多热源环形管网水压图的绘制
Hydraulic diagram drawing for the ring-shaped network
of multi-heat sources
By Zhao Wenbin, Yao Yixian and Huang Xiaofei
Abstract Based on built projects, introduces methods for hydraulic calculation whereby to adjust joint flow distribution for optimum regime and automatically generate hydraulic drawings for complicated ring-shaped network of multi-heat sources by the computer.
Keywords multi-heat sources, ring-shaped network, balance point, hydraulic calculation, hydraulic diagram
1 引言
随着科学技术的进步和城市供热的迅速发展，热网的规模不断扩大，自动化水平不断提高，多热源联网将会成为城市供热的一个发展趋势。多热源联网有利于提高供热的经济性和安全可靠性，有利于热网调度的灵活性，同时有利于供热系统近、远期发展的结合，能更好地适应城市建设的发展需求。但在多热源联网的情况下，供热系统的水力工况、热力工况及调节工况变得很复杂，如何快速、准确地绘制水压图，是优化联网运行方案的一项重要工作。下面结合包头市的集中供热热网，谈谈多热源联网水压图的绘制方法。
2 包头市集中供热概况
包头市自1990年以来集中供热，供热规模不断扩大，到1998～1999年供暖期供热面积达到470万 m2，热力站共63座，大部分为直接连接方式。供热热源有3个，热源A由3台100 MW汽轮发电机抽汽供热，热源B，C分别装设4台29 MW热水锅炉。三热源供热管网已联网，并形成了环形管网。其热源位置、管网布局及负荷分布情况如图1所示。
图1 管网平面布置图
节点处数值为供热面积分配值，D/L-管径(mm)/长度(m)，S点为定压点，S17，W13为平衡点汇交点，平衡点—热力站及支线
3 水力计算前的准备工作
3.1 原始参数
①热源的供热能力、供热方式、介质参数、循环水泵性能参数等。
②热用户的热负荷分布及其性质。
③地形图。包括热用户、水泵站及热源点的地坪标高，高层建筑的位置及标高等。
3.2 绘制管网平面图
管网平面图应包括热源参数、介质参数、定压点位置，各管段自然长度、管道内径、管道附件，热负荷分布等。并初步进行供热系统的热量平衡，划出各热源的供热范围，拟定水力平衡点，示出各管段水流方向、汇合点的流量分配情况。
4 水力计算
4.1 数学模型
①管道直管段摩擦阻力损失：
Δpf=Rl
其中
②管道局部部阻力损失(当量长度法)
Δp1=Rlel
③管道总阻力损失：
Δp=Δpf+Δp1=R(l+lel)=Rle
④基尔霍夫定律
a. 流入和流出任一节点的流量，其代数和为零。即∑Qi=0
b. 对于任何一个闭式环路，其压降的代数和为零。即∑Δpi=∑SiQi2=0
上述公式中R为直管段平均比摩阻，Pa/m；l为直管段长度，m；lel为局部阻力当量长度，m；le为折算长度，m；λ为管道摩擦阻力系数；G为热介质质量流量，t/h；di为管道内径，mm；ρ为热介质密度，kg/m3；Si为第i管段的阻力数，Pa.h2/m3。
4.2 计算机技术的应用
我们选择了WINDOWS操作系统支持软件，应用EXCEL数据表格进行计算。它的特点是数据处理功能强，操作直观、简单。水压图计算程序结构流程图如图2所示。
图2 水力计算程序结构流程图
4.3 水力计算步骤
4.3.1 划定计算环路
对于图1所示的热网，可以划分3个环路进行计算。计算的顺序原则上是先简单后复杂，即先计算未包括平衡点的环路1和环路3，最后计算含有平衡点的环路2。
4.3.2 汇合点水量调整计算
对于环路1和3，调整SB2节点和B2节点的分配水量，使其环路的阻力代数和∑Δpi接近于零。然后再进行环路2的计算，调整G8节点的流量分配，使得该环路的∑Δpi接近于零。但应注意，在调整G8节点流量的同时，将会改变环路1和3的计算结果，需要重新对环路1和3再进行运算，直至3个环路的阻力代数和∑Δpi均接近于零为止。上述反复试算是应用EXCEL的逻辑函数进行迭代运算，其运算速度相当快，运算100次也仅仅需要十几秒钟，但应根据∑Δpi的大小选择合适的迭代次数和迭代步长。
5 水压图的绘制
EXCEL数据表格具有自动生成图表的功能，可以根据水力计算结果，自动生成各环路的水压图，还可以根据需要在水压图上标注出每一计算节点的供回水压力，地形标高等。
从理论上讲，各热源的水压是相互平衡的，所以任意两个热源之间存在多个水压图，每个水压图都存在一个平衡点，我们可以选择一个不利环路作代表绘制水压图。图3示出了某一工况下3热源之间的水压图。
图3 3热源之间的水压图
6 结束语
对于多热源联网的大型供热系统，每年都要根据热负荷变化，拟定不同的运行和调节方式，绘制出各种工况下的水压图，优化运行方案，提高热网经济性；对不利环路制订相应技术措施，确保热网运行的安全可靠性。多热源联网运行的水力计算是一项非常复杂而又特别重要的工作，计算机技术的应用必将对供热事业的发展起到推动作用。
作者单位：赵文彬 姚易先 包头钢铁设计研究院
黄晓飞 包头市供热公司
参考文献
1 贺平，孙刚，编著.供热工程(新一版).北京：中国建筑工业出版社，1993.
2 E Q索柯洛夫，着.热化与热力网.北京：机械工业出版社，1988.
3 石兆玉，编著.供热系统运行调节与控制.北京：清华大学出版社，1994.
4 李善化，康慧，等编著.集中供热设计手册.北京：中国电力出版社，1996.
5 黄小迎，彭松，李玲，译.WINDOS WORD和EXCEL的简明指南.北京：电子工业出版社，1994.
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