蒙托克管道恒温阀整理
摘要：本文介绍了变频调速旁通补水定压在多泵系统（含多热源联网、分布式输配系统）中的应用。结合分布式输配系统，改进了高低层直连供热机组的结构形式。指出了补水泵、循环泵正
确的设计方法。
随着我国工业化、城镇化的发展，百万人口以上的城市不断涌现，城镇集中供热规模愈来愈大。由于高层建筑的拔地林立，多热源联网的方兴未艾以及分布式输配系统的兴起，供热系的
运行工况愈来愈复杂。热用户的需求多样，热源的种类繁杂，系统的参数各异。
在这种情况下，如何满足供热效果的前提下，实现节能减排、安全运行，就显得格外重要。统观各种安全事故的发生，不外乎，都是在运行中，“热量平衡、流量平衡、压力平衡”这三
个平衡的基本原则不到位，特别是压力平衡，对系统的安全运行尤为重要。本文想就复杂工况下，如何实现压力平衡特别是定压方式的合理处理，进行一些探讨，以引起业内人员的共同研究。
1、多泵系统的定压题
在供热系统中，实现压力平衡，最主要的原则是做到四个保证：保证不压坏，保证不倒空，保证不汽化和保证足够的资用压头，这是供热系统维持正常运行，不发生安全事故最重要的
技术保障。而实现上述四个保证，核心技术是正确选择系统的定压方式，即使系统的恒压点压力——系统静水压线保持不变。
系统定压的根本功能，是保持系统在变工况下，压力的波动始终在预设的安全范围之内。这就像盖房子，系统定压，相当于建筑的立柱，只要柱子岿然不动，楼板就不会塌下来。在系
统定压的实施过程中，最基础的工作，首先是确定供热系统的恒压点位置。对于这一点，我们的传统习惯，往往采用循环水泵的入口点作为定压点，然而，这是错误的，因为在循环水泵转与
不转的情况下，入口点的压力是变动的，往往在循环水泵转动的情况下，入口点的压力低于循环水泵不转时的压力。
因此，循环水泵的入口点，不是系统真正的恒压点，显然这种定压方式是错误的。当供热规模比较小，而且是一对一（一个热源对应一个供热系统）的供热系统时，这种错误的定压方
式多数还不致于造成严重的安全事故。但对于复杂的供热系统，如多热源联网的供热系统，分布式输配供热系统，都属于多泵供热系统。
对于有众多循环泵的供热系统，自然有众多循环泵的入口点，它们的压力又随着工况变动不断变化，这时系统该选择哪个循环泵的入口点进行定压呢？按照传统的办法实施，肯定是不
可能的。在传统的循环水泵设置中，循环水泵安装在热源处，热水和热量是由循环水泵从热源推向热网。
在水压图上，往往供水压力线高于回水压力线，而且几乎不可能出现供水压力线与回水压线相交叉的情形。但在分布式输配的多泵供热系统中，特别是全网分布式输配的多泵供热系统
（除热力站设有分布式水泵外，在热入口、热用户都设有分布式水泵）中，在水压图上，可能多次出现供水压力线与回水压力线相交叉的情形，有的管网供水压力线高于回水压力线，有的管
网回水压力线高于供水压力线。
在这种情况下，如何选择合理的定压方式，就尤其重要了。在实际工程中，我们常看到在热源（含热电厂）处，采用循环水泵入口点定压方式或膨胀水箱（或膨胀管）定压方式，在热
力站采用混水连接方式，结果几百万供暖面积的供热系统出现大面积串气现象，以致被迫停运，严重影响供热效果。
分析原因：主要是对这种多泵供热系统的压力工况的复杂性缺乏基本了解，很难想像由于水压图的交叉，导致局部管网压力过低，甚至出现负压状态，引起抽空现象。这些工程实例，
告诉我们，在多泵的复杂供热系统中，如何分析压力工况的变动情况，如何确定系统的恒压点位置，以及如何正确选择定压方式，就更加迫切了。
对于供热系统，特别是多热源，多泵供热系统，最简便最合理的定压方式，应该采用变频调速旁通补水定压方式。对于这种定压方式，作者在《供热系统运行调节与控制》[1]一书，以
及“再议多热源联网运行”[2]和“分布式循环水泵的设计”[3]等文章中多有介绍。这种定压方式的最突出的优点是：
①在测压旁通管上，能简单方便确定系统恒压点位置，由于压力波动小，易于实现定压控制，避免其它定压方式的误控。
②适应于各种形式的供热系统。可以是单点补水、单点定压；也可以多点补水，多点定压。
③实现无人值守的全自动控制，补水泵的变频调速，节电效益明显。
④利用分布式水泵系统的均压管与旁通定压相结合，可以缩小均压管管径（与相邻母管同径，不再3倍于母管管径），降低造价，便于分布式水泵供热系统的推广。
复杂结构的多泵供热系统，采取什么样的定压方式？
至今仍是业内人员探讨的重要课题，包括国际同行，并未展开深入研究。一位外企公司的外籍技术人员，曾就多泵供热系统的定压方式问题，请教过丹麦大学、瑞典大学和美国有关大
学的教授，都没有得到现成的答案，他在和作者的探讨中，向他介绍了这种补水定压方式。
他在中国的实际工程中加以了应用。这一实例说明，在我们中国供热行业，也是有创新的。盲目妄自菲薄，是没有道理的。
2、高低层直连定压
随着高层建筑的不断涌现，也为定压方式提出了新的课题。过去铸铁散热器，最高承压能力为0.4MPa，现在，随着生产工艺的进步，铸铁散热器的最高承压能力可以提高到0.5～
0.8MPa，也就是说，建筑物层高在16层以上，一般要考虑分层定压的问题，否则底层散热器可能压坏。过去，主要靠板换间接连接，解决分层定压问题，但由于供水温度较低，难以满足热用
户需求，因而有一定的局限性。
近年来，国内有些厂家研发了高低层直连供热机组[4][5]，用来解决高低层直连定压问题，应用效果，基本能满足供热需求。
高低层直连供热机组，不同厂家的产品，结构不禁相同，但基本原理，大体是一致的。图1给出了基本结构示意图。高低层直连供热机组，主要由加压泵和减压阀（或阻断器）组成。运
行期间，加压泵将外网供水抽送至高层热用户，再经减压阀（阻断器）节流，将高层热用户回水压力维持在高层热用户要求的静水压线（保证高层充满水），这样高层即可正常运行供热。
当停电，或高层停运时，外网按低层热用户的静水压线定压，则高层室内系统的循环热水将发生倒流，此时加压泵出口的止回阀和高层回水管上的减压阀同时关闭，阻止倒流现象发生，这
样，系统在停运状态下，形成高层、低层二个静水压区。加压泵重新启动，又可实现高、低层同时供热的目的。
这种高低层直连供热机组存在的主要问题是不节能。核心技术又在于加压泵的选择和运行上。加压泵的设计流量按高层热用户的热负荷大小确定，一般不存在任何问题。
主要是加压泵设计扬程的确定，通常按公式
（1）计算:
H=△H+H1+H2（mH2o）（1）
式中，H——加压泵的设计扬程，mH2o；
△H——高层热用户与低层热用户的静压差（即地形高差），mH2O；
H1——高层系统的阻力损失，即资用压头，mH2o；
H2——安全裕量，3-5mH2O。
从加压泵扬程的计算公式可知，高层热用户的室内系统，在运行前，并没有被水充满。在运行过程中，高层之所以能循环，完全是由加压泵的高扬程所提升。这种系统结构，在能源利
用上，本身就不是很合理。为了更有通用性，假定低层建筑高度为50m（若16层，每层3m），高层建筑高度为100m（约32层，每层3m），根据上述高低层直连供热机组的基本原理，可以绘制
出运行水压图，如图2所示。
在图2，绘出了外网与低层热用户的水压图，其静水压线为50m（为简化起见，未考虑压头裕量），热用户资用压头按15mH2O计。同时，也绘制了高层热用户的水压图，其静水压线为
100m，高层热用户资用压头也按15m计。
不难看出：此时加压泵的扬程为45m，其中15m是高层热用户系统资用压头所需，剩余的35m只是为了提升建筑高差而增加的，而这种压头的增加又将威胁低层散热器压坏，因而不得不靠
减压节流的方式再消耗掉，这种能源（实际是电能）的无效损耗是工艺结构本身造成的。要克服上述缺点，需要从工艺更新上加以改进。
上述高低层直连供热机组，能耗损失过大的缺点，是由于传统循环水泵的设置造成的。传统循环水泵一般安装在热源处，热水与供热量，均由热源向管网、热用户推送，至热用户，一
般供水压力均偏低（特别是中段、末端热用户），与高层建筑所需求的压头相差甚远，这就导致必须选择高扬程的加压泵来实现水头提升的功能，进而引起能耗的增加。要改变高低层直连供
热机组不节能的缺点，首先应将传统循环水泵的设计改造为分布式循环水泵的设计。
因为分布式循环水泵，一般安装在热力站或热用户入口处，其入口端与供水干管相连，出口端与回水干管相连，且分布式循环水泵的出口端有较高的压力，基本能满足高层建筑所要求
的扬升水头，这样高层直连供热机组的加压泵的扬程，只要能满足高层室内系统的水循环就可以了（一般资用压头在5-15mH2o之间），不再负担高层建筑所要求的提升水头的功能。
这种分布式循环水泵工艺设计的更新，最大的优点是同时承担了热网的输送功能和高层建筑水头的扬升功能，而且后者是附代完成的，没有增加任何额外的能耗，因此，节能的作用十
分明显。这一更新的工艺理念，在图3中能够更清楚地表示明白。
图3、给出了分布式高层直连供热混水机组示意图及其水压图。外网泵承担外网的热水循环，低层泵负责低层用户热水循环和混水功能，高层泵负责高层用户热水循环和混水功能。
为便于混水，高层、低层均设置有均压管。根据高层用户与低层用户的建筑高度的不同，外网泵与高层泵或外网泵与低层泵可以有不同的组合。当高层用户建筑高度为100m，低层用户建筑高
度为50m时（实际工程可能有较大出入），外网泵与高层泵都设置在供水管上，而低层泵则安装在低层用户的回水管上。
从水压图可以看出：高层用户的水压图将置于外网水压图（外网泵为分布式水泵，回水压力线高于供水压力线）的顶端上部，而低层用户水压图，则在外网水压图顶端的下部。水泵的
这种布置方法，有如下一些好处：首先是降低了高层泵的扬程。
与图1、图2相比较，原来方案，高层泵的扬程为50m，现在只需30m，减少了20m，原因是借助外网泵，额外的使水头提升了20m高，而这部分扬程是外网泵完成外网热水循环所必须的。
这种“巧借力“，是分布式水泵的设计理念所特有的，而传统的循环水泵是很难做到的。
其次是在低层散热器不倒空的前提下，尽量压低低层用户的水压线。如果条件合适，低层用户部分，外网泵可安装在回水干管上，低层用户泵安装在供水管上，此时低层用户水压图处
于最低位置，即低层用户水压图的最低点与外网水压图最低点持平。这时低层散热器处于最安全状态。
在正常运行时，高层用户回水管上的减压阀可以适当调节，使高层用户的回水压力不低于高层静水压线。当高层泵停运时，回水管上的电磁阀与其联动而关闭，与此同时，高层泵前的
止回阀也关闭，使高层与低层系统断开，形成二个静压区。
高层泵重新启动。止回阀、电磁阀同时开启，恢复高层用户供热。为进一步节电，可无人值守运行，所以水泵都可设计为变频调速控制。在停运状态，为防止高层亏水，设置了高层补
水泵，由外网补水。
3、补水泵的定压功能
供热系统，特别是复杂工况的供热系统，为了安全运行，系统最高层不倒空，系统最底层不压坏是必须保证的。为此，供热系统一定要及时补水，保证在任何情况下，系统要在满管流
动下运行。
因此，补水泵的补水、定压功能是非常重要的，其中，关键技术是监测系统恒压点的压力是否恒定，这是判断是否正确补水的基本依据。这一点是系统安全运行的重要技术保证。
但是，在多年的工程实践中，有相当多的工程技术人员对这些技术细节没有深入了解，以致在设计、运行工作中出现不少纰漏，直接影响了行业的技术进步。现拣最主要的做如下分析：
①混淆补水泵、循环泵的功能
有相当多的技术人员分不清补水泵与循环泵的功能区别。常常在设计中，把建筑高差计算在循环泵的设计扬程中，认为不考虑建筑高差，系统运行不起来。
这种认识的错误，是典型的把循环泵与补水泵的功能混为一谈。必须明确，供热系统的特点是闭式满管循环流动，与给排水、河渠的开式不满管流协有本质的区别。
后者，在流体输送过程中，其驱动力必须考虑地形高差，而供热系统，由于是闭式满管流动，热水输送过程，驱动力不必计算地形高差。供热系统只要满水，不管地形高差有多大，循
环水泵即使只有1mH2o的扬程，系统照样可以驱动循环，只是扬程愈小，系统流速愈慢，循环流量愈小而已。
因此，必须认识：系统循环水泵扬程的确定，完全是由设计循环流量和管网压力降决定，而与地形高差无关。至于系统是否充满水，完全决定于补水泵的功能。系统在充水的过程中，
属于不满管流动，因此，补水泵的扬程计算，必须考虑系统高度的影响。
如果把二者的功能混淆了，就会在系统运行过程中带来一系列错误的操作。
②系统出现不满管流动
在混淆补水泵、循环泵功能的情况下，最容易出现的现象是循环泵扬程选择过大（考虑了系统高度的影响，实际上是把补水泵的扬程张冠李戴放在了循环泵的名下），补水泵扬程选择过小。
在实际运行中，在充水阶段，不可能靠补水泵使系统上满水。往往在系统没有上满水的情况下，启动循环水泵。
此时，系统在补水泵补水，循环泵扬水的双重作用下，继续完成充水工作。不难发现，在这一过程中，系统处于不满管流动状态，常常带来一些不应有的安全故障:首先，系统难以正常
完成排气工作，以至于蹿气、涡气现象时有发生，系统不可能安全运行；
其次，是在不满管流动下，系统高层出现扬水现象，高层形成断流，暖气不热就很容易理解了；对于锅炉运行，在水冷壁管不满流的情况下，受热不均，极易爆管，造成安全隐患。
③能源无效浪费
这种设计错误，主要是循环泵代替了补水泵的功能。按正确的设计，补水泵扬程比较高，但流量比较小，因此，装机电动率不大，而且在系统失水率正常的情况下，采用变频调速补
水，补水泵可以间断运行，其耗电是很小的。
如果改用循环泵代替补水泵，不但循环流量大，而且扬程也高，导致循环泵装机电耗远大于补水泵的电耗，显然用循环泵代替补水泵给系统补水，就如同杀鸡用牛刀一样的不合算了。
还应看到：当系统充水完毕，开始正常运行时，由于循环泵扬程过大，出口压力过高，又被迫节流降压，造成额外的能量损失，显然是与节能减排背道而驰的。
