以看出，智能蒸汽流量計調節(jié)前熱用戶室溫比較分散，既有室溫小于18℃的熱用戶，也有室溫大于24℃的熱用戶。熱用戶室溫“近熱遠冷”，供熱管網存在水力不平衡現象。智能蒸汽流量計調節(jié)后，有49戶用戶室溫在20℃~21℃之間，從圖中可以看出室溫分布范圍縮小，平均室溫降低，從而，不僅減少了供熱量，也大大提高了供熱品質。一般來講，對采暖系統(tǒng)，每增加 1℃平均室溫，能耗增多 5%~10%。采暖系統(tǒng)實現平衡后，常常可以降低平均室溫1℃~3℃。
4.3 換熱站內數據分析
管網平衡改造后，2018~2019年極寒期換熱站內供水溫度為55.4℃，回水溫度為 44.8℃，供回水溫差較上一采暖期增大2.3℃。換熱站總供水壓力0.37MPa,回水壓力為 0.25MPa，供回水壓差較上一采暖期增大0.02MPa。通過多次調試智能蒸汽流量計，已將循環(huán)泵頻率降至39HZ，采暖期電指標為0.877kW·h/m²。可見管網平衡改造后，節(jié)能效果明顯。
5 結論
通過對上述案例的分析，熟悉了靜態(tài)水力智能蒸汽流量計的調試方法，通過對比平衡調試前后的不平衡率、室溫等數據，得出管網平衡改造對改善管網水力失調的效果明顯，不僅節(jié)約能源，而且提高了管網末端熱用戶室溫，緩解了熱力公司與熱用戶之間的矛盾。