摘要：對(duì)某供熱系統(tǒng)的一二級(jí)管網(wǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，對(duì)一二級(jí)管網(wǎng)相應(yīng)熱力參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，計(jì)算得出一二級(jí)管網(wǎng)的輸送效率，對(duì)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的管網(wǎng)進(jìn)行分析，提出改造措施。
關(guān)鍵詞：供熱管網(wǎng)；輸送效率；保溫材料；節(jié)能改造
Transport Efficiency Calculation and Energy-saving Reconstruction of Heat-supply Network
ZHONG Kun，HE Xuebing，WANG Mingli，LIU Pin，YANG Xinghua
Abstract：The current status of primary and secondary circuits of heating system is investigated. The thermodynamic parameters that are corresponding to primary and secondary circuits are measured，and the transport efficiency of primary and secondary circuits is calculated.The circuit that does not meet the standard is analyzed，and the reconstruction measures are proposed.
Key words：heat-supply network；transport efficiency；insulating material；energy-saving reconstruction
烏魯木齊市屬于嚴(yán)寒地區(qū)，供暖期為182d。烏魯木齊市主要以燃煤鍋爐房集中供熱為主，供熱耗煤量占該市總耗煤量的40%。由供熱造成的污染物排放量占烏魯木齊市總污染物排放量的60%以上，直接影響居民的生活質(zhì)量。因此，對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造顯得極其重要。供熱系統(tǒng)由熱源、熱網(wǎng)、熱用戶3部分組成，本文主要針對(duì)熱網(wǎng)，測(cè)量計(jì)算熱網(wǎng)的輸送效率，分析存在的問題，從而提出熱網(wǎng)改造措施。
1 管網(wǎng)概況
① 一級(jí)管網(wǎng)概況
該供熱系統(tǒng)采用燃煤鍋爐房集中供熱，提供熱水、蒸汽兩種供熱介質(zhì)，總供熱面積為132.02×104m2，其中熱水供熱面積為104.8×104m2。本次測(cè)量對(duì)象為熱水供熱系統(tǒng)，采用間接連接，調(diào)節(jié)方式為質(zhì)調(diào)節(jié)。熱水供熱系統(tǒng)包括17座熱力站，其中有6座小區(qū)熱力站，11座樓宇熱力站，一級(jí)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖1。一級(jí)管網(wǎng)是隨著不同建筑的建設(shè)分期敷設(shè)的，新舊管網(wǎng)交錯(cuò)布置，采用閉式雙管系統(tǒng)，布置成枝狀管網(wǎng)。一級(jí)管網(wǎng)采用的保溫材料包括礦棉、復(fù)合硅酸鹽、聚氨酯，敷設(shè)方式有管溝和直埋兩種，大部分采用管溝敷設(shè)。
② 二級(jí)管網(wǎng)概況
6座小區(qū)熱力站分別是北路、東路、南路、京都小區(qū)、北校區(qū)和福利小區(qū)熱力站，編號(hào)分別為A、B、C、D、H、M。在測(cè)量計(jì)算二級(jí)管網(wǎng)輸送效率時(shí)，選擇了北路、東路、南路、京都小區(qū)、福利小區(qū)熱力站的二級(jí)管網(wǎng)，這5個(gè)小區(qū)的二級(jí)管網(wǎng)與一級(jí)管網(wǎng)一樣布置成枝狀管網(wǎng)。二級(jí)管網(wǎng)的保溫材料主要采用巖棉、玻璃棉、聚氨酯等。5座熱力站的基本情況見表1。
表1 5座熱力站的基本情況
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熱力站
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供熱面積/m2
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熱力入口數(shù)量/個(gè)
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保溫材料
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敷設(shè)方式
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供熱半徑/m
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北路
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157084.8
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57
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巖棉、玻璃棉
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管溝
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812
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東路
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78041.3
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19
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巖棉、聚氨酯
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管溝+直埋
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676
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南路
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84063.6
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36
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巖棉、玻璃棉
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管溝
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425
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福利小區(qū)
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136470.9
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38
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巖棉、玻璃棉
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管溝
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492
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京都小區(qū)
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218176.3
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47
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巖棉、聚氨酯
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管溝+直埋
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896
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2 測(cè)量原理、儀器和方法
2.1 測(cè)量原理
輸送效率是反映供熱介質(zhì)在輸配過程中的熱損失程度，主要受管道保溫材料、敷設(shè)方式、管道腐蝕情況、供熱半徑、泄漏等因素影響。輸送效率的計(jì)算式為：
式中η——管網(wǎng)輸送效率
n——熱力站或熱力入口的數(shù)量
Qj——測(cè)量時(shí)間內(nèi)，在第j個(gè)熱力站或熱力入口測(cè)得的累計(jì)熱量，J
Q——測(cè)量時(shí)間內(nèi)，在鍋爐房或熱力站測(cè)得的累計(jì)熱量，J
Q的計(jì)算式為[1]：
Q=qtρcp(θs-θr) (2)
式中q——測(cè)量期間供熱介質(zhì)的平均流量，m3/h
t——測(cè)量時(shí)間，h，取48h
ρ——供熱介質(zhì)的密度，kg/m3
cp——供熱介質(zhì)的比定壓熱容，J/(kg·K)
θs、θr——供、回水溫度，℃
根據(jù)JGJ 132—2001《采暖居住建筑節(jié)能檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)5.2.8條規(guī)定，室外管網(wǎng)的輸送效率不應(yīng)小于0.9。
2.2 測(cè)量?jī)x器和方法
測(cè)量參數(shù)主要包括流量、溫度，流量采用TDS-100型手持式超聲波流量計(jì)測(cè)量，其主要性能參數(shù)：測(cè)量管徑范圍為DN 20.0～3999.9mm，相對(duì)誤差范圍為±1.5%。溫度采用RH-LOGⅡ溫度自記儀測(cè)量。測(cè)量采用的儀器儀表均滿足《標(biāo)準(zhǔn)》中附錄A對(duì)儀器儀表性能的要求，操作方法也嚴(yán)格按照《標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。測(cè)量時(shí)間為2010年2月6日至20日。
① 流量測(cè)量
對(duì)于二級(jí)管網(wǎng)，以南路熱力站為例，在南路熱力站二級(jí)側(cè)總供水直管段和各建筑熱力入口供水直管段上進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量持續(xù)時(shí)間為流量穩(wěn)定后的30min，每5min記錄一次，取6次平均值。對(duì)于一級(jí)管網(wǎng)，在鍋爐房總供水管以及各熱力站一級(jí)側(cè)的供水直管段上進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)記錄與處理與二級(jí)管網(wǎng)相同。
安裝方法為：選擇測(cè)量位置，直管段應(yīng)足夠長(zhǎng)，且管內(nèi)充滿熱水。將測(cè)點(diǎn)位置的保溫層取下，在流量計(jì)的操作面板上輸入管徑、管子壁厚等參數(shù)，讀取探頭安裝距離。將安裝探頭處的管子打磨干凈，并涂抹黃油，然后固定探頭。將探頭與操作面板用數(shù)據(jù)線連接起來，根據(jù)操作面板上顯示的安裝精度微調(diào)探頭間距。測(cè)量完畢后將保溫層復(fù)原。
② 溫度測(cè)量
對(duì)于二級(jí)管網(wǎng)，同樣以南路熱力站為例，首先設(shè)置溫度自記儀的開始記錄時(shí)間和記錄時(shí)間間隔等參數(shù)，之后將其安裝在熱力站二級(jí)側(cè)以及各熱力入口的供回水管上，溫度每2min記錄一次，測(cè)量時(shí)間為48h，最后取下溫度自記儀，將記錄數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，計(jì)算平均值。對(duì)于一級(jí)管網(wǎng)，測(cè)量位置為鍋爐房和各熱力站一級(jí)側(cè)的供回水管。
安裝方法為：在供回水管段上找到易于安裝溫度自記儀感溫探頭的位置，將管段上7cm×10cm的保溫層取下，把取下保溫層的這部分管子打磨干凈，并涂抹黃油，然后固定探頭，同樣用7cm×10cm的保溫棉蓋住探頭，并用膠帶固定。在濕度較大的管溝里，須將溫度自記儀用塑料袋密封。測(cè)量完畢后將保溫層復(fù)原。
3 測(cè)量計(jì)算結(jié)果及分析
3.1 測(cè)量計(jì)算結(jié)果
① 一級(jí)管網(wǎng)輸送效率
根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)及式(2)，計(jì)算得出測(cè)量時(shí)間內(nèi)鍋爐房累計(jì)熱量為11230.7GJ，熱力站一級(jí)側(cè)累計(jì)熱量為8168.4GJ。由式(1)計(jì)算得，一級(jí)管網(wǎng)的輸送效率為0.73，不滿足《標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
② 二級(jí)管網(wǎng)輸送效率
5座熱力站各二級(jí)管網(wǎng)的測(cè)量計(jì)算結(jié)果見表2。由表2可知，這5座熱力站各二級(jí)管網(wǎng)的輸送效率均不滿足《標(biāo)準(zhǔn)》要求。
表2 5座熱力站的各二級(jí)管網(wǎng)的測(cè)量計(jì)算結(jié)果
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熱力站
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各熱力入口累計(jì)熱量/GJ
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熱力站二級(jí)側(cè)累計(jì)熱量/GJ
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輸送效率
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北路
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717.9
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823.8
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0.87
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東路
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450.7
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608.6
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0.74
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南路
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429.0
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579.2
|
0.74
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福利小區(qū)
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817.3
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935.2
|
0.87
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京都小區(qū)
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1109.6
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1259.4
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0.88
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3.2 測(cè)量結(jié)果分析
① 在測(cè)量過程中發(fā)現(xiàn)，管溝中的溫度較高，敷設(shè)供熱管道處的地面上積雪基本融化了，這證明管道的散熱損失嚴(yán)重。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，部分管段的保溫層全部脫落，有的管道腐蝕嚴(yán)重，甚至有些閥門處有漏水等現(xiàn)象。
② 一級(jí)管網(wǎng)的輸送效率遠(yuǎn)低于《標(biāo)準(zhǔn)》要求，其主要原因也在于保溫材料脫落，以及保溫材料與管子的接觸不緊密，并有大部分管道的保溫材料采用了熱導(dǎo)率較高的礦棉。
③ 由表1、2可知，京都小區(qū)熱力站的供熱半徑最大，但其輸送效率最高，這主要是由于其大部分管道采用直埋敷設(shè)和聚氨酯保溫材料，但輸送效率還是達(dá)不到要求。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，京都小區(qū)熱力站的二級(jí)管網(wǎng)有部分閥門漏水，且采用管溝敷設(shè)和巖棉保溫材料的管道有腐蝕嚴(yán)重和保溫層脫落的情況。北路和福利小區(qū)熱力站的部分二級(jí)管網(wǎng)經(jīng)過節(jié)能改造，已在保溫層脫落嚴(yán)重處重新包裹上保溫材料，但輸送效率還是未滿足要求，原因在于福利小區(qū)熱力站二級(jí)管網(wǎng)的保溫材料包裹松散。對(duì)于北路熱力站二級(jí)管網(wǎng)，還存在閥門漏水的情況。
東路和南路熱力站二級(jí)管網(wǎng)的輸送效率最低。東路熱力站二級(jí)管網(wǎng)只有很短的管道采用聚氨酯保溫材料和直埋敷設(shè)，而采用巖棉保溫材料和管溝敷設(shè)的管段有很多地方的保溫層已脫落，管道腐蝕非常嚴(yán)重，并有個(gè)別管段出現(xiàn)漏水情況。對(duì)于南路熱力站二級(jí)管網(wǎng)，玻璃棉保溫層包裹松散，也存在與東路熱力站二級(jí)管網(wǎng)相同的問題。
4 改造措施
通過對(duì)該供熱系統(tǒng)一二級(jí)管網(wǎng)輸送效率的測(cè)量計(jì)算，發(fā)現(xiàn)輸送效率都不滿足《標(biāo)準(zhǔn)》要求，供熱介質(zhì)輸配過程中熱損失嚴(yán)重。針對(duì)以上問題，提出以下改造措施：對(duì)于保溫層破損的管道，應(yīng)及時(shí)更換絕熱性能優(yōu)良的保溫材料，并保證保溫材料緊貼在管子上并包裹緊實(shí)。對(duì)于泄漏的閥門，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修或更換。對(duì)于腐蝕嚴(yán)重的管段應(yīng)進(jìn)行更換。提倡采用聚氨酯保溫材料和直埋敷設(shè)[2]。
參考文獻(xiàn)：
[1] 蔣建志.新疆醫(yī)科大學(xué)供熱系統(tǒng)能耗審計(jì)與節(jié)能改造(碩士學(xué)位論文)[D].重慶：重慶大學(xué)，2008：18-19.
[2] 穆偉杰，何雪冰，蔣建志，等.某二級(jí)熱網(wǎng)水力工況實(shí)測(cè)與節(jié)能改造方案[J].煤氣與熱力，2009，29(8)：A09-A11.
(本文作者：鐘坤 何雪冰 王鳴莉 劉品 楊興華 重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院 重慶 400045)
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