摘要：某大高差、多热源环状供热管网水力计算中，个别地形较高的调峰热源厂回水压力过低。针对这一问题，提出两种解决方案：一是提高基本热源定压点压力，二是在水力交汇点基本热源一侧的回水干管上设置调节阀。
关键词：大高差；多热源；环状供热管网；联网运行；水力计算
Solution of Low Return Water Pressure of Heat-supply Network with Large Difference in Elevation and Multiple Heat Sources
MA Peigen，CHEN Kaining，XU Yun，JIANG Jianzhi，LIAO Rongping
Abstract：The retum water pressure in individual peak shaving heat source plants where the terrain is higher is excessively low in a hydraulic calculation of ring heat-supply network with large difference in elevation and multiple heat sources. In order to solve this problem，two solutions are proposed，the first one is to increase Dressure at the pressurization point of basic heat source，and the second oue is to install a regulating valve on return water main near the basic heat source namely the hydraulic catchment.
Key words：large difference in elevation；multiple heat sources；ring heat-supply network；networking operation；hydraulic calculation
1 工程概况
我国北方某市热电厂一期建设2×300MW热电联产机组，供热面积为1100×104m2。管网输送距离长，地形复杂，需穿越高速公路、铁路、河流。热电厂首站处于系统最高点，地面高程为794m，系统最低点高程为681m，最大高差达113m。热力公司原3个热源厂(分别是东区热源厂、西区热源厂和三期热源厂)作为调峰热源和热电厂联网运行，3个调峰热源厂地面高程为：东区热源厂749m，西区热源厂718m，三期热源厂685m。系统在输送干线设中继泵站1座，其地面高程为714m。
热网在市区内成环网敷设，严寒期拟由多热源联网运行。由于各个热源及热用户之间高差大、距离远，为了保证各个热源及热用户不超压、不汽化、不倒空，水力计算及水力工况分析时出现平原地区不曾遇到的问题。
2 多热源环状管网建设的优点
多热源环状管网是集中供热系统的一个发展趋势。首先，多热源联网供热能在保证供热质量的条件下，让效率高、污染低的热电厂尽量满负荷运行；把效率低、污染重的锅炉房作为调峰热源，减少其运行时间，达到节能减排的目的。其次，多个热源共同为用户供热，能做到互为备用，提高了热网的可靠性。另外，对于环网而言，城市管网可以一次设计、分布实施，条件具备后再连接成多热源联网的大型供热系统，有利于供热系统的远、近期结合[1]。
3 热网的水力工况分析
3.1 环状管网水力计算基本原理及计算软件
环状管网水力计算主要根据节点流量平衡和独立回路压力平衡方程进行管网平差计算。计算过程较为繁琐，需借助计算机求解。常用的计算软件有国外某公司的Flowra和国内开发的HacNet。
3.2 联网运行水力计算中存在的问题
初步设计的一个方案为在回水干管上设中继泵站。热电厂和调峰热源厂联网运行后，西区热源厂和三期热源厂工况均比较正常，唯独东区热源厂回水压力过低，经水力计算，最低水头为0.8m。联网后热电厂至东区热源厂水压图见图1。
由图1可见，中继泵站和热电厂之间回水压力有一段高于供水压力。这是因为中继泵装在回水管道上并且扬程较高。中继泵站位于输送干线上，中继泵站和热电厂之间没有热用户，因此不影响系统正常运行。
由于东区热源厂回水压力过低，运行中可能存在东区热源厂循环泵气蚀及回水管倒空等问题。设计中应避免此类问题出现。
3.3 水力工况问题分析
分析东区热源厂回水压力低的原因：东区热源厂供热量为确定值，在额定供、回水温差下，供热范围固定，因此热电厂首站和东区热源厂的水力交汇点基本固定。东区热源厂地面高程为749m，水力交汇点位置地面高程为730m，东区热源厂比水力交汇点位置高19m。系统定压点在热电厂首站循环水泵入口处，在定压点和中继泵站水泵扬程确定后，电厂供、回水压力线基本确定。水力交汇点回水压力也相应为定值。因此，在东区热源厂地势比水力交汇点高的情况下，可能发生东区热源厂回水压力过低，造成的后果是东区热源厂水泵气蚀和管网倒空等。
解决该问题的基本思路是提高东区热源厂回水压力。经水力分析，可采用两种解决方法：
方法一：提高热电厂首站定压点压力，此时水压图见图2。
方法二：在水力交汇点热电厂一侧的回水管道上安装调节阀，安装调节阀后水压图见图3。
方法一在提高热电厂首站定压点压力后，水力交汇点回水压力升高，系统回水动压线升高，东区热源厂回水压力随之升高，压力升高值等于首站定压点压力升高值。
由于该系统中热电厂首站处在最高点，系统高差较大。根据CJJ 34—2010《城镇供热管网设计规范》第7.2.9条的规定，对热网进行动态水力分析时，应对输送干线主阀门非正常关闭等非正常操作发生时的压力进行分析。提高首站定压点压力后，在供、回水干管上分段阀门误操作非正常关闭时，系统水不再流动，没有沿程阻力和局部阻力，此时静水压力如图2中虚线所示，系统中地势较低点可能会超压，如图2椭圆中位置所示。因此方法一适用于高差不太大的系统，或提高定压点压力后，系统最低点不应超压。
采用方法二在水力交汇点热电厂一侧的回水干管上安装调节阀后，东区热源厂回水水头相比之前升高。经HacNet软件计算，安装调节阀后，东源厂回水水头从0.8m变为约7.7m。东区热循环水泵扬程从39m降低为32m。由于水力点几乎不变，东区热源厂循环水泵流量不变，供热范围与加调节阀前相同。安装调节阀后降低了东区热源厂循环水泵的电耗。安装调节阀的原因是因为调峰热源厂开启前，调峰热源厂所在的位置是热电厂的供热末端，热电厂水泵设计扬程较大。在严寒期随着热负荷的增大，当热电厂供热能力不能满足要求时，开启调峰热源厂。而此时热电厂供热负荷和水泵流量不变，因此热电厂和中继泵站水泵扬程不变，仍然较高。调峰热源厂为了适应热电厂和中继泵站水泵扬程，需要较高的扬程与之匹配。因此，为了消耗热电厂和中继泵站循环泵过多的扬程，需在水力交汇点热电厂一侧的干管上安装调节阀。调节阀的位置可以根据工程具体需要，选择安装在供水管上或回水管上。本工程为了提高调峰热源厂回水压力，选择了安装在回水管上。
有时候热电厂和调峰热源厂联网运行时，热电厂地面高程较高，调峰热源厂在末端且地面高程较低。在供热初期和末期热电厂带全部负荷时，系统没什么问题。而严寒期开启调峰热源厂后，调峰热源厂供水压力会超压，此时需在水力交汇点热电厂一侧的供水管上安装调节阀。图4为在供水管安装调节阀的例子。热源1为主热源，热源2为调峰热源。从图4可以看出，为保证热源1所供范围内最不利用户的资用压头，热源1循环水泵的扬程至少为H1，此时水力交汇点处用户的剩余压头较大。由于是并网运行，如果仅仅通过调整热源2处的循环水泵扬程，根据循环水泵扬程的高低确定水力交汇点位置来达到两热源流量分配比例的要求，热源2的扬程应该调整到H2,1。热源2供热范围很小可循环水泵扬程却很大，这显然是不合理的，其原因是受到主热源循环水泵的制约。此时可在水力交汇点热源1一侧的供水干管上安装调节阀，将交汇点处热源1的剩余压头在该干管上消耗掉，热源2的水泵扬程就可大幅度下降(如图4中可降为H2,2)。
从图4的例子可以看出，对于多热源管网的运行调节，在主热源循环水泵扬程无法调节的情况下，在干管的适当位置安装调节阀并对之进行调整，可以减小调峰热源厂循环水泵扬程，提高系统的输送能力，减少循环水泵的电耗。对于现有的多热源供热系统，图4的例子有一定的普遍性，只要交汇点处的用户不是全网的最不利用户，总是可以通过关小或调整交汇点某一侧的干管阀门来得到最优水力工况，减少循环泵的动力消耗。
4 结论
对于本工程的大高差、多热源联网运行的供热系统，在发生调峰热源厂回水压力过低甚至为负值时，可以根据系统情况采用如下两种解决方法：
方法一：提高热电厂首站定压点压力；
方法二：在水力交汇点热电厂一侧回水管道上安装调节阀。
方法一适用于高差不太大的系统，或提高定压点压力后，系统最低点不超压。
方法二对系统高差无要求，但由于方法二在干管上安装了调节阀，根据测试的调峰热源回水压力控制调节阀的开度，系统控制比方法一复杂。
参考文献：
[1] 张岩，刘永风，张蓉.多热源供热系统联网运行技术[J].煤气与热力，2009，29(7)：A09-A10.
(本文作者：马培根1 陈凯宁2 徐云1 蒋建志2 廖荣平2 1.晋城市热力公司 山西晋城 048000；2.中国市政工程华北设计研究总院 天津 300074)
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