武昌热电供热管网水力工况分析及优化

聪2，高新勇2

（1．浙江省天正设计工程有限公司，浙江杭州310012；2．华电电力科学研究院有限公司，浙江杭州310030）

【摘要】文章主要分析了武昌热电一次管网压损过大的原因，是由于一次管网中间管径较

小，产生喉部效应，致使管网压损过高。针对当前实际供热面积较小的问题，只需通过提高一次网供回水温差来降低管网压损；针对当前接待供热面积过高的问题，需对管网中间的喉部管段进行改造。此次改造初投资受一次网供回水温差的影响，一次网供回水温差越高，所需扩径的管段长度越小，管道改造的初投资就越少。【关键词】水力工况；压损；供回水温差；喉部效应【中图分类号】TK26；TM621【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2018）04-0144-02

0引言随着现代社会的快速发展及节约能源、保护环境的迫切需求，当前分散式供热锅炉逐渐被淘汰，而热电联产集中供热方式越来越受到重视。近年来，虽然供热技术水平得到了不断的提高，运行管理水平也有所提升，但供热能耗高、运行费用高等问题仍然突出，这些问题降低了供热的经济性，浪费了能源。在进行供热管网设计与优化时，水力工况分析是高质量的管网设计、施工及运行调度的必要条件[1]，也直接影响整个供热系统的经济性[2]。本文结合武昌热电厂的工程实例，分析说明水力计算在供热管网设计与优化中的重要性。143.2万m2，占总接待面积的58.25%。根据当前热负荷增长速率测算，2017—2018年采暖季，实际总供热面积将达到209.3万m2，供热总接待面积可达到407.2万m2。1.3一次管网现状目前，武昌热电公司的供热一次管网总长约11.8km，一次管网的管径变化趋势是DN600→DN500→DN450→DN400→DN450→DN500→DN600。受下游管网管径不一致、局部段喉管的影响，管网在实际负荷下管网水力计算显示：末端用户水力工况难以保证用户正常使用。目前，末端用户采暖效果差，还会导致首站增加泵的运行而引起电耗增加，出现此问题的原因是目前水泵扬程为90m，扬程低，克服不了管网阻力。一次管网分段后，各管段的具体数据见表1。1实例概况1.1机组现状武昌热电公司总装机规模为370MW。一期工程第一套185MW燃气-蒸汽联合循环机组于2010年投产运行。二期工程第二套185MW燃气-蒸汽联合循环机组于2015年投产运行。第一台机组设计最大供汽流量为160t/h，供汽压力为0.3～0.5MPa，供汽温度为220～260℃；第二台机组的供汽压力提升至1.0MPa，供汽温度为220～280℃；2套机组年供热能力最大可达314t/h。2水力计算分析方法参考文献［3］的水力计算方法，管道沿程阻力压降可按下式计算：tR＝6.25×10-2姿G5籽d2

（1）公式（1）中，R为单位管长的沿程损失，单位为Pa/m；Gt为管段的水流量，单位为t/h；d为管子内直径，单位为m；姿为管道内壁摩擦阻力系数；籽为水的密度，单位为kg/m3。其中：0.25

姿＝0.01（K）d1.2采暖热负荷目前，武昌热电热网首站接待住宅小区面积为324.1万m2，商业办公面积为43.6万m2，总接待面积为367.7万m2。2016—2017年采暖季，住宅区实际供热面积为117.8万m2，商业区实际供热面积为25.4万m2，总计实际供热面积为（2）公式（2）中，K为管壁当量绝对粗糙度，单位为m；K取值为0.5×10-3m。而管道局部阻力计算则可以折算成当量长度来计算，一般选择0.2～0.4的比例系数（局部阻力/沿程阻力）来计算。【作者简介】葛晓岚，女，浙江杭州人，硕士研究生，浙江省天正设计工程有限公司工程师，从事电厂热力系统设计和研究工作。

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2018年第4期（总第438期）表1

一次管网具体数据表管段末端接待面积（万m2）末端供热面积（万m2）管长（m）管道内径

A29.4919.35637DN600B5.593.04372DN600C37.7212.171391DN600D0.200.20235DN600

E8.76.39

82DN600

228DN500

F17.517.514DN500G18.182.40830DN500H35.4214.26382DN500I3.323.321249DN500

J2.161.87

20DN500

255DN450

K7.217.2148DN400L5.045.041154DN400M2.242.24746DN400N53.3534.36288DN400O18.026.77399DN450P10.475.581202DN500Q7.160.95115DN500R41.2531.86761DN500S12.137.35257DN600T1.761.761179DN600U

90.3025.7211DN600

3水力计算结果分析3.1按供热面积计算根据2016—2017年采暖季的一次网实际运行供回水温度为95/55℃，计算得出一次管网压损大于1.6MPa，显然不合理。本次计算选取一次网供回水温差为50℃，即一次网供回水温度为105/55℃。此外，局部阻力的比例系数选取0.3，计算结果见表2。根据结果分析，一次管网总长度为11.8km，折算长度为15.4km，总流量为1440m3/h，单程总阻力为462.95kPa，当考虑热网首站压损及末端换热站压损时，一次网总压损为1.13MPa；由此可以得出，只需增大循环水泵的扬程与流量，就能满足一次管网的运行要求。3.2按接待面积计算由于当前管路管径分布不合理，当选取以总接待供热面积为基础进行水力分析时，考虑多种因素后，选取一次网设计供回水温差为60℃，即115/55℃。经过水力计算，结果显示总流量为2333.90m3/h，由于一次管网喉部的存在，致使管网压损过高，单程总阻力为1227.65kPa，远超出供热系统的运行要求，特别是中间DN400的管路压损占总压损的46.3%，而该管段长度仅为总长的18.8%。3.3中间管段扩径计算分析（1）按供回水设计温差60℃计算。经过水力分析，此时需扩径的管道为前端管径较小的管路，即DN500、DN450、DN400、DN450，总长度为5.6km，各管段扩径及压损情况见表3。扩径后水力计算结果显示，单程总阻力损企业技术实践表2

基于实际供热面积的水力计算结果分析

管段流量内径流速

管段长折算长比摩阻压损（m3

/h）（mm）（m/s）（m）（m）（Pa/m）（kPa）A14406141.36637828.127.7723.00B13076141.23372483.622.8811.06C12866141.2113911808.321.8939.13D12026141.13235305.519.365.91E112016141.1382106.619.322.06E212015131.62228296.449.6314.71F11575131.561418.246.060.84G10365131.408301079.036.9739.90H10205131.38382496.635.8117.78I9225131.2512491623.729.2547.50J18995131.212026.027.820.72J28994641.48255331.547.1315.62K8864121.864862.485.465.33L8364121.7511541500.276.16114.25M8024121.68746969.869.9767.86N7864121.65288374.467.3125.20O5504640.91399518.717.659.15P5035130.6812021562.68.7313.64Q4655130.63115149.57.451.11R4595130.62761989.37.247.16S2396140.23257334.10.7690.26T1896140.1811791532.70.4790.73U1776140.171114.30.4190.01总和

—

—

—

11855

15411

—

462.95

表3

各管段扩径及压损情况表

对应管段管径是否扩径

扩径类型

管段长度压损（m）（kPa）A+B+C+D+E1

DN600否—2717202.44E2+F+G+H+I+J1DN500

是DN6002723120.24J2DN450是DN6002558.79K+L+M+N

DN400是DN600223670.01ODN450是DN6003997.16P+Q+RDN500否—207871.28S+T+UDN600否—14477.04总和

—

—

—

11855

486.95

失为486.95kPa，当考虑热网首站压损及末端换热站压损时，一次网总压损为1.17MPa。（2）按供回水设计温差70℃计算。经过水力分析，此时需扩径的管道为前端管径较小的管路，即DN450、DN400、DN450进行扩径改造，总长度为3.0km，各管段扩径及压损情况见表4。扩径后水力计算结果显示，单程总阻力损失为496.37kPa，当考虑热网首站压损及末端换热站压损时，一次网总压损为1.19MPa。由此可见，当一次网供回水温差提升10℃时，需要扩径的管路长度减少2.6km，极大地降低了管网改造的初投资。4结语本文主要分析了武昌热电公司一次管网压损过大的原因，是由于一次管网中间管径较小，产生喉部效应，致使管网压（下转第148页）

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企业技术实践2018年第4期（总第438期）2.1.3制订实施方案

根据课程内容，按章节分工完成。具体实施方案如下：收集重点、难点的相关素材（包含建筑结构、水电安装等分部工程的施工图纸、施工方案、施工现场图片、视频录像等）→编写虚拟仿真模型制作脚本（包含土建结构主体模型、施工顺序方案、水电施工工艺等系列脚本）→项目组专业教师与虚拟仿真专业技术人员合作制作虚拟仿真模型→试用、改进→推广→建立虚拟仿真教学资源库。的引用数等。2.3虚拟仿真教学资源库的应用通过近5年的建设，专业核心课程建筑水电工程计价课程教学资源已非常丰富，特别是虚拟动画方面的教学资源。该课程于2013年12月获得“国家精品资源共享课”称号；在2015年3月又参与国家级工程造价资源库的申报，2016年12月获得通过，目前正在建设中；在2016年12月，该课程又获得自治区级精品在线开放课程建设立项。同时，本项目依托于广西工程造价示范特色专业及实训基地建设项目，整合、开发系列虚拟仿真多媒体资源库，通过建设虚拟仿真实训室，将虚拟技术能够使传统的课堂教学与实景教学相结合进行实证分析。目前，该课程不仅应用于2000余名专业学生及3个涉工程造价相关课程，同时在广西建设职业技术学院开办的10期造价员培训班授课中推广使用，惠及广西500余名工程造价从业人员。有效地推动了虚拟仿真技术在实践教学中的应用，为同类课程改革提供了参考。2.2虚拟仿真教学资源共享型网络平台的建立虚拟仿真网络教学资源共享型网络平台是基于互联网构建服务于教师、学生、企业、专家和社会的立体化应用平台，旨在一体化解决示范校建设的信息化部分，核心目标是改革和优化职业教学模式，开发和积累教学资源。2.2.1平台的建设思路

①能自建在线课程，老师可以根据个人需要和上课风格，整合平台资源与自有资源构建自己的专属在线课程。②能实现教学创新，支持混合式学习、翻转课堂等教学创新实践。③能助力人才培养，助力“互联网+”时代的高素质技能型人才培养。参考文献

［1］中华人民共和国教育部［2］中华人民共和国教育部

教育信息化十年发展规划教育部关于全面提高高等教育

虚拟仿真技术在高职实

（2011—2020年）（教技〔2012〕5号）［Z］2012质量的若干意见（教高〔2012〕4号）［Z］2012［3］孙彬斌，王振敏，卢艳青，等

辽宁高职学报，2014（4）［4］王金岗虚拟现实技术在高职实践教学中的应用研究［J］中国职业技术教育，2011（6）［5］杨俊虚拟仿真教学资源的建立及教学实践应用研究［J］吉利工程技术师范学院学报，2016（8）［责任编辑：陈泽琦］

—以高职金属压力专业为例［J］践教学中的应用研究——

2.2.2平台建设的体会

①资源要分好类，做到易查、易选、易用、易操作和易变；要结合工程造价发展的趋势、全过程工程咨询、基于BIM的应用等。②为学生自主学习和老师授课提供技术服务，主要是让老师带领学生进行自主学习。根据统计，学生上网自主学习的人寥寥无几，因此需要老师将课堂讲授内容与教学资源库紧密联系，引导学生上网学习。③资源不是越多越好，要做精品，要能够吸引别人去看或引用，最好采用动画、微课。如果仅仅是教学录像，那上网学习的会比较少，但如果是作为教学资源（如动画、微课、图片、PPT）被老师们引用，则会提高资源的使用率，如学生学习点击数、教师上课（上接第145页）

表4各管段扩径及压损情况表

对应管段A+B+C+D+E1

E2+F+G+H+I+J1

J2K+L+M+N

OP+Q+RS+T+U总和

管径DN600DN500DN450DN400DN450DN500DN600—

是否扩径否否是是是否否—

扩径类型——DN600DN600DN600———

管段长度（m）2717272325522363992078144711855

压损（kPa）148.73226.956.4651.435.2652.375.17496.37

次管网的中间喉部管段进行改造，此时管段扩径改造的初投资受一次网供回水温差的影响，一次网供回水温差越高，所需扩径的管段长度越小，管道改造的初投资就越少。参考文献

［1］黄建春，张贝

工程实例说明热网运行中的水力计算方

法［J］区域供热，2013（2）：19-26

［2］秦芳芳供热管网水力计算模型研究［D］北京：华北电

力大学，2008

［3］贺平，孙刚，王飞，等

筑工业出版社，2009

［责任编辑：陈泽琦］

供热工程［M］北京：中国建

损过高。针对当前的实际供热面积，只需通过提高一次网供回水温差来降低管网压损，使得管网供水压力不超过设计压力（1.6MPa）。针对当前接待供热面积过高的问题，需对一148

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