动态水力分析用于防止供热输送干线水击事故_安全运行

摘要

摘要：结合设计标准和工程实例，对动态水力分析在防止大管径、长距离、大落差供热输送干线出现水击事故的应用进行探讨。分析了动态水力分析对热网设计和安全运行的重要作用。

摘要：结合设计标准和工程实例，对动态水力分析在防止大管径、长距离、大落差供热输送干线出现水击事故的应用进行探讨。分析了动态水力分析对热网设计和安全运行的重要作用。

关键词：动态水力分析；热网；输送干线；水击；运行

Application of Dynamic Hydraulic Analysis to Preventing Heat-supply Transmission Main from Water Hammer Accident

ZHANG Xiao-song，LI Lin

Abstract：Combining with the design standard and an engineering case，the application of dynamic hydraulic analysis to preventing heat-supply transmission main with large diameter，long distance and high drop from water hammer accident is discussed. The important role of dynamic hydraulic analysis in design and safety operation of heat-supply network is analyzed.

Key words：dynamic hydraulic analysis；heat-supply network；transmission main： water hammer；operation

1 概述

在长距离的热网中，经常会碰到高差较大的起伏地形，为保证用户资用压力，通常会提高热网运行压力，或者在中途设置中继泵站。长距离热水热网是一个安装有泵、阀门、补偿器等装置的十分复杂的相对密闭的循环系统，易出现事故，如循环泵断电、管子、阀门损坏、阀门误操作等。在事故工况下，热网易出现剧烈的压力波动，甚至发生水击，严重时会产生巨大损失，因此应采取必要的水击防护措施^[1]。CJJ 34—2002《城市热力网设计规范》第7.2.8条规定：“一般供热系统可仅进行静态水力分析，具有下列情况之一的供热系统宜进行动态水力分析：具有长距离输送干线；供热范围内地形高差大；系统工作压力高；系统工作温度高；系统可靠性要求高。”

动态水力分析是针对管道中的特殊情况(如事故工况)进行的瞬态压力工况分析。例如，长距离输送干线由于沿途没有用户，一旦干线上的阀门误关闭，则运行会突然完全中断；地形高差大的热网，低处热网承压较大；系统工作压力高时往往管道强度储备小；系统工作温度高时易汽化等。在这些情况下供热系统极易发生水击事故。水击发生时压力瞬变会造成巨大破坏，而且是突发事故，应引起高度重视。因此，有条件时应进行动态水力分析，根据分析结果采取相应措施，有利于提高供热系统的可靠性。

CJJ 34—2002《城市热力网设计规范》第7.2.9、7.2.10条规定：“动态水力分析应对循环泵或中继泵跳闸、输送干线主阀门非正常关闭、热源换热器停止加热等非正常操作发生时的压力瞬变进行分析。动态水力分析后，应根据分析结果采取下列相应的主要安全保护措施：设置氮气定压罐；设置静压分区阀；设置紧急泄水阀；延长主阀关闭时间；循环泵、中继泵与输送干线的分段阀连锁控制；提高管道和设备的承压等级；适当提高定压或静压水平；增加事故补水能力。”

上述防止压力瞬变破坏的安全保护措施供设计参考，在具体的工程中应用哪种措施是有效的，应由动态水力分析结果确定。本文结合设计标准要求和工程实际，对动态水力分析在防止大管径、长距离、大落差的输送干线出现水击事故的应用进行探讨。

2 工程概况

工程地点位于中国北方某市，该地区属丘陵盆地地貌(海拔320～370m)，四周山高(海拔400～600m)。属大陆性季风气候，供暖室外计算温度为-14℃。

热源为热电厂，位于郊区，供热能力为518MW，热源出口管道规格为DN 1000mm。由热电厂向市区供热，输送干线长度达到13.6km，且管道通过地区地形复杂，最大高差达到100m以上。为保证热网安全稳定运行，提高供热介质的温度，降低输送能耗，将热网分为三级，供热系统见图1。输送干线设计供回水温度为130、70℃，一级管网设计供回水温度为120、65℃，二级管网设计供回水温度为85、60℃。供热输送干线距离长、管径大、压力、温度较高，对可靠性要求较高。因此，在方案设计上，除了静态水力分析合理可行外，还应进行动态水力分析，避免出现重大事故。

3 设计方案

3.1 初步设计方案

① 热网布置及水压图

初步设计方案考虑控制输送干线运行压力在1.6MPa以下，在中部设中继泵站一座，初步设计方案的热网布置及水压图见图2。

② 动态水力分析

a. 首站循环泵断电事故工况

采用动态水力分析，首站循环泵断电事故工况下地形最高处供水压力曲线见图3，图中虚线为温度为130℃下的饱和蒸汽压力曲线。在首站循环泵断电事故工况下，出现了地形最高处供水压力低于饱和蒸汽压力的情况，此时供热介质将发生汽化，而且这一过程持续了一段时间，易在热网中形成空穴点，循环泵重新启动时易发生水击。

b. 中继泵断电事故工况

采用动态水力分析，中继泵断电事故工况下首站供水压力曲线、地形最高处供水压力曲线见图4，图中虚线为温度130℃下的饱和蒸汽压力曲线。

由图4可知，首站循环泵出口压力波动较大，最高达到2.05MPa，这比采用静态水力分析的结果高约0.5MPa。在中继泵断电事故工况下，出现了地形最高处供水压力低于饱和蒸汽压力的情况，此时供热介质将发生汽化，易发生水击事故。

3.2 改进设计方案

按静态水力分析，初步设计方案是合理的，最大压力在首站处(压力为1.66MPa)，外部管网静态运行压力小于1.6MPa。动态水力分析显示，初步设计方案的设计、运行易由于压力的大幅度波动产生超压或汽化，导致严重的安全问题。为提高输送干线的安全性，需对初步设计方案进行改进：提高设计压力，取消中继泵站，系统最大压力为2.5MPa；在首站处供水温度提高为135℃，回水温度不变，供回水温差加大5℃，流量减小8%；首站循环泵采用两级泵形式，保证控制的稳定性。改进设计方案的热网布置及水压图见图5。