不同工况下选择平衡阀需注意的问题

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京特泽热力工程设计有限责任公司 作者:康金松

1、引言

  在供热系统中,二次管网的情况千差万别。有流量恒定的二次管网,也有进行了节能改造的随季节温度变化可调节流量的二次管网;有进行了热计量改造的用户,也有没有改造的用户;有不断增加用户的管网,也有供热饱和、用户数恒定的管网。对于不同的工况,平衡阀种类的选择非常重要,只有选择了正确的平衡阀,才能达到水力平衡、增加热效率、节约能源的效果。

  本文针对上述不同管网的工况,通过工程实例,分析平衡阀选择中需注意的问题,以使用户达到最佳的供热效果。

2、水力工况平衡的原理

  水力工况指各管段的压力、流量及压差。

  由公式⊿P=SG2

  ⊿P——压差(阻力损失);

  S——管段或系统的阻力系数;

  G——管段或系统流量。

  可知,流量和压力是相关参数。见图1。流量和压力的调控互为手段和目的。对于外网特性曲线⊿P=SG2,由于并联的近端支路S值都会小于设计值,造成总S值远小于设计值,即实际阻力低于设计阻力,循环水泵的工作点处于水泵特性曲线的右下侧,使实际水量偏大。水泵长期在小扬程大流量工况下运行,水泵在大轴功率、低效率点运行则电机经常超额定电流,这样就造成电能的浪费,严重时会发生烧毁电机的事故。

不同工况下选择平衡阀需注意的问题

  采暖系统的平衡调节就是用适当的平衡阀,增加近端阻力,使近端支路S值增大至设计值,总S值增大至设计值。使近端流量分配均匀合理,循环水泵的扬程和流量在设计工况下运行,达到节热、节电、提高供热质量的目的。

3、平衡阀的种类、性能与用途

  平衡阀分静态平衡阀和动态平衡阀。静态平衡阀即手动调节阀或手动平衡阀。动态平衡阀指自立式流量控制阀和自立式压差控制阀。

3.1、手动平衡阀

  手动平衡阀具有造价低、元件使用寿命长等优点。对支路不多的小型管网可方便进行水力工况平衡。对于热源主动变流量管网只能采用手动平衡阀。因为只有手动平衡阀才能保证流量的一致等比变化,而自立式平衡阀不能保证热源主动变流量运行。

3.2、自立式流量控制阀

  自立式流量控制阀作用对象是流量,主要适用于定流量系统,把系统流量保持在设定值内,限制相连用户的流量变化对其影响,避免用户间的争流现象,以保证最不利环路的流量不小于设定值。该阀的结构是由一个手动调节阀和自动平衡阀组成。手动调节阀作用是设定流量,自动平衡阀组的作用是维持流量的恒定。对于手动调节阀组来说,流量G=KV(P2-P3)1/2,式中KV为手动调节阀阀口的流量系数,P2-P3为手动调节阀阀口两侧的压差。KV的大小取决于开度,开度固定,KV即为常数,那么只要P2-P3不变,则流量G不变。而P2-P3的恒定是由自动平衡阀组控制的,自动平衡阀组能够增大或减少阀前的阻力,使得阀前后的压差保持不变。

  对于变流量运行的管网不可采用自立式流量控制阀。在热源主动变流量的情况下,近端回路维持流量不变,而远端回路流量会严重不足。在热用户主动变流量的情况下,用户主动调小流量时,自立式流量控制阀会开大阀门,尽量维持原流量,直到全开失效为止。用户主动调大流量时,自立式流量控制阀会关小阀门,直到全闭失效为止。亦只有自立式流量控制阀失效,用户主动的流量要求才能实现。

3.3、自立式压差控制阀

  自立式压差控制阀也称动态压差平衡阀,它的基本功能是能够消耗掉系统的富裕压头,保证资用压头,隔绝用户间流量变化互相干扰,为控制阀提供良好的工作条件,保证系统压差恒定的目的。电动阀前加自立式压差控制阀保证受外网波动给电动阀造成的频繁动作,减少电动阀由信号迟到造成的误动作,营造一个相对舒适的环境。

  采用自立式压差控制阀对水泵控制,可以节省很大费用。供热系统中循环水泵在系统流量减少时,扬程会增大,同时,当管道阻力随流量减少,以平方关系降低时,克服阻力所需的压头大大下降。过高压头不仅导致控制阀产生噪音、控制性能变差和振荡等问题,同时对水泵的运行也带来了不必要的电力消耗,当管道阻力随流量变化以平方关系变化时,水泵耗电量随流量变化呈立方关系变化,因此对水泵进行控制可以减少电的消耗。

  采用自力式压差控制阀,为系统的动态平衡调节提供了可靠的保证。尤其是分户计量后,当某用户因不付费被关闭,如果没有自力式压差控制阀,被关闭的用户的流量就会强加给其它用户,这样就造成了其它用户多付费甚至造成立管与立管之间的不平衡。当使用自力式压差控制阀后,通过压差控制阀的动作流量就不会强加给其它用户,也不会造成不平衡。

4、平衡阀在解决采暖系统水平失调中的应用

  自立式流量限制器在定流量系统中的节能效果是非常显著的。以2008年法源寺西里小区安装自立式流量限制器为例。该小区热力站供暖面积为75600平方米,热力站循环水泵在2008年以前没有安装自立式流量限制器,即该系统为定流量系统,系统存在着稳态失调。为了缓解因稳态失调使系统末端用户因循环水量偏小带来室温偏低的问题,只能靠加大循环水量来满足这些用户的采暖需要。靠增大循环水量,并未从根本上解决系统稳态失调的问题,反而使系统运行更不经济了,能源消耗增加更大了,形成了高能耗低效率的运行状态。2008年时,一部分支路安装了自立式流量限制器,一部分支路当年没有及时安装自立式流量限制器。供热效果明显不同。安装了自立式流量限制器的支路虽然带的是回迁楼,以前因回迁楼围护结构保温性能较差,供热效果不好,当年却没有反馈不热现象,未安装自立式流量限制器的支路尽管是商品房,围护结构保温性能极好,供热效果也不尽人意,存在冷热不均等问题。2008年时,虽然小区没有全部安装自立式流量限制器,但是通过对现有的平衡装置的调节,循环水泵流量大大降低,供热效率也有所提高。经统计,安装了水力平衡装置后产生的节热率大于10%,节电率大于50%。

  法源寺西里小区改造前后耗电量对比表

不同工况下选择平衡阀需注意的问题

  自力式压差控制阀在分户计量用户中的作用也是非常显著的。

  以京贸家园西区热力项目为例:该小区2010年建成,建筑面积17万平方米,由A1~A4四栋住宅楼别墅组成,楼高30~35层。分高、中、低三个系统供暖,供暖形式为分户供暖。小区补装热计量装置后,在每个单元小室回水处安装了楼前动态压差平衡阀和手动平衡阀,取代原安装闸阀。动态压差平衡阀可以消除近端剩余资用压头。解决建筑两侧单元负荷大于中间单元,供暖品质降低的问题,手动平衡阀可以方便地对于热源主动变流量管网进行调节,保证用户设计流量,并且消除用户调节时的相互干扰,延长设备使用寿命。图2为分户计量用户建筑采暖热力入口做法。自力式压差控制阀安装位置应保证有足够的直管段,阀门前直管段不应小于5倍的管径,阀门后直管段不应小于2倍的管径。

  对于小区用户热量分摊计量采用了通断时间面积法的,图3为建筑采暖热力入户做法。在入户前安装锁闭过滤调节阀,解决了楼内垂直失调问题。

  另外,对于地形高差大的管网应考虑平衡阀的安装位置。即在地形低洼处楼群平衡阀宜安装于供水,以保证户内不超压:在地形较高位置平衡阀宜安装于回水,以保证户内不倒空。

分户计量用户建筑采暖热力入口做法

图2 分户计量用户建筑采暖热力入口做法

建筑采暖热力入户做法(适用于通断时间面积法)

图3 建筑采暖热力入户做法(适用于通断时间面积法)

5、结论

  通过以上理论分析及工程实例可以得出结论:

  手动平衡阀是通过阻力大小来输配系统的流量,平衡的是系统阻力,能够将水量按照设计计算比例平衡地分配,各支路的流量将同时按比例增减,适用于恒定工况的自动调节。一旦增加新的用户,整个系统需重新调整一次。其造价较低。

  自立式流量控制阀是通过变化阀的阻力系数来维持流量不变的,作用对象是流量,不管系统循环水量和末端负荷如何变化,仍保持流量不变。因此自立式流量控制阀适用于定流量系统。其便于调节,造价也低。

  而自力式压差控制阀是通过变化流量来达到维持压差不变的目的。既支持外网变化又支持用户自主调节,因此既适用于定流量系统,也适用于变流量系统。如果不考虑造价的因素,是较佳的选择。

  在我们的热力一、二次管网中,实际应用上可能同时存在定流量系统和变流量系统,需要根据不同情况选定不同的控制设备,以免给系统控制造成不必要的麻烦。

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