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远离热源点设置补水定压点的技术方案和可行性分析 

1 前言

随着城市规模的不断扩大，城市集中供热的规模在飞速发展，人们对环境的要求也越来越高，热源厂逐渐远离城市，远距离输送热源已成为必然。

邯郸市集中供热始建于1985年，依托位于主城区北部的邯郸热电厂作为热源向城市供热。随着城市发展，邯郸热电厂的供热能力在2004年就逐步趋于饱和。为满足城市供热需求，位于邯郸市城区西南12公里的马头发电厂新建2×300MW供热机组向城区供热，最大抽汽量450t/h，最大供热量576.225MW，输送管径为DN1200，敷设方式为直埋。由于马头电厂厂区内缺乏足够的一次网补水优质水源，同时考虑补水成本等因素，一次网补水由热力公司承担。但在《城市热力网设计规范》中并未对远离热源厂设置补水定压点做任何规定，本文就工程实例进行阐述，说明远离热源厂设置补水定压点是可行的。

2 远离热源热网补水定压点位置的选择

根据《城市热力网设计规范》，定压点应设在便于管理并有利于管网压力稳定的位置，宜设在热源处。由于马头热源厂距离城区较远，远距离输送沿途均为耕地，无法建设制水车间。经综合考虑，最终补水定压点设置在城区边缘处，有优质充足的自来水作为补水水源，距离城区也较近，方便工作人员上下班。 

3 远离热源补水定压点设备选型

设置补水定压点就是建设一座制水车间，兼负补水定压功能。车间的主要设备有制水设备和补水设备。制水设备有软化水罐、盐液泵等电气设备和仪表；补水设备主要是补水泵、变频器及其他电气、仪表设备蒸汽流量计，蒸汽流量表，蒸汽计量表，蒸汽表，涡街流量计。

制水、补水设备的参数主要为制水能力和水泵流量和扬程。制水能力和补水泵流量的确定主要取决于一次网循环流量，而循环流量的确定来源于供热负荷；水泵的扬程取决于热网的沿程压力损失，需要进行水力计算方可得出。远离热源设置补水定压点与热源厂内设置补水定压点在水泵扬程上有很大区别，设计规范并未给出明确的规定。下面对设备的制水能力、流量和扬程参数分别进行论述。 

3.1 制水能力、水泵流量参数的确定

3.1.1 供热负荷

根据国家《城市热力网设计规范》CJJ34-2002中的规定和《民用建筑节能设计标注》（采暖居住建筑部分）JGJ26-95，结合邯郸市的建筑物的实际结构具体情况综合考虑，建筑面积耗热指标，选定为：居住50W/m2，公建70W/m2。

各类建筑物的综合采暖热指标按55W/m2进行计算。

邯郸市南部马头电厂供热区域现管网已基本建成，根据已建成管网敷设路线及实际运行情况，南部区界限划定为北至和平路，其它界限不变。根据此原则统计：邯郸市南部区公共建筑、民用住宅现当年供暖面积约374万平方米，根据热源最大供热量计算出最终供热面积为1047.7万平方米。

3.1.2 制水能力和补水定压水泵流量参数的确定

制水设备的选型主要考虑一次热网补水量，根据《城市热力网设计规范》CJJ34-2002规定：闭式热力网补水装置的流量，不应小于供热系统循环流量的2％；事故补水量不应小于供热系统循环流量的4％。因此蒸汽流量计，蒸汽流量表，蒸汽计量表，蒸汽表，涡街流量计流量的选择均应按照总循环流量的4%进行选型。

总循环水量是根据热负荷计算的。

一级网设计供回水温度为：130℃/70℃；

供回水流量：

G=3.6［Q/c（t1-t2）］

式中G——热力网设计流量（t/h）；

Q——设计热负荷（kW）；

c——水的比热容［kJ/（kg·℃）］;

t1——热力网供水温度（℃）；

t2——热力网回水温度（℃）。

计算结果见表-1

系统循环水量为8265.7t/h，根据《城市热力网设计规范》闭式热力网补水装置的流量不应小于供热系统循环流量的2%，事故补水量的4%，因此系统补水量为165.3t/h，事故补水量为330t/h。补水点设总回水母管上，热网补水采用软化水，自来水经过软化进入软化水池，再由变频补水泵加压进入系统。

3.1.3 制水设备选择

3.1.3.1 水源及水质

水源：市政自来水，压力0.22-0.26MPa

水质：

悬浮物?无

总硬度?365mg/L

PH（25℃）?8.04

3.1.3.2 水处理系统

补水水质标准，根据《城市热力网设计规范》：

悬浮物?小于或等于5mg/L

总硬度?小于或等于30mg/L

含油量?小于或等于2mg/L

PH（25℃）?7-12

3.1.3.3 系统选择

根据水源水质及《城市热力网设计规范》中对补水水质的要求，水处理系统选择：原水→钠离子交换器→软化水池→补水系统。

3.1.3.4 设备选择

水处理给水管道需克服的压力为：0.1MPa（钠离子交换器）+0.02MPa（管道）+0.03（高差）=0.15MPa，因自来水压力0.22~0.26MPa>0.15MPa，因此不设原水加压泵。

根据水处理量和原水水质，选择Ф2500钠离子交换器3台，2用1备，单台设备处理量114.3t/h，工作周期20小时。

3.2 补水定压泵扬程参数的确定

130℃热水的汽化压力为176kPa，因此循环水泵运行时，循环水泵入口处的压力不低于200kPa（相对于首站地面标高）。而实际补水定压点设置在远离热源厂的位置，该点的压力随流量的变化随时处于变化之中，因此水泵扬程选择是这项工程的重点，也是难点。

3.2.1 水力计算

由于补水定压点远离热源厂，我们需要根据循环流量的变化进行水力计算，计算出自补水定压点至热源厂的压力损失，然后倒推出补水定压点的压力。水泵扬程的选择既要考虑当前的需要也好考虑最终供热负荷时的需求。

水力计算公式：

△P=（1+α）R·L

式中：R——管道比摩阻，Pa/m；主干管比摩阻根据循环流量在规范中查得；

L——管道平面长度，m；

α——局部阻力与沿程阻力的比值，干线取0.2。

根据以上条件进行输送干线的阻力损失计算。结果见表-2：

3.2.2 补水泵扬程确定和选型

热网的加压方式有中继泵站、分布式末端加压等方式，远离热源厂区的补水定压点水泵扬程不用考虑其他因素，只计算循环水泵吸入口要求压力加上补水点至循环水泵的沿程阻力损失，同时考虑马头电厂地势比补水定压点高10米，三者相加即可。因此定压点管道内最大压力应为：

P=h+△P+Ps

式中P——补水定压点压力MPa；

h——补水定压点与热网循环水泵之间的高差，m；

△P——回水管沿程阻力损失MPa；

Ps——水泵吸入口压力

最终选补水泵：Q=400m3/h，H=75m。为了更加合理布置，保障安全补水，节约电耗，补水定压泵设置为4台，阶梯配置：

Q=200m3/h，H=75m 一台；

Q=100m3/h，H=75m 两台；

Q=25m3/h，0H=75m 一台。

3.3 远离热源补水定压点控制方案

热网运行的稳定性主要依赖补水泵定压的稳定性，设备选型确定之后最关键的就是控制方案的制定。对于热源厂压力的取值我们采取现场设置压力传感器，采用GPRS通讯方式远传至补水定压点。

补水定压水泵采用控制器加变频进行控制，在现场设置工控机采用ＤＣＳ系统进行综合数据采集和控制。根据测点回水压力的变化控制变频器频率实现水泵自动控制，实现管道压力突变、软水池液位等各种信号的报警和连锁处理。但考虑远距离传输信号的连续传输安全性，我们并没有直接远程信号进行控制，只是对远程信号进行了显示，人工输入目标压力值自动控制变频器频率，蒸汽流量计，蒸汽流量表，蒸汽计量表，蒸汽表，涡街流量计再根据远传信号进行矫正。

本项目运行初期由于循环流量没有到达最终负荷，因此补水定压点的压力也不需要太高，采取自动变频的方式降低扬程运行，可满足运行要求。如果还想节约电耗，初期时可以更换低扬程水泵运行即可满足需求。

涡街流量计