集中供热系统 采暖期间并网运行分析

集中供热系统 采暖期间并网运行分析

陈昌勇1,  ,张旭2

1新疆建筑设计研究院有限公司，830002；2.乌鲁木齐热力（集团）有限公司，830007

摘要：目前我国的各采暖城市均已实现了集中供热，城市的热化率也在逐年提高，供热管网试运行是确保热网安全运行的一个关键环节。常规的试运行通常是按照热源带负荷、热网逐步升温的方式进行，而在实际过程中，也会遇到处于采暖期间并入新建热网，此时如何保证新建热网的逐步升温和安全运行就显得尤为重要。因此，合理分析采暖期间新建热网的升温运行，对于集中供热的安全具有重要意义。

关键字：热力管网、试运行、采暖期间并网、管道升温、安全运行

1绪论

《城镇供热管网工程施工及验收规范》CJJ28-2014第8.4节中对于供热试运行做了相关规定。该试运行主要指的是热源、热网及热力站工程联合试运行，通过热源缓慢升温，加热供热管网，同时热力站参与试运行，确保管道带热负荷运行，供热温度缓慢升高。

实际工程中，通常会遇到因施工延误、材料短缺或其余不可控等特殊原因，导致新接入的热用户需要在采暖期间并网。此时，接入的新建热网如何缓慢升温，确保热力管道安全运行则非常关键。

本文根据工程实例，针对采暖期间并网试运行进行分析。

2 并网概况描述

项目建设地点位于祖国西北某市，严寒C区，采暖期为10月至次年4月。现状电厂内有已投产热源首站1座（以下简称“首站A”），在建热源首站1座（以下简称“首站B”）。因首站B未能按期建成投产，导致首站B供热区域内原计划接入的约50万㎡供热面积无热源。根据热力公司现有热网及热源布置，计划投入当年新建热网，制定紧急管网升温和并网运行供热方案。

并网计划：热源取自正在运行的首站A，投入配套首站B建设的热力管网（HT-A至新建隔压站），升温的一级热网总里程为3314米。12月2日至6日对新建一级热网注水，注水总量为5140m³，12月7日至12月11日对新建一级热网升温，升温预计用时共计120h。（二级热网升温方式本文不在说明，以下文中说明的热网均指一级热网）

监测点设置：根据热网建设配套阀门的设置，升温过程设置温度监测点共计6处（FD-A、FD-B、B-A、B-B、FD-C、新建隔压站），流量监测点1处（新建隔压站内主阀门旁通管处）。

并网简图：

3 管网注水及升温方案

一、管网注水方案

1、加热补水方案

①先将隔压站内一级网供回水及各换热器进出口阀门关闭。开启一级网供、回水联通阀，启动一级网补水泵开始补水。同时开启一级网连通管排气、除污器顶部排气，直至出水后关闭。将站内压力升至1.5MPa后停运一级网补水泵，检查一级网供、回水阀门密闭情况。②将换热器二级侧出口联通至一级网补水管阀门后端，以二级网补水泵补水加热后充至一级管网。③缓慢开启HT-B回水阀门，通过首站A现状一级网回水注入隔压站内，使站内压力升至与现状一级网压力一致。④当隔压站一级网压力与首站A一级网压力平衡稳定后，启运二级网补水泵，软化水通过板换连通管进入一级网回水。换热器二级侧通过补水泵变频控制压力在0.5MPa。⑤同时缓慢开启换热器一级侧回水阀门，排气完成后缓慢开启供水阀门，实现换热补水。⑥开启FD-C分段阀井室供、回水连通管DN250，使一级网供、回水同时升压。

2、不加热补水方案

①当隔压站内一级网供、回水总阀出现关闭不严密，采用不加热直接补水方案。②开启一级网供、回水阀门旁通管，启运一级网补水泵进行管网充水。

二、管网升温方案

《城镇供热管网工程施工及验收规范》CJJ28-2014第8.4.3节：试运行应缓慢升温，升温速度不得大于10℃/h。为保证注水工作完成后热网安全运行，计划以3～5℃/h提升管网温度，每天升温不超过30℃进行管网循环升温工作，以免升温过快造成管道及设备发生变形拉裂风险。

热网预计用5天时间将管网温度升至约95℃。热网升温开始时，关闭HT-B临时管线回水阀门，同时开启HT-B临时管线供水阀门及HT-A供回水阀门。通过管网两端供水，管网最远端回水，以保证全线管网均匀升温。另设置FD-A、B-A、B-B、FD-C阀门井为测温记录点。

经测算:一级网管网总容量为5140m³，预计升温时间5天。则预计升温用循环流量G=5140m³/5天/24=42.8m³/h

其中：1、VDN1200=G/3600/πr²=42.8m³/h/3600/（3.14*0.6²）=0.011m/s

      2、VDN1000=G/3600/πr²=42.8m³/h/3600/（3.14*0.5²）=0.015m/s

      3、VDN700=G/3600/πr²=42.8m³/h/3600/（3.14*0.35²）=0.031m/s

本段热网共设置有两组布置型式完全相同的套筒补偿器，根据《城镇供热直埋热水管道技术规程》CJJ/T81-2013第5.7节，计算供水管管道伸缩量：

设计温度为135℃，安装温度为10℃：计算伸缩量：311mm；

设计温度为100℃，安装温度为10℃：计算伸缩量：137mm。

设计温度为100℃，安装温度为20℃：计算伸缩量：87mm。

管网开始升温后监测补偿器处温度及实际伸缩量。

4 并网实施及监测数据

现场实测一级网主阀门关闭不严，无法采用加热注水方式，因此，采用了不加热直接注水方式，注水时长5天，注水后实测管道温度恒定为9℃。

为保证数据尽量准确，隔压站在一级网升温过程中全程未开启主阀门，通过开启主阀旁通管（DN250），在旁通管上安装便携式流量计，全程对照主管道流量计进行流量控制。

并网实际实施操作过程：

1、12月7日至8日，通过控制流量在10m³/h左右，热水通过连通管进入DN700管段。因流速慢、时间长，实测温度维持在9℃无变化。

9℃下，水的粘滞系数γ=1.3463×106（㎡/s）。

根据《供热工程》（第四版），流体雷诺数计算如下：

（1）DN700管道

VDN700=G/3600/πr²=10m³/h/3600/（3.14*0.35²）=0.0072m/s。

Re=V*d/γ=0.0072*0.7/1.3463/10-6=3744（2300＜Re＜4000）

由此得出，DN700管道内热水流动处于过渡区。

（2）DN1000管道

VDN1000=G/3600/πr²=10m³/h/3600/（3.14*0.5²）=0.0035m/s

Re=V*d/γ=0.0035*1.0/1.3463/10-6=2628（2300＜Re＜4000）

由此得出，DN1000管道内热水流动处于过渡区，靠近层流区。

（3）DN1200管道

VDN1200=G/3600/πr²=10m³/h/3600/（3.14*0.6²）=0.0025m/s

Re=V*d/γ=0.0025*1.2/1.3463/10-6=2190（Re＜2300）

由此得出，DN1200管道内热水流动处于层流区。

2、12月9日至10日，当FD-A井实测升温后，开始增加流量至40m³/h，因中段为DN1200管段流速较慢，直至12月10日FD-B井室实测到管道升温。

因管道流量提高一倍，流速和雷诺数同比增大一倍，此时管道内热水均处于紊流区，管道升温显著增快。

3、12月11日第一次测温时，所有观测点均已见升温。两组补偿器井位实测温度都比较高，故加大流量至60m³/h。

4、当隔压站温度升至40摄氏度左右时，外网所有测点均已在100℃左右。

5、补偿器升温前做标记，第五天测温时测量伸缩量为：

（1）管网测温约80℃时，B-A井中供水管伸缩量63mm，B-B井中供水管伸缩量50mm；（2）管网测温约100℃时，B-A井中供水管伸缩量86mm，B-B井中供水管伸缩量72mm。

对比上文，热网测温100℃时，B-A井室供水管伸缩量基本达到计算值（安装温度20℃），B-B井室供水管伸缩量小于计算值（安装温度20℃）。

根据实测数据，供水管道实测升温见下图：

《城镇供热管网工程施工及验收规范》CJJ 28-2014第8.4.3节：试运行应缓慢升温，升温速度不得大于10℃/h。通过管道实测温度，校核管道升温速率，详见下图：

5 结论

1、采暖期间对于大型热网并网运行是可行的。本项目预计升温速率为3～5℃/h，实测平均升温速率为2.52℃/h，实测最大升温速率为9.5℃/h（12月9日11:00至13:00）。热网升温过程中应特别注意控制管道流量的大小，管网流量增大，管道升温速率将明显加大。

2、并网升温前两天实测温度均无变化，据此分析：小流量、大管径下，因热水流速低于过渡区临界速度，热水流动呈现层流状态，此时管道外部流体温度与管道内部流体温度出现分层，实测温度将会产生较大偏差。

3、大型直埋热网首次升温过程中，出现了实测补偿器伸缩量小于计算值。分析原因：在于大型热网首次升温过程中的局部管道摩擦力高于计算值，预计在后期运行过程中经过多次升温和降温后，补偿量将逐步达到设计值；补偿器设计安装温度与实际安装温度有偏差。

6 参考文献

[1] 贺平,孙刚等编著.供热工程（第四版）.中国建筑工业出版社[M].2009年

[2] 陆耀庆主编.实用供热空调设计手册（第二版）.中国建筑工业出版社[M].2008年

[3] 城镇供热管网工程施工及验收规范（CJJ28-2014）．中国建筑工业出版社[S].2014年

[4] 城镇供热直埋热水管道技术规程（CJJ/T81-2013）．中国建筑工业出版社[S].2013年