供熱管網輸送效率測量計算與節(jié)能改造

摘 要

摘要：對某供熱系統(tǒng)的一二級管網現狀進行調查，對一二級管網相應熱力參數進行了測量，計算得出一二級管網的輸送效率，對不滿足標準要求的管網進行分析，提出改造措施。關鍵詞：供熱管網
摘要：對某供熱系統(tǒng)的一二級管網現狀進行調查，對一二級管網相應熱力參數進行了測量，計算得出一二級管網的輸送效率，對不滿足標準要求的管網進行分析，提出改造措施。
關鍵詞：供熱管網；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量。因此，對供熱系統(tǒng)進行節(jié)能改造顯得極其重要。供熱系統(tǒng)由熱源、熱網、熱用戶3部分組成，本文主要針對熱網，測量計算熱網的輸送效率，分析存在的問題，從而提出熱網改造措施。
1 管網概況
   ① 一級管網概況
   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，總供熱面積為132.02×104m2，其中熱水供熱面積為104.8×104m2。本次測量對象為熱水供熱系統(tǒng)，采用間接連接，調節(jié)方式為質調節(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，一級管網結構見圖1。一級管網是隨著不同建筑的建設分期敷設的，新舊管網交錯布置，采用閉式雙管系統(tǒng)，布置成枝狀管網。一級管網采用的保溫材料包括礦棉、復合硅酸鹽、聚氨酯，敷設方式有管溝和直埋兩種，大部分采用管溝敷設。
 

   ② 二級管網概況
   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，編號分別為A、B、C、D、H、M。在測量計算二級管網輸送效率時，選擇了北路、東路、南路、京都小區(qū)、福利小區(qū)熱力站的二級管網，這5個小區(qū)的二級管網與一級管網一樣布置成枝狀管網。二級管網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
熱力站
供熱面積/m2
熱力入口數量/個
保溫材料
敷設方式
供熱半徑/m
北路
157084.8
57
巖棉、玻璃棉
管溝
812
東路
78041.3
19
巖棉、聚氨酯
管溝+直埋
676
南路
84063.6
36
巖棉、玻璃棉
管溝
425
福利小區(qū)
136470.9
38
巖棉、玻璃棉
管溝
492
京都小區(qū)
218176.3
47
巖棉、聚氨酯
管溝+直埋
896
2 測量原理、儀器和方法
2.1 測量原理
輸送效率是反映供熱介質在輸配過程中的熱損失程度，主要受管道保溫材料、敷設方式、管道腐蝕情況、供熱半徑、泄漏等因素影響。輸送效率的計算式為：
 
式中η——管網輸送效率
    n——熱力站或熱力入口的數量
    Qj——測量時間內，在第j個熱力站或熱力入口測得的累計熱量，J
    Q——測量時間內，在鍋爐房或熱力站測得的累計熱量，J
   Q的計算式為[1]：
    Q=qtρcp(θs-θr)    (2)
式中q——測量期間供熱介質的平均流量，m3/h
    t——測量時間，h，取48h
    ρ——供熱介質的密度，kg/m3
    cp——供熱介質的比定壓熱容，J/(kg·K)
    θs、θr——供、回水溫度，℃
   根據JGJ 132—2001《采暖居住建筑節(jié)能檢驗標準》(以下簡稱《標準》)5.2.8條規(guī)定，室外管網的輸送效率不應小于0.9。
2.2 測量儀器和方法
   測量參數主要包括流量、溫度，流量采用TDS-100型手持式超聲波流量計測量，其主要性能參數：測量管徑范圍為DN 20.0～3999.9mm，相對誤差范圍為±1.5%。溫度采用RH-LOGⅡ溫度自記儀測量。測量采用的儀器儀表均滿足《標準》中附錄A對儀器儀表性能的要求，操作方法也嚴格按照《標準》進行。測量時間為2010年2月6日至20日。
   ① 流量測量
   對于二級管網，以南路熱力站為例，在南路熱力站二級側總供水直管段和各建筑熱力入口供水直管段上進行測量，測量持續(xù)時間為流量穩(wěn)定后的30min，每5min記錄一次，取6次平均值。對于一級管網，在鍋爐房總供水管以及各熱力站一級側的供水直管段上進行測量，數據記錄與處理與二級管網相同。
    安裝方法為：選擇測量位置，直管段應足夠長，且管內充滿熱水。將測點位置的保溫層取下，在流量計的操作面板上輸入管徑、管子壁厚等參數，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據線連接起來，根據操作面板上顯示的安裝精度微調探頭間距。測量完畢后將保溫層復原。
   ② 溫度測量
   對于二級管網，同樣以南路熱力站為例，首先設置溫度自記儀的開始記錄時間和記錄時間間隔等參數，之后將其安裝在熱力站二級側以及各熱力入口的供回水管上，溫度每2min記錄一次，測量時間為48h，最后取下溫度自記儀，將記錄數據導入計算機，計算平均值。對于一級管網，測量位置為鍋爐房和各熱力站一級側的供回水管。
    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。測量完畢后將保溫層復原。
3 測量計算結果及分析
3.1 測量計算結果
    ① 一級管網輸送效率
    根據測量數據及式(2)，計算得出測量時間內鍋爐房累計熱量為11230.7GJ，熱力站一級側累計熱量為8168.4GJ。由式(1)計算得，一級管網的輸送效率為0.73，不滿足《標準》的要求。
   ② 二級管網輸送效率
   5座熱力站各二級管網的測量計算結果見表2。由表2可知，這5座熱力站各二級管網的輸送效率均不滿足《標準》要求。
表2 5座熱力站的各二級管網的測量計算結果
熱力站
各熱力入口累計熱量/GJ
熱力站二級側累計熱量/GJ
輸送效率
北路
717.9
823.8
0.87
東路
450.7
608.6
0.74
南路
429.0
579.2
0.74
福利小區(qū)
817.3
935.2
0.87
京都小區(qū)
1109.6
1259.4
0.88
3.2 測量結果分析
    ① 在測量過程中發(fā)現，管溝中的溫度較高，敷設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重。調查中發(fā)現，部分管段的保溫層全部脫落，有的管道腐蝕嚴重，甚至有些閥門處有漏水等現象。
    ② 一級管網的輸送效率遠低于《標準》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和聚氨酯保溫材料，但輸送效率還是達不到要求。調查中發(fā)現，京都小區(qū)熱力站的二級管網有部分閥門漏水，且采用管溝敷設和巖棉保溫材料的管道有腐蝕嚴重和保溫層脫落的情況。北路和福利小區(qū)熱力站的部分二級管網經過節(jié)能改造，已在保溫層脫落嚴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)熱力站二級管網的保溫材料包裹松散。對于北路熱力站二級管網，還存在閥門漏水的情況。
    東路和南路熱力站二級管網的輸送效率最低。東路熱力站二級管網只有很短的管道采用聚氨酯保溫材料和直埋敷設，而采用巖棉保溫材料和管溝敷設的管段有很多地方的保溫層已脫落，管道腐蝕非常嚴重，并有個別管段出現漏水情況。對于南路熱力站二級管網，玻璃棉保溫層包裹松散，也存在與東路熱力站二級管網相同的問題。
4 改造措施
    通過對該供熱系統(tǒng)一二級管網輸送效率的測量計算，發(fā)現輸送效率都不滿足《標準》要求，供熱介質輸配過程中熱損失嚴重。針對以上問題，提出以下改造措施：對于保溫層破損的管道，應及時更換絕熱性能優(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。對于泄漏的閥門，應及時進行維修或更換。對于腐蝕嚴重的管段應進行更換。提倡采用聚氨酯保溫材料和直埋敷設[2]。
參考文獻：
[1] 蔣建志.新疆醫(yī)科大學供熱系統(tǒng)能耗審計與節(jié)能改造(碩士學位論文)[D].重慶：重慶大學，2008：18-19.
[2] 穆偉杰，何雪冰，蔣建志，等.某二級熱網水力工況實測與節(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 重慶大學城市建設與環(huán)境工程學院 重慶 400045)