第十章热水供热系统的定压方式

第十章热水供热系统的定压方式及循环水泵的选择（第十三章第六、七节）第一节补给水泵定压方式欲使热网按水压图给定的压力状况运行，要靠所采用的定压方式，定压点的位置和控制好定压点所要求的压力。常用的定压方式有：1.膨胀水箱定压2.补给水泵定压3.惰性气体定压4.蒸汽定压一.补给水泵连续补水定压方式定压点设在循环水泵6的入口，利用压力调节阀3保持定压点O的压力恒定。当系统压力增加时，O点压力增加，压力调节阀关小，补给水泵1的补水量减少，使系统内压力降低到设定水平；当O点压力减小时，压力调节阀3开大，补给水泵1补水量增加，系统压力回升到设定水平。特点：补水方式连续，水压曲线稳定，多耗电能。适用场合：适用于系统规模较大，供水温度较高（如130℃以上）的供热系统。二.补给水泵间歇补水定压方式补给水泵1的启动和停止是由电接点式压力表4表盘上的触点开关控制的。O点压力下降到某一设定数值时，电接点压力表触点接通，补给水泵1启动，向系统补水，O点压力升高。当压力升高到某一设定数值时，电接点压力表触点断开，补给水泵停止补水。停止补水后系统压力逐渐下降到压力下限，水泵再启动补水，如此反复，使定压点O点压力在上、下限之间波动。特点：比连续补水定压节省电能，设备简单，但其动水压曲线上下波动，不如连续补水方式稳定。（通常取HA和HA’之间的波动范围为5mH2O左右，不宜过小，否则触点开关动作过于频繁而易损坏。）适用场合：适用于系统规模不大、供水温度不高、系统漏水量较小的供热系统中。三.补水定压点设在旁通管的连续补水定压方式上述两种补水定压方式，运行时动水压曲线都比静水压曲线高。对于大型的热水供热系统，为了适当的降低网路的运行压力和便于调节网路的压力工况，可采用定压点设在旁通管的连续补水定压方式。在热源的供、回水干管之间，连接一根旁通管，利用补给水泵使旁通管上J点保持符合静水压线要求的压力。在网路循环水泵运行中，当定压点J的压力低于控制值时，压力调节阀4的阀孔开大，补水量增加；当定压点J的压力高于控制值时，压力调节阀关小，补水量减少。如由于某种原因（如水温不断急骤升高等原因），即使压力调节阀完全关闭，压力仍不断地升高，则泻水调节阀3开启，泻放网路中的水，一直到定压点的压力恢复到正常为止。当网路循环水泵停止运行时，整个网路压力先达到运行时的平均值然后下降，通过补给水泵的补水作用，使整个系统压力维持在定压点J的静压力。•利用旁通管定压力点连续补水定压方式，可以适当地降低运行时的动水压曲线，网路循环泵吸入端A点的压力低于定压点J的静压力。同时，靠调节旁通管上的两个阀门m和n的开启度，可控制网路的动水压曲线升高或降低。如将旁通管上阀门m关小，旁通管段BJ的压降增大，J点的压力通过脉冲管传递到压力调节阀4的膜室上压力降低，调节阀的阀孔开大，作用在A点的压力升高，从而整个网路的动水压曲线升高到如图虚线的位置。如将阀门m完全关死，则J点的压力与A点的压力相等，网路整个动水压曲线位置都高于静压力线。反之，如将旁通管上的阀门n关小，网路的动水压曲线则可降低。另外，如要改变所要求的静水压线的高度，可通过调整压力调节器内的弹簧或重锤平衡力实现。四.补水泵的选择计算特点：利用旁通管定压点连续补水定压方式，可以灵活的调节系统的运行压力，但旁通管内的水流量，也要计入网路循环水泵的计算流量，使循环水泵多消耗电能。适用场合：大型的热水供热系统四.补水泵的选择计算1.流量的确定a.在闭式热水供热管网中，补给水泵的正常补水量取决于系统的渗漏水量。目前《热网规范》规定，热水网路的补水率不宜大于总循环水量的1%，但选择补水泵时，整个补水装置与补给水泵的流量，应根据供热系统的正常补水量和事故补水量来确定。一般取正常补水量的4倍计算。一般热水供暖系统，按循环水量的3%~5%计算（大型系统按2%~4%）。b.开式热水供热系统，补给水泵的流量应根据热水供热系统的最大设计用水量和系统正常补水量之和确定。2.扬程的确定应根据保证静水压曲线的压力要求来确定，其扬程应小于建筑物高度，与地形和建筑物高度有关。按下式确定：。水点高出的距离，补给水箱最低水位比补力损失，补给水泵吸水管中的压力损失，补给水泵吸水管中的压的分析确定；对热水供热系统水压图，它的数值应通过补水点的压力值，mPaPaPa)108.9(15.13hHHPaHhHHHHcxbcxb3.台数选择闭式热水供热系统，补给水泵宜选二台，可不设备用泵，正常时一台工作；事故时，两台全开。开式系统，补给水泵宜设3台或3台以上，其中一台备用。第二节惰性气体定压方式补给水泵定压方式的可靠性完全依赖于电源。在电力供应紧张的地区常会出现突然停电。补给水泵循环水泵停止工作。在大型高温水供热系统中可安装柴油发电机组自用，或由内燃机带动备用循环水泵和补给水泵。但一般供热系统可改用气体定压方式维持系统压力，并采取缓解系统出现汽化的措施。采用气体定压，大都采用惰性气体（氮气）定压。1.工作原理•下图为热水供热系统采用氮气定压（变压式）的原则性系统图，供热系统的压力状况靠连接在循环水泵进口侧的氮气罐5的氮气压力来控制。•氮气从氮气瓶经减压后进入氮气罐，充满氮气罐Ⅰ-Ⅰ水位之上的空间，保持Ⅰ-Ⅰ水位时罐内压力p1一定。当热水供热系统内水受热膨胀，氮气罐内水位升高，气体空间减小，气体压力升高，水位超过Ⅱ-Ⅱ，压力达到p2值后，氮气罐顶部设置的安全阀排气泄压。•当系统漏水或冷却时，氮气罐内水位降到Ⅰ-Ⅰ水位之下，氮气罐上的水位控制器自动控制补给水泵启动补水。水位升高到Ⅱ-Ⅱ水位后，补给水泵停止工作。•罐内氮气如果溶解或漏失，当水位降到Ⅰ-Ⅰ附近时，罐内氮气压力将低于规定值p1，氮气瓶向罐内补气，保持p1压力不变。•为防止氮气罐出现不正常水位，尚需设高水位Ⅱ´-Ⅱ´警报和低水位Ⅰ´-Ⅰ´警报.•为氮气定压方式的热水供热系统的水压图。其中虚线代表热水供热系统的最低动水压曲线（氮气罐最低水位时的工况）。实线代表热水供热系统的最高动水压曲线（相应于氮气罐最高水位时的工况）。j—j线表示最低的静水压曲线。氮气罐的压力在P~P之间波动，因而称为变压式的氮气定压方式。•氮气加压罐既起定压作用，又起容纳系统膨胀水量、补充系统循环水的作用。相当于一个闭式的膨胀水箱。2.特点：采用氮气定压方式，系统运行安全可靠，由于罐内压力随系统水温升高而增加，罐内气体可起到缓冲压力传播的作用，能较好地防止系统出现汽化和水击现象。但这种方式需要消耗氮气，设备较复杂，罐体体积较大。3.适用场合：主要适用于高温热水供热系统。4.气压罐的选用：a.稳定压力的介质低温水供暖、空调水系统，罐内可用空气定压（它要求空气与水必须采用弹性密封材料（如橡胶）隔离，以免增加水中的溶氧量）；如为高温水，可用氮气定压。b.气压罐压力上、下限的确定当气压罐连接在循环水泵入口时，气压罐压力下限压力P1根据下式确定：。限水位的高差，系统最高点至气压罐下；安全富裕值，取；力，供水温度对应的饱和压；气压罐的压力下限，OmHMPa05.0~02.0MPaMPa01.0211HPPPPHPPPsasaspsasp压力上限P2严格应根据热力学原理PV=const来确定，简化起见可取P2=1.2~1.3P1。C.气压罐的调节容积：是其压力上下限之间所对应的容积，应保证水温在正常温度波动范围内能有效地调节系统热胀冷缩时水量的变化。具体计算可参考《简明供热设计手册》。第三节蒸汽定压方式蒸汽定压方式，在国外比氮气定压方式应用要早些。蒸汽定压比较简单，目前在工程实践上，有下面几种型式：1.蒸汽锅筒定压方式•热水锅炉采用非满水运行，其锅筒上部留作蒸汽空间。利用蒸汽空间的蒸汽压力来保证热水供热系统的定压。•这种方式经济简单，在供水的同时，也可以供蒸汽，常用于同时需要蒸汽和热水的一般中小型工厂、医院和饭店等单位。•其缺点是蒸汽压力取决于锅炉的燃烧状况，如燃烧状况不稳定会影响系统的压力状况，另外，操作不当，锅炉出现低水位时，蒸汽易窜入网路，引起严重的汽水冲击。2.外置蒸汽罐定压方式2.外置蒸汽罐定压方式3.淋水式换热器定压方式•图a是外置蒸汽膨胀罐的蒸汽定压示意图。热水锅炉并联满水运行，其高温水经阀门11减压后进入置于高处的膨胀罐3内，因减压产生的少量蒸汽积聚在罐上部，使其上部蒸汽空间具有一定的压力，达到定压的目的。•这种方式系统压力取决于膨胀罐内高温水层的水温，不随蒸汽空间的大小而改变。因此膨胀罐的水容量越大、罐体保温性能越好，对蒸汽压力的稳定越为有利。•图b是蒸汽加压罐定压方式。来自蒸汽锅炉的蒸汽由减压阀10进入蒸汽加压罐3内，使加压罐上部蒸汽空间保持稳定的蒸汽压力，达到定压的目的。蒸汽罐内的水位可通过水位调节器2自动控制补给水泵8的启闭来保持。3.淋水式换热器定压方式采用淋水式换热器进行汽水热交换的热水供热系统，其淋水式换热器是具有一定容积的罐体，它的下部可蓄存系统膨胀水，起到膨胀水箱的作用，罐体内部具有一定的蒸汽压力，利用空间中的蒸汽压力对热水供暖系统进行定压。第四节循环水泵的选择1.循环水泵的作用：•循环水泵设置于热力站（热力中心）、热源或冷源。•在采暖系统或空调水系统的闭合环路内，循环水泵使水在系统内周而复始地循环，克服环路的阻力损失，其扬程与建筑物的高度和地形无直接关系。2.循环水泵的流量循环水泵的总流量应不小于管网的计算流量，即：Gb=1.1Gjt/hGb---循环水泵的总流量，t/h;Gj----管网的计算流量，t/h;1.1----安全裕量（考虑到各种不利因素而增加的贮备量）。Gj的确定：•对具有多种热用户的闭式热水供热系统，原则上应首先绘制供热综合调节曲线，将各种热负荷的网路总水流量曲线相叠加，得出相应某一室外温度下的网路最大设计流量值，作为选择的依据。•对目前常见的只有单一供暖热负荷，或采用集中质调节的具有多种热用户的并联闭式热水供热系统，网路的最大设计流量，可按《供热工程》中式（9-13）和（9-14）确定。3.循环水泵的扬程循环水泵的扬程应不小于设计流量条件下热源、热网和最不利用户环路的压力损失之和并增加20%的贮备量。即：或压力损失，主干线末端用户系统的水力计算结果确定；，根据网路或压力损失，网路主干线供回水管的）；（失，一般可取和管路系统等的压力损热水锅炉或换热器）它包括热源加热设备（。或部的压力损失，网路循环水通过热源内或循环水泵的扬程，或O)mHPa(O)mHPa(OmH15~10O)mHPa(O)mHPa(----HO)mHPa()(2.1222222ywrrywrHHHHHHHH•用户系统的压力损失与用户的连接方式及用户入口设备有关。在设计中可采用如下的参考数据。•对与网路直接连接的供暖系统，约为（1~2）mH2O;•对于网路直接连接的暖风机供暖系统或大型的散热器供暖系统，约为（2~5）mH2O;•对采用水喷射器的供暖系统，约为（8~12）mH2O;•对于设置混合水泵的热力站，网路供回水管的预留资用压差值，应等于热力站后二级网路及其用户系统的设计压力损失值。4.循环水泵的选择4.循环水泵的选择1）循环水泵的台数，在任何情况下都不应少于两台，其中一台备用。最多不宜超过4台。建议当循环水量大于180t/h时，宜设3台或更多的水泵。当循环水量小于180t/h时，只设两台，一台备用。当供热系统采用阶段式变流量的质调节时，循环水泵的选择，应考虑以下原则：对于中小型供热系统，可采用两阶段式变流量，两台循环水泵的流量分别为计算值的100%和75%，扬程分别为计算值的100%和56%。对于大型供热系统可采用三阶段式变流量，三台循环水泵的流量分别为计算值的100%、80%和60%，扬程分别为计算值的100%、64%和36%。对具有热水供应热负荷的热水供热系统，在非供暖期间网路流量大大小于供暖期流量，可考虑增设专为供应热水供应热负荷用的循环水泵。对具有多种热负荷的热水供热系统，如欲采用质量--流量调节方式供热，宜选用变速水泵，以适应网路流量和扬程的变化。