热网水力平衡分析软件（FLOWRA）在沈阳皇姑热电热网中的应用
沈阳皇姑热电有限公司 孟刚
摘要：本文通过热网水力平衡分析软件（FLOWRA）在沈阳皇姑热网技术改造中的应用，说明在热网系统运行调节、技术改造中应用专业软件的必要性。
关键词：水力失调；环网；
对于供热系统，特别是大型的集中供热系统，要实现稳定运行和均衡供热的基本条件是保证热网的水力工况平衡。目前热网系统中普遍存在着水力工况失调的问题，具体表现就是热用户或者换热站的实际流量与设计流量不一致，近端流量远大于设计流量，远端流量小于设计流量，近端过热，远端过冷。这个问题一直困扰着热力行业。采取的措施主要有采用低温差、大流量运行方式；设置中继泵站；在前端用户支线设置流量调节阀或自立式流量控制阀等等，但不管是那种措施和方法，如果没有进行原热网运行工况的模拟和诊断分析，如果没有对热网在各种运行工况下运行参数的具体数值及分布有准确的掌握和了解，如果缺乏对热网技术改造方案和调节方案预期效果的分析和评估（包括经济性方面的），都只能说是定性的或不准确的。而很多地方出现的尽管能耗与运行费用比较大、技术改造投入也比较高，但实际运行效果依然不好，水力平衡失调依然存在的情况也说明了这个问题。
热网水力工况调节是一个复杂的系统工程，随着城市经济的发展、热网面积的增大，很多地方的热网都发展为环网、甚至是多热网联网的环状网，热网调节的难度进一步增大。这就需要有专门的软件系统指导运行调节，为技术人员提供基本数据和理论依据。
沈阳皇姑热电热网存在的问题
沈阳皇姑热电热网供热面积为450万平方米，共有55个换热站，热网由两部分组成：南线热网和北线热网，南线热网形式为单热源环网系统，担负着沈阳皇姑区中心地区的供热任务；北线热网为单热源枝状网，承担着于洪区一部分地区的供热任务。其中南线热网面积为300平方米，是主要的热网。热网存在着水力工况失调的问题，末端的区委站，海韵花园站，克莱斯勒站等压差很小，流量不足，导致换热站换热效果不好。
热网运行工况的诊断与分析
热网存在着水力工况失调的问题，大家都知道是由于热网前后端压差不同，流量分配不均造成的。但具体在实际运行中全网的压差、流量等参数是怎样分布的，各站的参数具体跟设计的参数相差多少，这仅仅靠热网监控系统是不能完全做到的，还要跟专业的软件系统相结合。通过软件系统模拟出热网的各个工况，然后对各个工况下的参数，水压图，流量，压差等参数分布图等进行分析，就可以知道热网工况失调的具体原因所在，指导热网调节和热网改造。结合04—05年采暖季热网的运行参数对热网运行工况进行模拟分析，分别模拟中寒期（-9℃）和最寒期（-19℃）的热网运行工况，为便于分析对比，分别以热网近端的六旅站和水榭花都站，中端的怒江小学站和翔凤花园站，末端的区委站和实验小学站为参考点。符号说明：T—室外温度；Pg—供水压力； Ph—回水压力；△P —压差；Tg—供水温度； Th—回水温度；△T —温差；F —流量；R —比摩阻；V —流速；F—流量，下同。
1．04—05年采暖季中寒期的时候（-9℃）热源出口参数：供水温度95℃，回水温度60℃；供水压力0.74Mpa，回水压力0.15 Mpa，流量3240T/H。
工况模拟结果：
各站参数：
热源到区委站水压图：
热源到实验小学站水压图：
环网水压图：
2．04—05年采暖季最寒期的时候（-19℃）热源出口参数：供水温度95℃，回水温度55℃；供水压力0.9Mpa，回水压力0.22 Mpa，流量3550T/H。
工况模拟结果：
各站参数：
热源到区委站水压图：
热源到实验小学站水压图：
环网水压图：
通过软件对热网运行工况的模拟分析可以非常方便地找到环网的水力平衡点（在水压图中体现为流量最小的点或管段），通过水压图可知环网的水力平衡点存在于克莱斯勒站与主干线接口点和金穗站与主干线接口点之间，而区委站和实验小学站位于该水力平衡点附近，水力工况可想而知。又结合调度室各站在04—05采暖季的运行参数记录，发现热网前端站如六旅、水榭花都站等流量远大于设计流量，后端站如区委站和实验小学站等远小于设计流量，由于热网前后端的压差差异原因，流量分配严重不均，水力工况失调比较严重。通过软件计算的流量与实际运行流量的对比，可以非常方便地了解各个站的水力失调度，为流量调节阀的设置等水力调节手段提供理论依据。此外，从表3也可以看出在热网前端的主干线部分管道比摩阻、流速均过大，可见这些管道的输送能力已经不足，加之05年系统还要增加100多万平方米的供热面积，需要对这些管道进行技术改造。
管网改造方案的制定
管网改造的目的是为了改善水力工况、解决热网末端用户资用压头小，流量不足的问题，满足供热面积增加以后系统的参数要求，而把原来的管道管径更换为多大的管径、会在不同的运行工况下对整个热网系统产生什么样的影响，是否可以满足改造后系统的水力工况的参数要求，这对一个供热面积为500多万平方米而且热网形式为环网的热网系统而言，凭经验或者手工计算是不现实的。而管网改造涉及到热力管道的扩径，换热站设备的更换等，是投资很大的工程，多则几千万元少则几百万元，选用什么管径的管道、什么规格的设备，工程造价相差很大，所以制定个既经济又合理的管网改造方案非常重要。
05年新增供热负荷的分布
湘江街支线：铁路技校站11.6万平方米；西江悦园站6.77万平方米，合计：18.3万平方米。
宁山路支线：翔凤三期站9.6万平方米；43中学站7.10万平方米；名士之都站7.57万平方米；中乾站6.76万平方米，合计：31.3万平方米。
崇山路支线：绿园站9.6万平方米；建工丽园站22.23万平方米；辽宁大学2站11.6万平方米；电校站33.83万平方米；辽歌站14.5万平方米；省物业站：10万平方米，合计101.76万平方米。
1. 保证在采暖季最寒期，新增换热站及热网末端换热站资用压头不低于0.5公斤
2. 主干线管道比摩阻不能大于热网设计规范的上限即80pa/m，支线管道流速小于3.5m/s
各种管网改造方案的模拟
通过软件对以往采暖季热网运行工况的计算和模拟的结果可知，崇山路的主干管（DN700，长750米，简称GD1）比摩阻过大；怒江街车轮厂站到办公楼站之间管道（DN600，长540米，简称GD2）比摩阻过大；崇山路的农牧厅站与轻工站之间主干管（DN450，490米，简称GD3）的的管径过小；崇山路车轮厂站到建工丽园站之间的崇山中路上需新建管道（拟采用DN700，简称GD4），局部形成另外一个环网，分流通过原来怒江街干线的流量。上述管道都需要进行改造，但采用多大的管径，改造以后是否能取得预期效果，这些都需要进行多种方案的模拟和优化。为方便管网改造方案的运行模拟结果，采用上述拟改造管道和末端的区委站和实验小学站、新增的中乾站、翔凤三期站、辽宁大学2站、西江悦园站为参考管道和参考点。
模拟管网改造方案一：GD1采用DN800，GD2采用DN700，GD3采用DN600，GD4采用DN700。
热源输出参数：供水温度95℃，回水温度55℃；供水压力0.85Mpa ,回水压力0.22 Mpa；流量5378T/H。
工况模拟结果：
拟改造管道运行模拟结果
换热站运行模拟结果
水压图1：路径：热源到区委
水压图2：路径：主干线所在的环网
管网改造方案模拟结果分析：
模拟管网改造方案二：GD1采用DN800，GD2采用DN700，GD3采用DN600，GD4采用DN700。
热源输出参数：供水温度95℃，回水温度55℃；供水压力0.85Mpa ,回水压力0.22 Mpa；流量5378T/H。
工况模拟结果：
拟改造管道运行模拟结果
换热站运行模拟结果
水压图1：路径：热源到区委
水压图2：路径：主干线所在的环网
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