蒙托克管道恒溫閥整理
摘要：本文介紹了變頻調(diào)速旁通補水定壓在多泵系統(tǒng)（含多熱源聯(lián)網(wǎng)、分布式輸配系統(tǒng)）中的應(yīng)用。結(jié)合分布式輸配系統(tǒng)，改進了高低層直連供熱機組的結(jié)構(gòu)形式。指出了補水泵、循環(huán)泵正
確的設(shè)計方法。
隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展，百萬人口以上的城市不斷涌現(xiàn)，城鎮(zhèn)集中供熱規(guī)模愈來愈大。由于高層建筑的拔地林立，多熱源聯(lián)網(wǎng)的方興未艾以及分布式輸配系統(tǒng)的興起，供熱系的
運行工況愈來愈復雜。熱用戶的需求多樣，熱源的種類繁雜，系統(tǒng)的參數(shù)各異。
在這種情況下，如何滿足供熱效果的前提下，實現(xiàn)節(jié)能減排、安全運行，就顯得格外重要。統(tǒng)觀各種安全事故的發(fā)生，不外乎，都是在運行中，“熱量平衡、流量平衡、壓力平衡”這三
個平衡的基本原則不到位，特別是壓力平衡，對系統(tǒng)的安全運行尤為重要。本文想就復雜工況下，如何實現(xiàn)壓力平衡特別是定壓方式的合理處理，進行一些探討，以引起業(yè)內(nèi)人員的共同研究。
1、多泵系統(tǒng)的定壓題
在供熱系統(tǒng)中，實現(xiàn)壓力平衡，最主要的原則是做到四個保證：保證不壓壞，保證不倒空，保證不汽化和保證足夠的資用壓頭，這是供熱系統(tǒng)維持正常運行，不發(fā)生安全事故最重要的
技術(shù)保障。而實現(xiàn)上述四個保證，核心技術(shù)是正確選擇系統(tǒng)的定壓方式，即使系統(tǒng)的恒壓點壓力——系統(tǒng)靜水壓線保持不變。
系統(tǒng)定壓的根本功能，是保持系統(tǒng)在變工況下，壓力的波動始終在預設(shè)的安全范圍之內(nèi)。這就像蓋房子，系統(tǒng)定壓，相當于建筑的立柱，只要柱子巋然不動，樓板就不會塌下來。在系
統(tǒng)定壓的實施過程中，最基礎(chǔ)的工作，首先是確定供熱系統(tǒng)的恒壓點位置。對于這一點，我們的傳統(tǒng)習慣，往往采用循環(huán)水泵的入口點作為定壓點，然而，這是錯誤的，因為在循環(huán)水泵轉(zhuǎn)與
不轉(zhuǎn)的情況下，入口點的壓力是變動的，往往在循環(huán)水泵轉(zhuǎn)動的情況下，入口點的壓力低于循環(huán)水泵不轉(zhuǎn)時的壓力。
因此，循環(huán)水泵的入口點，不是系統(tǒng)真正的恒壓點，顯然這種定壓方式是錯誤的。當供熱規(guī)模比較小，而且是一對一（一個熱源對應(yīng)一個供熱系統(tǒng)）的供熱系統(tǒng)時，這種錯誤的定壓方
式多數(shù)還不致于造成嚴重的安全事故。但對于復雜的供熱系統(tǒng)，如多熱源聯(lián)網(wǎng)的供熱系統(tǒng)，分布式輸配供熱系統(tǒng)，都屬于多泵供熱系統(tǒng)。
對于有眾多循環(huán)泵的供熱系統(tǒng)，自然有眾多循環(huán)泵的入口點，它們的壓力又隨著工況變動不斷變化，這時系統(tǒng)該選擇哪個循環(huán)泵的入口點進行定壓呢？按照傳統(tǒng)的辦法實施，肯定是不
可能的。在傳統(tǒng)的循環(huán)水泵設(shè)置中，循環(huán)水泵安裝在熱源處，熱水和熱量是由循環(huán)水泵從熱源推向熱網(wǎng)。
在水壓圖上，往往供水壓力線高于回水壓力線，而且?guī)缀醪豢赡艹霈F(xiàn)供水壓力線與回水壓線相交叉的情形。但在分布式輸配的多泵供熱系統(tǒng)中，特別是全網(wǎng)分布式輸配的多泵供熱系統(tǒng)
（除熱力站設(shè)有分布式水泵外，在熱入口、熱用戶都設(shè)有分布式水泵）中，在水壓圖上，可能多次出現(xiàn)供水壓力線與回水壓力線相交叉的情形，有的管網(wǎng)供水壓力線高于回水壓力線，有的管
網(wǎng)回水壓力線高于供水壓力線。
在這種情況下，如何選擇合理的定壓方式，就尤其重要了。在實際工程中，我們常看到在熱源（含熱電廠）處，采用循環(huán)水泵入口點定壓方式或膨脹水箱（或膨脹管）定壓方式，在熱
力站采用混水連接方式，結(jié)果幾百萬供暖面積的供熱系統(tǒng)出現(xiàn)大面積串氣現(xiàn)象，以致被迫停運，嚴重影響供熱效果。
分析原因：主要是對這種多泵供熱系統(tǒng)的壓力工況的復雜性缺乏基本了解，很難想像由于水壓圖的交叉，導致局部管網(wǎng)壓力過低，甚至出現(xiàn)負壓狀態(tài)，引起抽空現(xiàn)象。這些工程實例，
告訴我們，在多泵的復雜供熱系統(tǒng)中，如何分析壓力工況的變動情況，如何確定系統(tǒng)的恒壓點位置，以及如何正確選擇定壓方式，就更加迫切了。
對于供熱系統(tǒng)，特別是多熱源，多泵供熱系統(tǒng)，最簡便最合理的定壓方式，應(yīng)該采用變頻調(diào)速旁通補水定壓方式。對于這種定壓方式，作者在《供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)與控制》[1]一書，以
及“再議多熱源聯(lián)網(wǎng)運行”[2]和“分布式循環(huán)水泵的設(shè)計”[3]等文章中多有介紹。這種定壓方式的最突出的優(yōu)點是：
①在測壓旁通管上，能簡單方便確定系統(tǒng)恒壓點位置，由于壓力波動小，易于實現(xiàn)定壓控制，避免其它定壓方式的誤控。
②適應(yīng)于各種形式的供熱系統(tǒng)?？梢允菃吸c補水、單點定壓；也可以多點補水，多點定壓。
③實現(xiàn)無人值守的全自動控制，補水泵的變頻調(diào)速，節(jié)電效益明顯。
④利用分布式水泵系統(tǒng)的均壓管與旁通定壓相結(jié)合，可以縮小均壓管管徑（與相鄰母管同徑，不再3倍于母管管徑），降低造價，便于分布式水泵供熱系統(tǒng)的推廣。
復雜結(jié)構(gòu)的多泵供熱系統(tǒng)，采取什么樣的定壓方式？
至今仍是業(yè)內(nèi)人員探討的重要課題，包括國際同行，并未展開深入研究。一位外企公司的外籍技術(shù)人員，曾就多泵供熱系統(tǒng)的定壓方式問題，請教過丹麥大學、瑞典大學和美國有關(guān)大
學的教授，都沒有得到現(xiàn)成的答案，他在和作者的探討中，向他介紹了這種補水定壓方式。
他在中國的實際工程中加以了應(yīng)用。這一實例說明，在我們中國供熱行業(yè)，也是有創(chuàng)新的。盲目妄自菲薄，是沒有道理的。
2、高低層直連定壓
隨著高層建筑的不斷涌現(xiàn)，也為定壓方式提出了新的課題。過去鑄鐵散熱器，最高承壓能力為0.4MPa，現(xiàn)在，隨著生產(chǎn)工藝的進步，鑄鐵散熱器的最高承壓能力可以提高到0.5～
0.8MPa，也就是說，建筑物層高在16層以上，一般要考慮分層定壓的問題，否則底層散熱器可能壓壞。過去，主要靠板換間接連接，解決分層定壓問題，但由于供水溫度較低，難以滿足熱用
戶需求，因而有一定的局限性。
近年來，國內(nèi)有些廠家研發(fā)了高低層直連供熱機組[4][5]，用來解決高低層直連定壓問題，應(yīng)用效果，基本能滿足供熱需求。
高低層直連供熱機組，不同廠家的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)不禁相同，但基本原理，大體是一致的。圖1給出了基本結(jié)構(gòu)示意圖。高低層直連供熱機組，主要由加壓泵和減壓閥（或阻斷器）組成。運
行期間，加壓泵將外網(wǎng)供水抽送至高層熱用戶，再經(jīng)減壓閥（阻斷器）節(jié)流，將高層熱用戶回水壓力維持在高層熱用戶要求的靜水壓線（保證高層充滿水），這樣高層即可正常運行供熱。
當停電，或高層停運時，外網(wǎng)按低層熱用戶的靜水壓線定壓，則高層室內(nèi)系統(tǒng)的循環(huán)熱水將發(fā)生倒流，此時加壓泵出口的止回閥和高層回水管上的減壓閥同時關(guān)閉，阻止倒流現(xiàn)象發(fā)生，這
樣，系統(tǒng)在停運狀態(tài)下，形成高層、低層二個靜水壓區(qū)。加壓泵重新啟動，又可實現(xiàn)高、低層同時供熱的目的。
這種高低層直連供熱機組存在的主要問題是不節(jié)能。核心技術(shù)又在于加壓泵的選擇和運行上。加壓泵的設(shè)計流量按高層熱用戶的熱負荷大小確定，一般不存在任何問題。
主要是加壓泵設(shè)計揚程的確定，通常按公式
（1）計算:
H=△H+H1+H2（mH2o）（1）
式中，H——加壓泵的設(shè)計揚程，mH2o；
△H——高層熱用戶與低層熱用戶的靜壓差（即地形高差），mH2O；
H1——高層系統(tǒng)的阻力損失，即資用壓頭，mH2o；
H2——安全裕量，3-5mH2O。
從加壓泵揚程的計算公式可知，高層熱用戶的室內(nèi)系統(tǒng)，在運行前，并沒有被水充滿。在運行過程中，高層之所以能循環(huán)，完全是由加壓泵的高揚程所提升。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在能源利
用上，本身就不是很合理。為了更有通用性，假定低層建筑高度為50m（若16層，每層3m），高層建筑高度為100m（約32層，每層3m），根據(jù)上述高低層直連供熱機組的基本原理，可以繪制
出運行水壓圖，如圖2所示。
在圖2，繪出了外網(wǎng)與低層熱用戶的水壓圖，其靜水壓線為50m（為簡化起見，未考慮壓頭裕量），熱用戶資用壓頭按15mH2O計。同時，也繪制了高層熱用戶的水壓圖，其靜水壓線為
100m，高層熱用戶資用壓頭也按15m計。
不難看出：此時加壓泵的揚程為45m，其中15m是高層熱用戶系統(tǒng)資用壓頭所需，剩余的35m只是為了提升建筑高差而增加的，而這種壓頭的增加又將威脅低層散熱器壓壞，因而不得不靠
減壓節(jié)流的方式再消耗掉，這種能源（實際是電能）的無效損耗是工藝結(jié)構(gòu)本身造成的。要克服上述缺點，需要從工藝更新上加以改進。
上述高低層直連供熱機組，能耗損失過大的缺點，是由于傳統(tǒng)循環(huán)水泵的設(shè)置造成的。傳統(tǒng)循環(huán)水泵一般安裝在熱源處，熱水與供熱量，均由熱源向管網(wǎng)、熱用戶推送，至熱用戶，一
般供水壓力均偏低（特別是中段、末端熱用戶），與高層建筑所需求的壓頭相差甚遠，這就導致必須選擇高揚程的加壓泵來實現(xiàn)水頭提升的功能，進而引起能耗的增加。要改變高低層直連供
熱機組不節(jié)能的缺點，首先應(yīng)將傳統(tǒng)循環(huán)水泵的設(shè)計改造為分布式循環(huán)水泵的設(shè)計。
因為分布式循環(huán)水泵，一般安裝在熱力站或熱用戶入口處，其入口端與供水干管相連，出口端與回水干管相連，且分布式循環(huán)水泵的出口端有較高的壓力，基本能滿足高層建筑所要求
的揚升水頭，這樣高層直連供熱機組的加壓泵的揚程，只要能滿足高層室內(nèi)系統(tǒng)的水循環(huán)就可以了（一般資用壓頭在5-15mH2o之間），不再負擔高層建筑所要求的提升水頭的功能。
這種分布式循環(huán)水泵工藝設(shè)計的更新，最大的優(yōu)點是同時承擔了熱網(wǎng)的輸送功能和高層建筑水頭的揚升功能，而且后者是附代完成的，沒有增加任何額外的能耗，因此，節(jié)能的作用十
分明顯。這一更新的工藝理念，在圖3中能夠更清楚地表示明白。
圖3、給出了分布式高層直連供熱混水機組示意圖及其水壓圖。外網(wǎng)泵承擔外網(wǎng)的熱水循環(huán)，低層泵負責低層用戶熱水循環(huán)和混水功能，高層泵負責高層用戶熱水循環(huán)和混水功能。
為便于混水，高層、低層均設(shè)置有均壓管。根據(jù)高層用戶與低層用戶的建筑高度的不同，外網(wǎng)泵與高層泵或外網(wǎng)泵與低層泵可以有不同的組合。當高層用戶建筑高度為100m，低層用戶建筑高
度為50m時（實際工程可能有較大出入），外網(wǎng)泵與高層泵都設(shè)置在供水管上，而低層泵則安裝在低層用戶的回水管上。
從水壓圖可以看出：高層用戶的水壓圖將置于外網(wǎng)水壓圖（外網(wǎng)泵為分布式水泵，回水壓力線高于供水壓力線）的頂端上部，而低層用戶水壓圖，則在外網(wǎng)水壓圖頂端的下部。水泵的
這種布置方法，有如下一些好處：首先是降低了高層泵的揚程。
與圖1、圖2相比較，原來方案，高層泵的揚程為50m，現(xiàn)在只需30m，減少了20m，原因是借助外網(wǎng)泵，額外的使水頭提升了20m高，而這部分揚程是外網(wǎng)泵完成外網(wǎng)熱水循環(huán)所必須的。
這種“巧借力“，是分布式水泵的設(shè)計理念所特有的，而傳統(tǒng)的循環(huán)水泵是很難做到的。
其次是在低層散熱器不倒空的前提下，盡量壓低低層用戶的水壓線。如果條件合適，低層用戶部分，外網(wǎng)泵可安裝在回水干管上，低層用戶泵安裝在供水管上，此時低層用戶水壓圖處
于最低位置，即低層用戶水壓圖的最低點與外網(wǎng)水壓圖最低點持平。這時低層散熱器處于最安全狀態(tài)。
在正常運行時，高層用戶回水管上的減壓閥可以適當調(diào)節(jié)，使高層用戶的回水壓力不低于高層靜水壓線。當高層泵停運時，回水管上的電磁閥與其聯(lián)動而關(guān)閉，與此同時，高層泵前的
止回閥也關(guān)閉，使高層與低層系統(tǒng)斷開，形成二個靜壓區(qū)。
高層泵重新啟動。止回閥、電磁閥同時開啟，恢復高層用戶供熱。為進一步節(jié)電，可無人值守運行，所以水泵都可設(shè)計為變頻調(diào)速控制。在停運狀態(tài)，為防止高層虧水，設(shè)置了高層補
水泵，由外網(wǎng)補水。
3、補水泵的定壓功能
供熱系統(tǒng)，特別是復雜工況的供熱系統(tǒng)，為了安全運行，系統(tǒng)最高層不倒空，系統(tǒng)最底層不壓壞是必須保證的。為此，供熱系統(tǒng)一定要及時補水，保證在任何情況下，系統(tǒng)要在滿管流
動下運行。
因此，補水泵的補水、定壓功能是非常重要的，其中，關(guān)鍵技術(shù)是監(jiān)測系統(tǒng)恒壓點的壓力是否恒定，這是判斷是否正確補水的基本依據(jù)。這一點是系統(tǒng)安全運行的重要技術(shù)保證。
但是，在多年的工程實踐中，有相當多的工程技術(shù)人員對這些技術(shù)細節(jié)沒有深入了解，以致在設(shè)計、運行工作中出現(xiàn)不少紕漏，直接影響了行業(yè)的技術(shù)進步?，F(xiàn)揀最主要的做如下分析：
①混淆補水泵、循環(huán)泵的功能
有相當多的技術(shù)人員分不清補水泵與循環(huán)泵的功能區(qū)別。常常在設(shè)計中，把建筑高差計算在循環(huán)泵的設(shè)計揚程中，認為不考慮建筑高差，系統(tǒng)運行不起來。
這種認識的錯誤，是典型的把循環(huán)泵與補水泵的功能混為一談。必須明確，供熱系統(tǒng)的特點是閉式滿管循環(huán)流動，與給排水、河渠的開式不滿管流協(xié)有本質(zhì)的區(qū)別。
后者，在流體輸送過程中，其驅(qū)動力必須考慮地形高差，而供熱系統(tǒng)，由于是閉式滿管流動，熱水輸送過程，驅(qū)動力不必計算地形高差。供熱系統(tǒng)只要滿水，不管地形高差有多大，循
環(huán)水泵即使只有1mH2o的揚程，系統(tǒng)照樣可以驅(qū)動循環(huán)，只是揚程愈小，系統(tǒng)流速愈慢，循環(huán)流量愈小而已。
因此，必須認識：系統(tǒng)循環(huán)水泵揚程的確定，完全是由設(shè)計循環(huán)流量和管網(wǎng)壓力降決定，而與地形高差無關(guān)。至于系統(tǒng)是否充滿水，完全決定于補水泵的功能。系統(tǒng)在充水的過程中，
屬于不滿管流動，因此，補水泵的揚程計算，必須考慮系統(tǒng)高度的影響。
如果把二者的功能混淆了，就會在系統(tǒng)運行過程中帶來一系列錯誤的操作。
②系統(tǒng)出現(xiàn)不滿管流動
在混淆補水泵、循環(huán)泵功能的情況下，最容易出現(xiàn)的現(xiàn)象是循環(huán)泵揚程選擇過大（考慮了系統(tǒng)高度的影響，實際上是把補水泵的揚程張冠李戴放在了循環(huán)泵的名下），補水泵揚程選擇過小。
在實際運行中，在充水階段，不可能靠補水泵使系統(tǒng)上滿水。往往在系統(tǒng)沒有上滿水的情況下，啟動循環(huán)水泵。
此時，系統(tǒng)在補水泵補水，循環(huán)泵揚水的雙重作用下，繼續(xù)完成充水工作。不難發(fā)現(xiàn)，在這一過程中，系統(tǒng)處于不滿管流動狀態(tài)，常常帶來一些不應(yīng)有的安全故障:首先，系統(tǒng)難以正常
完成排氣工作，以至于躥氣、渦氣現(xiàn)象時有發(fā)生，系統(tǒng)不可能安全運行；
其次，是在不滿管流動下，系統(tǒng)高層出現(xiàn)揚水現(xiàn)象，高層形成斷流，暖氣不熱就很容易理解了；對于鍋爐運行，在水冷壁管不滿流的情況下，受熱不均，極易爆管，造成安全隱患。
③能源無效浪費
這種設(shè)計錯誤，主要是循環(huán)泵代替了補水泵的功能。按正確的設(shè)計，補水泵揚程比較高，但流量比較小，因此，裝機電動率不大，而且在系統(tǒng)失水率正常的情況下，采用變頻調(diào)速補
水，補水泵可以間斷運行，其耗電是很小的。
如果改用循環(huán)泵代替補水泵，不但循環(huán)流量大，而且揚程也高，導致循環(huán)泵裝機電耗遠大于補水泵的電耗，顯然用循環(huán)泵代替補水泵給系統(tǒng)補水，就如同殺雞用牛刀一樣的不合算了。
還應(yīng)看到：當系統(tǒng)充水完畢，開始正常運行時，由于循環(huán)泵揚程過大，出口壓力過高，又被迫節(jié)流降壓，造成額外的能量損失，顯然是與節(jié)能減排背道而馳的。
