城市集中供热管网中存在的问题及优化设计

城市集中供热管网中存在的问题及优化设计

冯涛

新疆通达热力有限责任公司 新疆省乌鲁木齐市 830000

摘要：科技在不断发展，社会在不断进步，我国城市建设在不断加快，结合集中供热管网的概念，阐述了城市集中供热管网的布局特点，总结了集中供热管网中存在的问题，并提出了集中供热管网的优化设计对策，包括建立管网优化模型、优化保温设计与防腐设计，为城市集中供热管网的安全、稳定、经济运营提供参考。

关键词：城市集中供热；管网布局；问题优化

引言

“绿色低碳”是未来能源发展的战略方向。“双碳目标”之下,我国能源供给方式面临重要变革,通过根本优化能源供应结构,将形成多轮驱动、安全可持续的清洁低碳能源供应体系。新能源体体系构成中,风、光、水、核等清洁、可再生能源发电将成为电力供应的主要方式,并作为基础电源使用。火电、热电作为传统的发电主力,将逐步演变为清洁能源发电的调峰电源。目前,热电联产机组除作为主力电源外,还是北方城镇集中供热的最重要热源。2016年底,我国北方地区热电联产装机2.86亿kW,占北方总火电装机的50.9%,热电联产面积占北方区域总供热面积的45%。国家发改委、能源局在《关于提升电力系统调节能力的指导意见》中要求,热电联产机组要结合电网要求,最小技术出力达到40%-50%额定容量,以实现深度电力调峰。低发电负荷时如何保证居民供热将是城市供热面临的难题。热电联产高发电负荷时进行热量蓄存,以弥补低发电负荷时的供热缺口是值得探讨的解决方案。本文将以实际热网作为算例,研究热网储蓄热潜力、作用以及涉及到的热网调控等方面的问题。

1城市集中供热管网的优势

随着城市化进程的加快，人们生活质量的提升，对居住环境的要求越来越高，目前城市的集中供热管道都达到了自动化管理和控制的程度。能够自动的根据室外的温度随时调整，这样不仅减轻了工作人员的负担，还保证了供热需求。同时，集中供热管中加入了中央加热系统，不仅降低了系统的故障发生率，还提升了供热质量，为供热设备的正常运行奠定了基础保障。其次，城市集中供热管在运行中可以通过室外温度的调整，自动调节热网系统，达到合适的温度，在节省供热成本的同时，也能提升能源利用率。除此之外，还可以在供热管网系统中设置计量表，利用计算机系统去收集供热数据，对供热管网进行全方位的监控。最后，通常情况下，供热管网的热源都比较集中，烟囱设计都具有不同的高度，在燃料充分燃烧时，也促进了锅炉利用率的提升。在供热过程中，尽量选择分散性较高的小锅炉，这样可以降低对空气的污染，避免噪音污染影响人们的正常生活。

2城市集中供热管网中存在的问题

2.1防腐问题

在城市集中供热管网设计过程中，防腐层设计对管道防腐性能具有直接的影响。当前城市集中供热管网防腐层设计的可行性有待提高。部分设计人员盲目选择提高防腐级别的方法，导致具体工艺操作过程中无法达到设计与应用要求；部分设计人员没有结合实际运行环境以及工程情况进行设计，而是进行其他管道防腐层设计的直接套用，导致防腐层与管道不匹配问题频繁出现；部分设计人员从技术难度控制、成本控制视角着手直接选择普通级防腐层，致使防腐设计效果落后于防腐要求，极易致使集中供热管道受外界环境影响而损坏，干扰集中供热效果。

2.2新旧管网供热设备设施差异性大

由于转接面积全部为老旧管网，供热设备设施质量较差，且缺少基础性资料，多数热力站不具备远程监控功能，换热站温度、压力、流量等参数无法实现远程监视，热力站内循环泵、补水泵的启停、调节控制方式区别较大，增加了管网投运调整的难度。

3我国集中供热管网的优化设计

3.1保温优化

在集中供热管网优化设计模型构建完毕后，为确定各参数，需要结合具体供热管网设计项目进行核算[6]。以某集中供热一级网主管道设计为例，拟设置2供2回供热管道DN1400mm，数量为4根，单根管道设计流量为15500t/h，总循环流量31000t/h。中继能源站位于主管道末端，与市区管道间接相连接。始端、中继能源站之间一级主管道设计温度为135/30℃，设计压力为2.6MPa；中继能源站、尾端之间设计温度为120/25℃，设计压力为1.8MPa，主管线输送距离为40.0km，直埋敷设20.5km，其余为架空敷设。拟设计供热规模为8.200×107m2，采暖综合热指标与计算热负荷分别为55W/m2、4125MW。根据工程供热要求可以选择的直埋敷设供热管网材料为高密度聚乙烯外护管聚氨酯3层结构（HCFC141b体系）。硬质泡沫塑料预埋直埋保温管，为工作钢管层+聚氨酯保温层+高密度聚乙烯保护层，架空管道保温材料为小容重、可预制、热损失小、价格低廉的离心玻璃棉管壳。在保温材料确定后，计算0.001～0.150m聚氨酯硬质泡沫、离心玻璃棉的初投资，寻找保温效果最好且总费用小的厚度组合。得出：在直埋管道保温层厚度为0.066m、架空管道保温层厚度为0.095m时，供热管道年均总费用最低。此时，室外日平均温度在-11～-3℃时，直埋管供水温度在117.9～129.45℃，回水温度在27.1～27.6℃；架空管线供水温度在118.2～128.9℃，回水温度在28.6～28.9℃，供水管道总散热损失在17.856～22.052MW，可以保障经济保温厚度下整个采暖季节的总耗热量在规定限度内。此外，在管网布局为枝状时，设计人员可以确定一个管网主干线，对热用户（热力站）管网各分流节点进行编号，热源为0，由热源顺流动方向分流节点逐次为1，2，…，m-1，相应的管段依次记录为L1，L2，…，Lm，依据设计热流量、分流节点流量平衡原则可以进行管段设计流量的求解。进而由主干线末端管段开始，在前期设定约束条件下，进行管径选择，确保m-1节点位置的支管管线总费用、主干线末端管段总费用相加值处于最小水平。

3.2热网初调节

供热初期对供热系统进行初调节，解决系统水力平衡、热力平衡的问题，将用户的运行流量调整到较理想状态。由于本系统缺少必要的流量数据监测装置，采用回水温度调节进行初调节，由于管网供给用户的热量等于其流量、供回水温差以及热水比热的乘积。当实际流量大于设计流量时，供回水温差减小，回水温度高于规定值；当实际流量小于设计流量时，供回水温差增大，回水温度低于规定值。因此只要把各用户的回水温度调到相等，就可以使各用户得到与热负荷相适应的供热量，达到均衡调节的目的。采用回水温度调节法两个关键环节：一是要绘制供热运行曲线，得出不同室外温度下一级管网、二级管网的对应的供回水温度。

结语

1)热力管网具备一定蓄热能力,可以适当放宽热源输出的调度要求。在没有精准热负荷预测的情况下,不要求每个时段的输出负荷都和热网需求匹配。通过严格控制热力站用热量来保证热用户的供热效果,让管网保留一定蓄热范围。2)单位供热面积水容量、热网设计供热温度是影响热网蓄热能力的关键指标,不同热网差别很大。3)热力管网蓄热量能承担当日负荷的时长最大值发生在供热初期,但时长也难以超过24h。严寒期管网蓄热能力较小,蓄热量能承担当日负荷时长不超过5h。

参考文献

[1]屠丽娟,周恩泽,丁雪峰,等.供热管网系统控制方案及其模糊评价[J].现代电子技术,2021(19):105-108.

[2]刘向东.潍坊市中心城区供热现状与发展研究[J].建设科技,2020(2):66-69.