智能蒸汽流量计在供热管网中的应用及效果分析
点击次数：1763 发布时间：2021-01-07 15:10:27
摘要：通过实际管网平衡改造案例，详细阐述了静态智能蒸汽流量计调试方法，*后通过对比智能蒸汽流量计调试前后管网不平衡率、室温等数据，得出管网平衡改造不仅对水力失调改善效果明显，而且对能源节约有着明显的效果。
1 引言
近些年来随着供热区域内建筑面积的不断增加，供热管网的系统半径不断增大，在运行期由于各种因素的影响，使得管网出现实际流量与设计流量不一致的现象，即出现了水力失调。虽然在设计初期会考虑到水力失调带来的影响，由于水力计算步骤较为复杂，会选择一些型号较大的设备，如加大水泵扬程，提高水泵的运行频率来弥补系统水力失调。这种“大流量”的措施，放在以前的小规模系统，舒适度要求较低、能耗要求也较低的供热管网循环系统中，还可以用。但是现在来看，系统规模不断扩大，高舒适性、低耗能性等要求被提出，因此寻求新的解决水力失调的方法迫在眉睫。据不完全统计，选用较大型号设备，会增加供热设备的系统投资20%以上，同时热能和电能也有不同程度的增加，耗热能增加15%以上，浪费电能30%以上。
管网水力失调不仅造成能源的大量浪费，而且造成了各采暖建筑物之间的室内温度偏差较大,冷热不均。因此，必须采取有效措施解决供热管网水力失调问题。笔者分析了某小区的供热管网中存在的问题，利用加装智能蒸汽流量计方法解决管网水力失调的现象，以实现节能的目的。
2 小区供热管网系统现状
某小区住宅楼建设于1996年，建筑结构为砖混建筑，建筑面积为54931m2，共30栋住宅楼。2017年缴费739户，总采暖面积为47141m2。换热站位于小区中部，板式换热机组设计换热面积为50000m2，循环泵额定功率为30kW，流量为200m³/h，扬程为32m。庭院管网共分为2个支状供回水环路，该小区供热管网见图1所示。
管网平衡改造前，2017~2018 年*寒期循环泵频率为45HZ，实测总供水量为189m³/h，供水温度为 55.4℃，回水温度为47.1℃；换热站总供水压力0.37MPa,回水压力为 0.27MPa；采暖期电指标为1.221kW·h/m2。管网近端末端部分用户*寒期室温实测数据详见表1。基于以上数据可以看出，该小区庭院管网采用“大流量、小温差”的供热运行方式，同时热用户室温存在近热远冷现象，管网处于水力失调状态，耗电指标偏大，节能改造潜力巨大。
3 智能蒸汽流量计的选用及调试方案
3.1 智能蒸汽流量计的选用
该小区建造年代较早，供热系统未采用热计量，因此供热系统属于定流量系统。在定流量系统中，运行过程流量不发生改变，因此只会出现静态水力失调。只需要使用静态智能蒸汽流量计平衡系统阻力，达到静态水力平衡即可。2018年夏季，我公司在小区每个楼单元前，回水干管上KPF静态水力智能蒸汽流量计，共安装88台DN50智能蒸汽流量计。为使系统在*大程度上达到静态水力平衡，供热前期即可用专用仪表进行平衡调试。KPF静态水力智能蒸汽流量计有良好的流量调节特性及开度锁定记忆装置，配合使用专用智能仪表可测量单体建筑的供热流量。该阀门可实现系统平衡后、总流量增减时，各支路、各用户的流量同比例增减，同步传至每一个末端装置，可有效避免流量失衡、各个环路相互干扰造成的热量浪费。
3.2 智能蒸汽流量计调试方案
目前国内平衡调节的主要方法有温差法、比例法和CCR法。结合公司选择使用KPF智能蒸汽流量计的现状，现采用KPF 综合
调节法。该方法是计算出每栋单体建筑的理论循环流量，通过安装KPF智能蒸汽流量计，利用其专用智能仪表标定通过阀门的实际流量，调节阀门开度，使实际流量趋近于理论流量，实现水力工况平衡。
3.2.1 计算理论流量
考虑到该小区建造年代较早，建造围护保温性较差，查阅《城市热网设计规范》后选用40W/m²的采暖热指标进行计算。
根据公式（1）和公式（2）计算出每个单元理论设计流量。使用智能蒸汽流量计专用智能仪表，通过调整智能蒸汽流量计开度，使实际流量趋近于理论流量。
3.2.2 智能蒸汽流量计调试
在庭院管网智能蒸汽流量计调试中，采取“先近后远”的原则。*先利用专用智能仪表对管网近端智能蒸汽流量计进行流量调试，使其实际流量趋近于理论流量，这样可以有效增大管网末端用户的使用流量，防止末端流量不足的情况出现；其次再依次进行管网中端和末端智能蒸汽流量计调节，使整个环路水力工况达到平衡。在智能蒸汽流量计调试过程中，需将每台阀门的开度设定值、实际流量值等数据进行记录和整理，并撰写智能蒸汽流量计调试报告，以便为以后调试提供依据。部分智能蒸汽流量计调试结果见表2所示。
4 管网平衡改造效果
4.1 管网不平衡率分析
将所有智能蒸汽流量计调试后不平衡率做成图片，如图2所示。
图2中横坐标代表智能蒸汽流量计安装单元数，纵坐标表示每个智能蒸汽流量计不平衡率，当未使用静态水力智能蒸汽流量计进行调节前，水力不平衡率数据不集中，比较分散，*大能达到98%，从图中还可以看出，调节前管网近端智能蒸汽流量计不平衡率较大，而管网末端不平衡率均为负值，流量严重不足。说明调节前管网存在严重水力失调现象，近端流量大，远端流量不足。管网平衡改造后，水力不平衡率全部集中在8%以内，也就是说，整个管网基本处于水力平衡状态，即实际流量与理论流量相当接近。另外从图中可以看出，一些智能蒸汽流量计不平衡率存在负值，说明该智能蒸汽流量计的循环流量不足，原因可能为此阀盗用压差不足，静态智能蒸汽流量计的加装，无疑使得管路阻力增大了，因此必须考虑加大阀门开度。如果仍不能满足循环流量，应考虑该处静态智能蒸汽流量计安装的必要性。
4.2 用户室温分析
我公司在该小区管网改造前，在不同单元不同楼层分别安装100台室温采集器。智能蒸汽流量计调前数据采集于2017~2018年供热期，调后数据采集于2018~2019年供热期。经过两个采暖期，共有96台室温采集器可以正常提供数据。数据分析结果见图3所示。
图3中的曲线 A和B供热管网智能蒸汽流量计调节前后的热用户室温变化情况，横坐标表示室温分布，纵坐标表示热用户数量。从图中可以看出，智能蒸汽流量计调节前热用户室温比较分散，既有室温小于18℃的热用户，也有室温大于24℃的热用户。热用户室温“近热远冷”，供热管网存在水力不平衡现象。智能蒸汽流量计调节后，有49户用户室温在20℃~21℃之间，从图中可以看出室温分布范围缩小，平均室温降低，从而，不仅减少了供热量，也大大提高了供热品质。一般来讲，对采暖系统，每增加 1℃平均室温，能耗增多 5%~10%。采暖系统实现平衡后，常常可以降低平均室温1℃~3℃。
4.3 换热站内数据分析
管网平衡改造后，2018~2019年*寒期换热站内供水温度为55.4℃，回水温度为 44.8℃，供回水温差较上一采暖期增大2.3℃。换热站总供水压力0.37MPa,回水压力为 0.25MPa，供回水压差较上一采暖期增大0.02MPa。通过多次调试智能蒸汽流量计，已将循环泵频率降至39HZ，采暖期电指标为0.877kW·h/m²。可见管网平衡改造后，节能效果明显。
5 结论
通过对上述案例的分析，熟悉了静态水力智能蒸汽流量计的调试方法，通过对比平衡调试前后的不平衡率、室温等数据，得出管网平衡改造对改善管网水力失调的效果明显，不仅节约能源，而且提高了管网末端热用户室温，缓解了热力公司与热用户之间的矛盾。
1 引言
近些年来随着供热区域内建筑面积的不断增加，供热管网的系统半径不断增大，在运行期由于各种因素的影响，使得管网出现实际流量与设计流量不一致的现象，即出现了水力失调。虽然在设计初期会考虑到水力失调带来的影响，由于水力计算步骤较为复杂，会选择一些型号较大的设备，如加大水泵扬程，提高水泵的运行频率来弥补系统水力失调。这种“大流量”的措施，放在以前的小规模系统，舒适度要求较低、能耗要求也较低的供热管网循环系统中，还可以用。但是现在来看，系统规模不断扩大，高舒适性、低耗能性等要求被提出，因此寻求新的解决水力失调的方法迫在眉睫。据不完全统计，选用较大型号设备，会增加供热设备的系统投资20%以上，同时热能和电能也有不同程度的增加，耗热能增加15%以上，浪费电能30%以上。
管网水力失调不仅造成能源的大量浪费，而且造成了各采暖建筑物之间的室内温度偏差较大,冷热不均。因此，必须采取有效措施解决供热管网水力失调问题。笔者分析了某小区的供热管网中存在的问题，利用加装智能蒸汽流量计方法解决管网水力失调的现象，以实现节能的目的。
2 小区供热管网系统现状
某小区住宅楼建设于1996年，建筑结构为砖混建筑，建筑面积为54931m2，共30栋住宅楼。2017年缴费739户，总采暖面积为47141m2。换热站位于小区中部，板式换热机组设计换热面积为50000m2，循环泵额定功率为30kW，流量为200m³/h，扬程为32m。庭院管网共分为2个支状供回水环路，该小区供热管网见图1所示。
管网平衡改造前，2017~2018 年*寒期循环泵频率为45HZ，实测总供水量为189m³/h，供水温度为 55.4℃，回水温度为47.1℃；换热站总供水压力0.37MPa,回水压力为 0.27MPa；采暖期电指标为1.221kW·h/m2。管网近端末端部分用户*寒期室温实测数据详见表1。基于以上数据可以看出，该小区庭院管网采用“大流量、小温差”的供热运行方式，同时热用户室温存在近热远冷现象，管网处于水力失调状态，耗电指标偏大，节能改造潜力巨大。
3 智能蒸汽流量计的选用及调试方案
3.1 智能蒸汽流量计的选用
该小区建造年代较早，供热系统未采用热计量，因此供热系统属于定流量系统。在定流量系统中，运行过程流量不发生改变，因此只会出现静态水力失调。只需要使用静态智能蒸汽流量计平衡系统阻力，达到静态水力平衡即可。2018年夏季，我公司在小区每个楼单元前，回水干管上KPF静态水力智能蒸汽流量计，共安装88台DN50智能蒸汽流量计。为使系统在*大程度上达到静态水力平衡，供热前期即可用专用仪表进行平衡调试。KPF静态水力智能蒸汽流量计有良好的流量调节特性及开度锁定记忆装置，配合使用专用智能仪表可测量单体建筑的供热流量。该阀门可实现系统平衡后、总流量增减时，各支路、各用户的流量同比例增减，同步传至每一个末端装置，可有效避免流量失衡、各个环路相互干扰造成的热量浪费。
3.2 智能蒸汽流量计调试方案
目前国内平衡调节的主要方法有温差法、比例法和CCR法。结合公司选择使用KPF智能蒸汽流量计的现状，现采用KPF 综合
调节法。该方法是计算出每栋单体建筑的理论循环流量，通过安装KPF智能蒸汽流量计，利用其专用智能仪表标定通过阀门的实际流量，调节阀门开度，使实际流量趋近于理论流量，实现水力工况平衡。
3.2.1 计算理论流量
考虑到该小区建造年代较早，建造围护保温性较差，查阅《城市热网设计规范》后选用40W/m²的采暖热指标进行计算。
根据公式（1）和公式（2）计算出每个单元理论设计流量。使用智能蒸汽流量计专用智能仪表，通过调整智能蒸汽流量计开度，使实际流量趋近于理论流量。
3.2.2 智能蒸汽流量计调试
在庭院管网智能蒸汽流量计调试中，采取“先近后远”的原则。*先利用专用智能仪表对管网近端智能蒸汽流量计进行流量调试，使其实际流量趋近于理论流量，这样可以有效增大管网末端用户的使用流量，防止末端流量不足的情况出现；其次再依次进行管网中端和末端智能蒸汽流量计调节，使整个环路水力工况达到平衡。在智能蒸汽流量计调试过程中，需将每台阀门的开度设定值、实际流量值等数据进行记录和整理，并撰写智能蒸汽流量计调试报告，以便为以后调试提供依据。部分智能蒸汽流量计调试结果见表2所示。
4 管网平衡改造效果
4.1 管网不平衡率分析
将所有智能蒸汽流量计调试后不平衡率做成图片，如图2所示。
图2中横坐标代表智能蒸汽流量计安装单元数，纵坐标表示每个智能蒸汽流量计不平衡率，当未使用静态水力智能蒸汽流量计进行调节前，水力不平衡率数据不集中，比较分散，*大能达到98%，从图中还可以看出，调节前管网近端智能蒸汽流量计不平衡率较大，而管网末端不平衡率均为负值，流量严重不足。说明调节前管网存在严重水力失调现象，近端流量大，远端流量不足。管网平衡改造后，水力不平衡率全部集中在8%以内，也就是说，整个管网基本处于水力平衡状态，即实际流量与理论流量相当接近。另外从图中可以看出，一些智能蒸汽流量计不平衡率存在负值，说明该智能蒸汽流量计的循环流量不足，原因可能为此阀盗用压差不足，静态智能蒸汽流量计的加装，无疑使得管路阻力增大了，因此必须考虑加大阀门开度。如果仍不能满足循环流量，应考虑该处静态智能蒸汽流量计安装的必要性。
4.2 用户室温分析
我公司在该小区管网改造前，在不同单元不同楼层分别安装100台室温采集器。智能蒸汽流量计调前数据采集于2017~2018年供热期，调后数据采集于2018~2019年供热期。经过两个采暖期，共有96台室温采集器可以正常提供数据。数据分析结果见图3所示。
图3中的曲线 A和B供热管网智能蒸汽流量计调节前后的热用户室温变化情况，横坐标表示室温分布，纵坐标表示热用户数量。从图中可以看出，智能蒸汽流量计调节前热用户室温比较分散，既有室温小于18℃的热用户，也有室温大于24℃的热用户。热用户室温“近热远冷”，供热管网存在水力不平衡现象。智能蒸汽流量计调节后，有49户用户室温在20℃~21℃之间，从图中可以看出室温分布范围缩小，平均室温降低，从而，不仅减少了供热量，也大大提高了供热品质。一般来讲，对采暖系统，每增加 1℃平均室温，能耗增多 5%~10%。采暖系统实现平衡后，常常可以降低平均室温1℃~3℃。
4.3 换热站内数据分析
管网平衡改造后，2018~2019年*寒期换热站内供水温度为55.4℃，回水温度为 44.8℃，供回水温差较上一采暖期增大2.3℃。换热站总供水压力0.37MPa,回水压力为 0.25MPa，供回水压差较上一采暖期增大0.02MPa。通过多次调试智能蒸汽流量计，已将循环泵频率降至39HZ，采暖期电指标为0.877kW·h/m²。可见管网平衡改造后，节能效果明显。
5 结论
通过对上述案例的分析，熟悉了静态水力智能蒸汽流量计的调试方法，通过对比平衡调试前后的不平衡率、室温等数据，得出管网平衡改造对改善管网水力失调的效果明显，不仅节约能源，而且提高了管网末端热用户室温，缓解了热力公司与热用户之间的矛盾。