樊守峰

(西北電力設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710075)

由于熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)一方面在正常運(yùn)行時(shí)存在跑冒滴漏現(xiàn)象、事故時(shí)還可能會(huì)有大量的熱網(wǎng)循環(huán)水外漏，熱網(wǎng)補(bǔ)水系統(tǒng)可以根據(jù)需求對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行適時(shí)、適量地補(bǔ)水；另一方面供熱熱水系統(tǒng)內(nèi)熱媒壓力也必須滿足一定的技術(shù)條件方可正常運(yùn)行，這就要求熱網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)配套設(shè)計(jì)熱網(wǎng)循環(huán)水的定壓系統(tǒng)。本文以熱電廠一級(jí)熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)為例，介紹熱網(wǎng)補(bǔ)水及定壓系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)要求及特點(diǎn)，探討是否可將熱網(wǎng)補(bǔ)水系統(tǒng)和定壓系統(tǒng)合并為一個(gè)系統(tǒng)。

1 熱網(wǎng)循環(huán)水補(bǔ)水系統(tǒng)

1.1 熱網(wǎng)循環(huán)水補(bǔ)水系統(tǒng)的功能及設(shè)計(jì)原理

熱網(wǎng)循環(huán)水補(bǔ)水(以下簡(jiǎn)稱熱網(wǎng)補(bǔ)水)系統(tǒng)的功能：由于熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)不嚴(yán)密或事故導(dǎo)致熱網(wǎng)循環(huán)水管道破裂，將會(huì)引起供熱系統(tǒng)熱媒損失進(jìn)而引起內(nèi)壓的波動(dòng)，本系統(tǒng)的功能是根據(jù)需要及時(shí)地向熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水，使系統(tǒng)的運(yùn)行壓力得到穩(wěn)定。

熱網(wǎng)補(bǔ)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理：通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口母管的壓力，判斷是否需要對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)水。當(dāng)此處測(cè)得的壓力低于補(bǔ)水設(shè)定值時(shí)，則表明熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)存在對(duì)外泄漏現(xiàn)象，此時(shí)通過(guò)補(bǔ)水系統(tǒng)及時(shí)地向熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水，使熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口母管的壓力恢復(fù)到補(bǔ)水設(shè)定值。

1.2 熱網(wǎng)補(bǔ)水量的計(jì)算

一級(jí)熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)一般為閉式循環(huán)系統(tǒng)，依據(jù)《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ34-2002 J216-2002，閉式熱力網(wǎng)補(bǔ)水裝置的流量，不應(yīng)小于供熱系統(tǒng)循環(huán)水流量的2%；事故補(bǔ)水量不應(yīng)小于供熱系統(tǒng)循環(huán)水流量的4%。

1.3 熱網(wǎng)補(bǔ)水系統(tǒng)的構(gòu)成

熱網(wǎng)首站常見(jiàn)的補(bǔ)水系統(tǒng)一般包括：一臺(tái)大氣式熱力除氧器，2×100%的熱網(wǎng)補(bǔ)水泵(運(yùn)行方式為一運(yùn)一備)，系統(tǒng)的基本構(gòu)成見(jiàn)圖1。

圖1 供熱首站補(bǔ)水系統(tǒng)示意圖

2 熱網(wǎng)循環(huán)水定壓系統(tǒng)

2.1 熱網(wǎng)循環(huán)水定壓系統(tǒng)的功能

由于熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)無(wú)論是在正常運(yùn)行或停運(yùn)狀態(tài)，熱網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的熱水壓力必須滿足下列基本要求：

(1)熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的最高運(yùn)行壓力及設(shè)計(jì)壓力不應(yīng)超過(guò)各熱用戶相關(guān)設(shè)備及管道系統(tǒng)所能夠承受的極限壓力。

(2)熱網(wǎng)循環(huán)水回水管內(nèi)壓力折算的靜水柱高度不得小于整個(gè)系統(tǒng)包括用戶端的最高充水高度，防止系統(tǒng)倒空，破壞系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

(3)當(dāng)外供熱水的溫度高于當(dāng)?shù)卮髿鈮核鶎?duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，熱水管網(wǎng)任何一點(diǎn)的內(nèi)壓都不能低于管網(wǎng)沿線對(duì)應(yīng)點(diǎn)實(shí)際運(yùn)行溫度所對(duì)應(yīng)的汽化壓力，以便防止熱水汽化，產(chǎn)生水擊現(xiàn)象。

(4)熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)任何一點(diǎn)的內(nèi)壓都不應(yīng)低于當(dāng)?shù)卮髿鈮?，防止吸入空氣?dǎo)致管道腐蝕。

(5)熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)供、回水母管之間要有足夠的壓差，以保證克服市區(qū)管網(wǎng)、市區(qū)各二級(jí)供熱站內(nèi)管道及設(shè)備的流動(dòng)阻力以及由于布置高度的不同所產(chǎn)生的靜壓。

上述第(1)～(4)條是靠熱網(wǎng)定壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這也就是熱網(wǎng)定壓系統(tǒng)的基本功能。

在熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，為了實(shí)現(xiàn)上述基本要求，必須根據(jù)熱網(wǎng)首站、市區(qū)各二級(jí)供熱站的實(shí)際布置位置及海拔高度，計(jì)算出由供熱首站至各二級(jí)供熱站之間的管網(wǎng)沿程阻力、外供熱水最高溫度對(duì)應(yīng)飽和壓力、各二級(jí)站與熱網(wǎng)首站之間的海拔高差等，然后繪制熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的水壓圖。

2.2 熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)水壓圖

熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)水壓圖(見(jiàn)圖2)的橫坐標(biāo)軸表示供熱首站與二級(jí)站之間的管道長(zhǎng)度，縱坐標(biāo)軸表示管道沿程各處的運(yùn)行壓力，水壓圖一般包括靜態(tài)壓力線和動(dòng)態(tài)壓力線。

(1)靜態(tài)壓力線：當(dāng)所有熱網(wǎng)循環(huán)水泵停止運(yùn)行時(shí)，熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的熱水處于靜止?fàn)顟B(tài)，供、回水母管與各二級(jí)供熱站內(nèi)的管道及換熱器相連通，供水管的靜態(tài)壓力線和回水管的靜態(tài)壓力線合并為一條直線，所以熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的靜態(tài)壓力線是一條水平直線，該靜態(tài)壓力線對(duì)應(yīng)的壓力數(shù)值即為定壓設(shè)定值。在確定靜態(tài)壓力線的高度位置時(shí)必須滿足以下條件：

①靜態(tài)壓力線的高度不應(yīng)超過(guò)供熱管網(wǎng)所連接的各用戶系統(tǒng)最低層用熱設(shè)備和管道所能承受的極限壓力。

②靜態(tài)壓力線的高度不應(yīng)低于熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的最高充水高度。

③當(dāng)外供熱水的溫度高于當(dāng)?shù)卮髿鈮核鶎?duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，則靜態(tài)壓力線的高度還必須大于其溫度所對(duì)應(yīng)的汽化壓力折算的水柱高度。

(2)動(dòng)態(tài)壓力線：當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)，熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，在熱網(wǎng)循環(huán)水泵的作用下，熱網(wǎng)循環(huán)水的供水管線和回水管線內(nèi)的熱水運(yùn)行壓力不同，因此，供水管線的動(dòng)態(tài)壓力線和回水管線的動(dòng)態(tài)壓力線是不同的兩條線，通過(guò)二級(jí)供熱站內(nèi)的管道及換熱器將上述兩條水壓線連接為一條完整的供回水管線動(dòng)態(tài)壓力折線(見(jiàn)圖2)。

圖2 一級(jí)網(wǎng)水壓圖

2.3 熱網(wǎng)定壓的原理

熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)壓力恒定的點(diǎn)稱為定壓點(diǎn)，從原理上講定壓點(diǎn)可以選擇在熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的任何一點(diǎn)，但為了管理上的方便，故熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的定壓點(diǎn)一般設(shè)在供熱首站循環(huán)水泵入口母管上，其原理為通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口母管的壓力，保證熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口母管壓力恒定在所確定的定壓設(shè)定值上。當(dāng)循環(huán)水泵入口母管的壓力高于定壓設(shè)定值時(shí)，可通過(guò)裝在泵出口母管上的安全閥(或電磁泄壓閥)向系統(tǒng)外排水，防止引起熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)超壓運(yùn)行；當(dāng)循環(huán)水泵入口母管的壓力低于定壓設(shè)定值時(shí)，通過(guò)定壓系統(tǒng)向熱網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)充水，使泵入口母管的壓力恢復(fù)到定壓設(shè)定值上。

2.4 常見(jiàn)的幾種熱網(wǎng)定壓系統(tǒng)

常見(jiàn)的熱網(wǎng)定壓系統(tǒng)有：高位水箱定壓系統(tǒng)、補(bǔ)給水泵加壓定壓系統(tǒng)及氮?dú)饧訅憾▔合到y(tǒng)，由于氮?dú)饧訅憾▔合到y(tǒng)復(fù)雜、且增加了一套氮?dú)庀到y(tǒng)，故目前較少使用，以下僅介紹高位水箱定壓系統(tǒng)和補(bǔ)給水泵加壓定壓系統(tǒng)

⑴高位水箱定壓系統(tǒng)：

高位水箱定壓是利用安裝在高位處的水箱產(chǎn)生的靜壓頭來(lái)將熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口母管壓力維持在定壓設(shè)定值，見(jiàn)圖3。但這種方式受廠房條件、周圍環(huán)境等的制約，在大型熱電廠供熱首站內(nèi)很少使用。

圖3 高位水箱定壓系統(tǒng)示意圖

⑵世面補(bǔ)給水泵加壓定壓系統(tǒng)：這種定壓方式與圖1的示意圖相似，只不過(guò)補(bǔ)水泵的揚(yáng)程按定壓所需壓力值確定。

3 熱網(wǎng)補(bǔ)水系統(tǒng)及定壓系統(tǒng)合并的可行性

由于供熱首站一級(jí)網(wǎng)的補(bǔ)水點(diǎn)和定壓點(diǎn)一般均選擇在熱網(wǎng)循環(huán)水泵的入口母管上，這就為兩個(gè)系統(tǒng)的合并提供了便利條件，二者的區(qū)別為補(bǔ)水設(shè)定值和定壓設(shè)定值在有些情況下可能會(huì)不同。因此如果補(bǔ)水設(shè)定值和定壓設(shè)定值相同，或在熱網(wǎng)補(bǔ)水泵選型時(shí)，將補(bǔ)水泵揚(yáng)程按二者設(shè)定值中的較高者來(lái)確定，通過(guò)一定的控制邏輯完全能夠使兩個(gè)系統(tǒng)合二為一。

3.1 補(bǔ)水設(shè)定值和定壓設(shè)定值的確定

補(bǔ)水設(shè)定值的確定：當(dāng)熱網(wǎng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，因供熱管網(wǎng)及各二級(jí)站內(nèi)的管道及設(shè)備的安裝標(biāo)高及管道長(zhǎng)度等均已確定，在一定的熱網(wǎng)水流量下，供熱首站的回水壓力是基本確定的，可將此回水壓力作為補(bǔ)水設(shè)定壓力、即補(bǔ)水設(shè)定值。

定壓設(shè)定值的確定：定壓設(shè)定值即為水壓圖上的靜態(tài)壓力線對(duì)應(yīng)的壓力數(shù)值，它與外供熱水最高溫度、供熱首站與市區(qū)各二級(jí)供熱站之間的海拔高度、首站及二級(jí)站的設(shè)備及管道系統(tǒng)所能承受的極限壓力等有關(guān)，確定定壓設(shè)定值時(shí)可按第2.1節(jié)的有關(guān)條款綜合考慮后確定。

3.2 補(bǔ)水設(shè)定值和定壓設(shè)定值相同

當(dāng)熱網(wǎng)補(bǔ)水設(shè)定值和定壓設(shè)定值相同時(shí)，此時(shí)靜態(tài)壓力線位于水壓圖中熱網(wǎng)首站回水點(diǎn)的壓力點(diǎn)上，即圖2中所示的“靜壓線1”的位置，因此，兩個(gè)系統(tǒng)完全可以合并為一個(gè)系統(tǒng)，合并后的系統(tǒng)既可滿足補(bǔ)水要求，也可滿足定壓要求。

3.3 補(bǔ)水設(shè)定值與定壓設(shè)定值不同

當(dāng)熱網(wǎng)補(bǔ)水設(shè)定值和定壓設(shè)定值不同時(shí)，如果定壓設(shè)定值(即圖2的“靜壓線2”)高于補(bǔ)水設(shè)定值，若將定壓設(shè)定值作為補(bǔ)水設(shè)定值，則意味著將熱網(wǎng)的動(dòng)態(tài)壓力線抬高至圖2中所示的虛線位置運(yùn)行，此時(shí)的熱網(wǎng)回水壓力即為定壓設(shè)定壓力，這時(shí)可按以下兩種情況分別考慮：

(1)如果將定壓設(shè)定值作為補(bǔ)水設(shè)定值后，不會(huì)引起熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力提高一個(gè)壓力等級(jí)(如不會(huì)將系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力由PN1.6升至PN2.5)，且在市區(qū)各二級(jí)供熱站常用設(shè)備及管道系統(tǒng)的極限壓力范圍內(nèi)，則可將補(bǔ)水設(shè)定值按定壓設(shè)定值來(lái)選取，兩個(gè)系統(tǒng)可以合并為一個(gè)系統(tǒng)。

(2)如果將定壓設(shè)定值作為補(bǔ)水設(shè)定值后，使熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力提高了一個(gè)壓力等級(jí)，且超過(guò)了市區(qū)各二級(jí)供熱站常用設(shè)備及管道系統(tǒng)的極限壓力范圍，在這種情況下可通過(guò)如下的設(shè)備選擇及連鎖控制方法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的合并：

①設(shè)備選擇要求：將熱網(wǎng)補(bǔ)水泵的揚(yáng)程按定壓設(shè)定值來(lái)選擇，同時(shí)為熱網(wǎng)補(bǔ)水泵配置變頻調(diào)速裝置，則運(yùn)行時(shí)可通過(guò)變頻調(diào)速裝置使熱網(wǎng)補(bǔ)水泵的出口壓力既滿足正常補(bǔ)水時(shí)的設(shè)定壓力要求，也可滿足熱網(wǎng)定壓所需的設(shè)定壓力要求。

②電源配置要求：由于合并后的系統(tǒng)既要能夠滿足熱網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的補(bǔ)水要求，也要能夠滿足熱網(wǎng)定壓的要求，為了防止一旦失去廠用電而導(dǎo)致全部熱網(wǎng)循環(huán)水泵停運(yùn)這種情況，故必須為熱網(wǎng)補(bǔ)水泵配置保安電源。

③連鎖控制工況一：當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，如果熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口母管的壓力低于補(bǔ)水設(shè)定值，則表明熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)發(fā)生對(duì)外泄漏，此時(shí)通過(guò)熱網(wǎng)補(bǔ)水系統(tǒng)及時(shí)地向熱網(wǎng)補(bǔ)水，使熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口母管的壓力恢復(fù)到補(bǔ)水設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)了向系統(tǒng)補(bǔ)水的功能。

④連鎖控制工況二：當(dāng)首站內(nèi)的所有熱網(wǎng)循環(huán)水泵因突然失電或其他原因而全部突然停運(yùn)，因熱網(wǎng)補(bǔ)水泵設(shè)有保安電源，此時(shí)補(bǔ)水泵仍然可運(yùn)行，且可通過(guò)變頻調(diào)速裝置，使熱網(wǎng)補(bǔ)水泵出口壓力迅速升高至定壓設(shè)定值，向熱網(wǎng)系統(tǒng)充水，使熱網(wǎng)循環(huán)水泵入口母管壓力維持在定壓設(shè)定壓力值，從而實(shí)現(xiàn)了熱網(wǎng)系統(tǒng)定壓之目的。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析可以看出，供熱首站熱網(wǎng)補(bǔ)水系統(tǒng)和定壓系統(tǒng)完全可以合并為一個(gè)系統(tǒng)，我們可以暫將此系統(tǒng)稱為熱網(wǎng)補(bǔ)水定壓系統(tǒng)。由于大型熱電廠的供熱首站一般建在熱電廠范圍內(nèi)，故供熱首站一般由電力設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，而市區(qū)管網(wǎng)及各二級(jí)熱力站往往由其它設(shè)計(jì)單位(如市政設(shè)計(jì)院)來(lái)完成。因此，熱電廠的供熱首站設(shè)計(jì)人員應(yīng)與市區(qū)管網(wǎng)規(guī)劃及設(shè)計(jì)單位加強(qiáng)溝通，在展開(kāi)供熱首站設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)要求市區(qū)管網(wǎng)規(guī)劃及設(shè)計(jì)單位提供一級(jí)熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)的水壓圖，并一起討論確定合理的熱網(wǎng)定壓設(shè)定值。

[1]CJJ34-2002 J216-2002，城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].