水力模拟软件在供暖工程中的应用与研究

水力模拟软件在供暖工程中的应用与研究

赵国甫

中国石化集团中原石油勘探局有限公司热力分公司安全生产办公室 河南 濮阳 457001

摘要：城镇集中供热发展迅猛，用户对供热质量的需求也越来越高。水力模拟软件是使用计算机代替人工繁琐的计算，通过绘制热网，进行不同的参数设计，可对热网进行水力计算，查看分析热网工况，掌握热媒流动的变化规律，从而科学平衡经济供热，提高供热质量。水力模拟软件在供热管网设计、改造及供热经济运行中为提高供热质量发挥了重要的作用。利用计算机软件技术模拟热网水力状况，进行水力计算，操作简单快捷，省时省力，可视性强。

关键字：水力计算 水力模拟 供热质量

1 前言

近年来，城镇集中供热系统发展迅猛，热作为商品走入千家万户，用户对供热质量的需求也越来越高。据笔者调查，用户对供热质量的不满意，主要体现为供热系统热力失调，简而言之，就是近端热用户室温过热，增加能耗，远端热用户室温过冷，温度不达标。如何更有效地利用现有热源获得最好的供热质量，节能减排，杜绝浪费，也正是企业发展的方向。

提高供热质量的方法可以通过合理设计、改造管网工艺流程满足设计热负荷，可以在运行中根据室外气温科学经济调控应供热量，也可以通过供热调节等方式均衡流量满足热用户的实际需求热量。

通过对热水网路进行水力计算，可以在新建管网确定最佳路由及合理管径；还可以根据计算成果优选网路中热媒及热力站的设备技术参数。在水力计算基础上绘出水压图，可以确定管网中的最不利环路，优选与用户的连接方式及自控措施；还可进一步对网路工况，即网路热煤的流量和压力状况进行分析，掌握热媒流动的变化规律，从而科学平衡经济供热。

2 水力模拟软件的原理及步骤

无论是改造已建供热管网，还是新建供热管网中，水力计算是举足轻重、必不可少的一环。本文主要针对枝状热网进行讨论。

2.1 水力计算的一般步骤

2.1.1 根据现场核实各建筑面积高度，改造管网绘制原管网草图，新建管网根据现场踏勘结果进行新管网设计，确定热负荷、流量；

热负荷Q=Fq （公式2-1）

流量 （公式2-2）

Q：热负荷，单位可用GJ/h,MW或10⁶kcal/h表示；

F：供热面积，单位m²或万m²；

q：单位面积热指标，单位W/m²；

G：流量，单位t/h;

A：Q采用不同单位时的计算系数；

Δt：温度差，单位℃。

2.1.2 计算管段的管径、压降等

根据给定或计算出的流量，查表确定网路主干线沿程比摩阻R，查经验数据表选取适宜管径D。按照图纸结合现场核实的阀门、补偿器、管道附件等查表确定局部阻力当量长度Ld，计算管段的折算长度Lzh = L + Ld。网路主、支干线管段的压降ΔP=R·Lzh。

2.1.3 确定最不利环路，绘制水压图

最不利环路计算：从热源到各用户，分别计算ΔH=热源内部压力损失+2×管网环路压损+用户内部压力损失。取计算值最大者的为最不利环路。

确定静水压线，满足不超压、不汽化、不吸气、不倒空（高于大气压3-5m富裕量）的原则。结合地形图，管网平面图，用户地势高度，用户建筑高度，汽化压力值，热源消耗的压损等，参照最不利环路绘制水压图，水压图主要包括静水压线、供回水动压线，各分支点压力数据等内容，可查看热网运行工况。

2.1.4核算热媒及热用户处设备参数

根据水压图结果，结合冬季供热运行方式，优选与用户的连接方式，合理选择热媒及热用户处循环泵、补水泵、变频装置、换热器、混水泵等的台数和单台容量，核算流量、扬程、效率、功率等主要参数，是否满足供热现状。

2.1.5核算热网各节点压力平衡

结合热网平面图及水压图，根据往期供热运行技术参数，热媒的流量和管径，计算热网各分支节点管道的压力损失。查看热水网路和各热用户的压力状况，全面了解整个系统在调节过程中或出现故障时的压力状况，揭露关键性的矛盾和采取必要的技术措施，保证安全运行。

2.2 水力模拟软件的原理

水力模拟软件是使用计算机代替人工繁琐的计算，通过人机交互界面，配合成熟的绘制软件CAD，将管网中的热媒、热网、热用户在计算机中使用软件工具进行替换，通过绘制热网，进行不同的参数设计，可对热网进行水力计算，查看热网平面图各节点压力、流量等主要参数状况；水压图中最不利环路名节点压力损失情况；主要数据计算结论。利用计算机软件技术模拟热网水力状况，进行水力计算，操作简单快捷，省时省力，可视性强。

3 水力模拟软件在康平低温区二级管网改造中的应用

康平低温区1-9#楼始建于1982年，位于小区东支线末端，共有242户用户，供热面积为14274m²。在2016-2017供暖期因户内温度不达标，用户多次投诉。技术人员进行了调查分析，发现1-9#楼有两路并行分支管线。其中一路主管线DN100控制3#、6#、9#楼，另一路分支主管线DN150控制其余6栋。两路管线上均有过公路龙门架。对两路主管段过公路龙门架产生的沿程损失进行了水力计算，两处管段的压力损失达1327.71Pa, 管路的压损与流量的平方成正比，克服龙门架阻力，流量损失为11.3%。

技术人员在非供暖期对1-9#楼管网流程走向及管路管径进行技术改造初步设计，沿主管线分三路分别向1-9#楼敷设，根据设计方案选定最适宜管径及附件，计算管网损耗，经核算分支节点压力平衡。使用水力模拟测试软件进行测试，测试结果如图3-1所示：

图3-1 1-9#楼管网改造后水力模拟测试效果图 图3-2 管网优化后水力模拟测试效果

由图3-1可见，1-6#楼为红色预警，流量较弱区域。技术人员对改造图纸针对管路走向及管径再次进行优化，从9#楼与6#中间分6路分别向1-9#楼敷设。

优化后的管网再次进行水力模拟测试，如图3-2所示，1-9#楼流量均达到平衡，设计图纸定稿。技术人员根据优化后设计图纸方案申报工程改造项目。管网改造后，1-9#楼流量均达到平衡，合并分支管线优化后的管网流程供热效果良好。技术人员进行了水力计算（见表3-1）。

表3-1 康平小区1-9#楼管网主管段水力计算表

由水力计算表可得，主管段的压力损失降低了（3464.37+2740.12）-2144.13=4060.36 Pa。平均沿程损失也得到明显的减少。项目改造实施后有效保证了供热质量，提高了用户的缴费积极性，一个采暖期增收节支约7.36万元。同时在2017年供热期用户满意度回访中得到的小区住房的一致赞誉。

4 总结与展望

水力模拟软件在供热管网设计、改造及供热经济运行中为提高供热质量发挥了重要的作用。为中原供热人外创市场奠定了坚实的技术基础。

水力计算的作用及功能十分强大，中原供热人在积极拓展外部市场时，根据供热工作中遇到的新问题，新工艺，新技术，认真应对，使用现有的工具和方法，不断深入挖掘水力计算的新功能，开拓思路，学以致用。现在水力模拟软件在提高供热质量上多用于静态水力平衡分析。随着城镇集中供热智能化、自动化程度的不断发展和提高，水力模拟软件也将进一步适用于动态水力平衡分析，更好地为供热运行中提高质量调节提供科学、有效的数据依据。

参考文献

{1}贺平 孙刚，《供热工程》，中国建筑工业出版社， 2009

{2}中华人民共和国行业标准，《城镇供热管网设计规范》，中国建筑工业出版社，2010

{3}中华人民共和国国家标准，《供热系统节能发行技术规范》，中国建筑工业出版社， 2013

作者简介：赵国甫（1970-）男 ，汉族，河南濮阳市人，高级经济师，主要从事热能动力工程工作.