平衡阀在供热系统运行调节中的运用

    0 引言
    水力失调是影响供热质量的因素之一。随着国家对节能和环保的重视，城市采暖中市政集中供热已是方向和趋势。近年来，房地产业的快速发展，住宅小区的供热范围也不断增加，达到几十万m2已不鲜见。但同样，其造成水力失调等异常现象也将更为突出。特别是集中供热分户计量改革政策的实施，供热质量直接影响着人民的生活水平和收费计量的落实，因此供热系统运行调节必须足够重视。
    1 供热系统运行工况分析
    水力工况是指系统管网各点的压力、流量及压差。水力平衡表现为各用户流量的合理分配。供热管网中，水是热载体介质，流量的合理分配是热力工况平衡的基础。水力工况的计算是系统设计时各用户流量在理论状况下确定的，由于管材及最高流速的限制，导致系统管道特性阻力数比值与设计要求的管道特性阻力数比值不一致，这是系统本身所固有的。供热系统是一个复杂的水力系统，各环路之间的水力工况相互影响，相互制约。运行中，任何一个用户的流量发生变化都将引起其他用户的流量随着发生变化，系统中各个用户的流量将重新分配，从而使各用户的实际流量与计算流量不相一致，引起水力失调，产生冷热不均的现象。供热系统的水力工况是水泵的输出压力工作曲线与外网特性曲线交汇形成的。供热系统的水压图是系统安全可靠运行和确定最佳运行点的外网压力工况的理论表现。供热系统投入运行，由于循环水泵特性曲线比较平缓，其总压力降的变化很小，而且外网特性曲线一定，所以，运行中水力工况的调整过程实质上是根据系统压力图，按照各用户的计算流量分配热媒的调整过程。也就是设置水力平衡设备，克服供热系统近端的多余资用压头，增加近端阻力，实现系统运行中的水压图和水力工况设计形成的水压图趋于接近的过程。这样，达到了与设计要求的管道特性阻力数比值一致，系统运行流量与设计总流量一致，各末端用户流量达到计算流量，分配均匀合理，实现供热系统的水力平衡，达到了安全可靠运行，水力稳定性和供热质量的目的。
    2 供热系统水力失调的分析
    供热系统水力失调是普遍存在的问题。主要原因存在于：其一。设计中供热外网水力计算不准确，只注意到最不利点（通常在系统的末端）必需的自用压头，而其他点的自用压头总是大于计算值，越接近热源的位置自用压头就越大。而各环路自身又不具备自主水力调节功能，必然要出现流量分配偏离设计状态，导致用户冷热不均的水力失调现象（通常是近端过热、远端不热）。其二，在系统设计合理的情况下，水泵选型过大，运行流量偏离设计状态（大流量小温差），也导致系统的水力失调。其三，新用户的增加和供热外网的扩建，却没有及时改造校核，而只是更换水泵（加大水泵的流量和扬程）使系统的运行调节和管理更为复杂，造成新的水力失调。通常设置大流量、高扬程水泵，采用大流量小温差这种方式并不能解决水力失调现象。据有关资料介绍，大流量小温差的运行方式将会使系统投资增加20％以上，耗费热能15％-20％，多耗电能30％以上。
    3 平衡阀对供热系统水力失调的调节
    3.1 在引入口的管段安装节流孔板或装设闸阀、截止阀等，平衡管道系统阻力和调节流量，消除用户系统剩余压头。但其缺点是，节流孔板的孔径是根据设计工况计算确定的，当热负荷变化时就需要重新计算和更换节流孔板。而且，节流孔板的孔径太小，容易堵塞。
    同样，闸阀、截止阀存在调节性能差，实质上只宜作为关断阀门用。
    特别是实施分户计量措施后，若任意用户系统的阀门开度发生变化，因节流孔板等其调节流量固定，将对流量重新分配后产生的新的水利失调现象，需要重新计算调节，动作滞后，操作复杂，灵活性差。
    3.2 在引入口的管段上安装平衡阀、自力式流量控制阀和自力式压差控制阀等，其自动化程度高，灵活敏捷。国内近几年有所使用，效果良好。平衡阀、自力式流量控制阀和自力式压差控制阀等都属于调节阀的范畴。这些调节装置的核心设备是阀体，其调节原理都是通过改变阀芯的行程来改变节流面积和阀的阻力，从而调节通过阀门的流量，改变流经阀门的流动阻力，在没有外接电源的情况下，自动实现系统的流量平衡从而达到调节控制流量的目的。平衡阀在调节中设定的是开度，运行中其开度不随流量的变化而改变；自力式流量控制阀在调节中设定的是通过自身的流量，运行中其开度随流量变化而自动改变，从而使通过自身的流量保持基本不变；自力式压差控制阀在调节中设定的是两个测压点之间的压差，运行中其开度随压差变化而自动改变，能使两个测压点之间压差保持基本不变。与节流孔板等调节装置比较，平衡阀具有直线形流量特征，即在阀门前后压差不变的情况下，流量与开度呈线性关系；有精确的开度指示；有开度锁定装置，非管理人员不能改变开度；阀体上有两个测压小孔与智能仪表用软管连接，可以很方便地显示阀门前后的压差及流量。
    3.3 供热系统运行调节中，对系统流量不改变的集中调节，由于系统流量不改变，管网的压差也不会变，因而平衡阀、自力式流量控制阀、自力式压差控制阀的开度都不改变，管网的流量分配也不改变，所以均可选用。但以选用流量控制阀或平衡阀为先，如进行量调节则应选用平衡阀。对用户自主改变流量下的调节，因其室内系统多采用共用立管的双管系统。所以，若共用立管入口装设平衡阀，依靠各用户温控阀的多次动作，可达到不同用户对室温的要求，因而平衡阀可选用。若共用立管入口装设自力式压差控制阀，可使共用立管的压差保持不变，有利于温控阀对所控制散热器的流量调节，所以选用自力式压差控制阀效果最好。由于用户自主调节，管网流量也因此而改变，所以管网各分支处也宜安装自力式压差控制阀。
    4 平衡阀应用的举例
    某单位供热系统改造过程中安装了平衡阀，经过几个采暖季的运行结果表明，装设平衡阀能很好地解决系统的水力失调现象，提高供热质量，取得了良好的节能效果和经济效益。运行对比情况见表1所示。

表1 某住宅小区采暖装设平衡阀流量偏差对比表

    通过数据表明，该小区供热系统装设平衡阀后，各分支系统流量分配均可达到设计计算流量，原多年来一直不热的用户室内温度调整到18℃以上；系统存在的过流和欠流区域其流量都可调整到设计计算值，末端的用户流量得以保证，局部过热和过冷现象得以解决，供暖效果稳定。部分用户由于私自改装管道，导致部分单元阻力过大，通过平衡阀的流量平衡分配，也达到计算流量。
    5 平衡阀对供热系统运行调节的体会
    ①冷热不均现象消除，供热质量得到保证，用户投诉率降低。②热源设备能力得到充分发挥。（某小区实施平衡阀改造后，原来提供19万m2采暖面积的锅炉房，在采暖面积增加到23万m2后，供暖效果仍稳定良好。③达到运行调节节能的目的。供热系统能准确按照供回水温差和室外温度进行供热调节，达到了节能降耗的目的。（某住宅小区实施的平衡阀改造后，各建筑供暖系统回水温度偏差不超过3℃）④保证了循环水泵高效区运行。既节省了运行费用，延长了循环水泵的使用寿命。
    6 结论
    ①平衡阀在供热系统中的应用，实现供热系统的水力平衡，达到了安全可靠运行，水力稳定性和供热质量的目的。②因单体建筑室内供热系统入户管径偏大的普遍存在，应用平衡阀进行供热管网系统调节是管网系统水力平衡的必要手段。同样，从住宅小区的应用实践，城市供热系统的一级网站也是实现水力平衡的方法之一。③合理布置环路，根据水力平衡的原则选择管径，是实现系统静态平衡的完整理念。但不应采用配置平衡阀的方法代替环路的设汁和水力平衡计算。④供热系统水力平衡将节能15-20%，水力平衡技术的应用是改善供热系统现状和促进节能改造的有效途径，具有显著的经济与社会效益。