供熱循環(huán)系統(tǒng)中的阻力分析及循環(huán)泵選擇

1、供熱循環(huán)系統(tǒng)中的阻力分析及循環(huán)泵選擇作者 : 來源: 時間 :2007-11-02摘要：本文分析了供熱系統(tǒng)中最不利環(huán)路中的各種阻力狀況， 并根據(jù)多年的工 作實(shí)際提出了各種阻力的正常阻力范圍， 指出了在實(shí)際工作中， 各種阻力元件 阻力增大的原因、 對供熱系統(tǒng)的影響及解決的方法， 并在此基礎(chǔ)上提出了循環(huán) 泵的選泵方法，具有比較強(qiáng)的實(shí)用性。 關(guān)鍵詞：阻力分析，熱源的阻力，除污器的阻力，用戶系統(tǒng)阻力，水泵進(jìn)出口 的阻力，水泵的揚(yáng)程，水泵的流量，怎樣選泵 供熱循環(huán)系統(tǒng)的阻力主要來自兩個方面， 一是熱水在輸送管道中流動產(chǎn)生的阻 力，叫做沿程阻力；二是由于各種水利元件和供熱設(shè)備對水的流動產(chǎn)生的阻力， 叫做局

2、部阻力。對于沿程阻力，根據(jù)規(guī)范中規(guī)定：最不利環(huán)路的比摩阻應(yīng)在 30-60Pa/m,其它環(huán)路的比摩阻應(yīng)小于等于 300 Pa/m,同時循環(huán)水的流速小于 等于3m/ s。對于各種供熱設(shè)備的局部阻力，不同的產(chǎn)品有不同的標(biāo)準(zhǔn)。供 熱系統(tǒng)最不利環(huán)路中的局部阻力和沿程阻力的大小決定了選用循環(huán)水泵揚(yáng)程 的大小,循環(huán)水泵揚(yáng)程的大小直接影響著水泵電耗的大小,因此,有必要對供 熱系統(tǒng)中,涉及最不利環(huán)路的各種阻力進(jìn)行仔細(xì)的分析。一、熱力站的阻力供熱系統(tǒng)的熱力站有兩種主要形式, 一種是熱水鍋爐直接供暖的形式, 另一種 是換熱器換熱間接供暖的形式。1、鍋爐 供熱系統(tǒng)中使用的鍋爐大多是熱水鍋爐,根據(jù)其額定發(fā)熱量的大小分為

3、7Mw、14 Mw、29 Mw、58 Mw等多種規(guī)格，根據(jù)其熱媒參數(shù)可分為 95/70 ° C、115/70 ° C、150/90。等，其中95/70 ° C、115/70。的兩種參數(shù)的鍋爐應(yīng)用比較多。鍋爐在通過額定水量的情況下，鍋爐的阻力應(yīng)在40-80Kpa之間。在供暖實(shí)際中， 造成鍋爐阻力增大的原因主要是鍋爐通過的實(shí)際水量大于其額 定的循環(huán)水量。在鍋爐的銘牌參數(shù)里， 并沒有提供額定循環(huán)水量的數(shù)據(jù)， 具體到一臺鍋爐具體的循環(huán)水量是多少呢？可以通過下面的公式進(jìn)行計(jì)算：G = 860*Q/ (tg th)G :鍋爐的額定循環(huán)水量，單位m3 / hQ:鍋爐的額定發(fā)熱量

4、，單位 Mw.tg th :鍋爐的額定進(jìn)水溫度與出水溫度之差，單位。Co對于鍋爐的循環(huán)水量允許有一定的波動，波動的范圍應(yīng)小于 20。當(dāng)實(shí)際流 量超過額定流量過多時， 大大增加鍋爐的阻力； 當(dāng)實(shí)際流量低于額定流量過多 時，會使鍋爐內(nèi)的部分管束流量發(fā)生偏流，造成局部汽化或爆管。我國的鍋爐標(biāo)準(zhǔn)最低熱媒參數(shù)是 95/70 ° C,供回水溫差是25 °C,而實(shí)際供熱運(yùn)行中，供回水的溫度一般在 10-20 °C之間，即使是20 ° C的供回水溫差，與鍋爐的額定溫差相比還差5 ° C，當(dāng)鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行時，根據(jù)鍋爐產(chǎn)熱和熱 用戶散熱的平衡關(guān)系可以計(jì)算出鍋爐的循

5、環(huán)水量為:對于14Mw， 95/70 °的鍋爐，在溫差25 °匚和20 °C時的相應(yīng)流量是：額定流量：860*14/25 = 482m3 / h實(shí)際流量：860*14/20 = 602m3 / h對于14Mw， 115/70 °的鍋爐，在溫差45 °匚和20 °C時的相應(yīng)流量是：相應(yīng)流量： 860*14/45=268m3 / h 實(shí)際流量：860*14/20 = 602m3 / h假如鍋爐在額定水量下運(yùn)行，其阻力是50K pa,在上述實(shí)際流量下運(yùn)行時的阻力是：對于14Mw, 95/70 °的鍋爐實(shí)際阻力是：(50/482)

6、*602*602= 79K pa對于 14mw， 115/70 °的鍋爐實(shí)際阻力是：(50/268) *602*602= 252K pa兩種不同參數(shù)的鍋爐阻力分別增長了 29K pa和202K pa。 鍋爐阻力的增加也就是增加了循環(huán)泵的負(fù)擔(dān)， 增加了電耗， 因此要把鍋爐的阻 力降低到合理的程度， 具體的方法是根據(jù)鍋爐流量增加的程度， 增加一條與鍋 爐并聯(lián)的分流管道， 分流的管徑應(yīng)通過合理的水力計(jì)算確定， 分流管道上安裝 的閥門應(yīng)該使調(diào)節(jié)閥、平衡閥或自力式流量控制閥，不應(yīng)是閘板閥。應(yīng)用時使 用流量計(jì)測定鍋爐的實(shí)際水量來決定閥門的開啟程度。2、換熱器供熱系統(tǒng)中常用的換熱器是板式換熱器，

7、換熱器對于熱媒參數(shù)和循環(huán)流量的要 求不向鍋爐那樣嚴(yán)格， 但過高的流量同樣會大大增加換熱器的阻力， 影響水泵 出力。換熱器的阻力一般是 20-50Kpa=如吉林省鍋爐房，兩臺循環(huán)泵流量 600m3/h，揚(yáng)程55m,電機(jī)功率132Kw，三臺7Mw熱水鍋爐。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)水泵 的流量僅370 m3/h，通過仔細(xì)查找，發(fā)現(xiàn)因?yàn)橹贿\(yùn)行一臺鍋爐，370 m3/h的循環(huán)水全部通過鍋爐，而根據(jù)計(jì)算鍋爐的額定水量僅僅是 240 m3/h,由于實(shí)際 流量達(dá)到額定流量的154%,使得鍋爐的實(shí)際阻力達(dá)到160Kpa。為減少鍋爐阻 力將第二臺鍋爐打開進(jìn)行分流， 同時打開兩臺鍋爐后， 鍋爐阻力下降到 60Kpa， 水泵的流量

8、增加到550 m3/h,每臺鍋爐通過的水量為275 m3/h,是額定流量的 115.8，系統(tǒng)工作良好。二、除污器在循環(huán)泵的進(jìn)口前,都安裝有除污器,目的是清除管道中的雜質(zhì),保證水泵和鍋爐的安全運(yùn)行。除污器的阻力一般在 10-20Kpa之間。出現(xiàn)除污器阻力增大的原因有以下幾個方面：第一,除污器堵塞,這種原因在現(xiàn)場見到的比較多, 第二,非正常原因, 如用原有的兩個小型號的除污器并聯(lián)安裝在大一號的管道 上；使用自制的除污器在制作當(dāng)中流道或流通面積制作不合理。如吉林省某鍋爐房，回水母管管徑是 DN500，采用原來以倆的兩臺DN350的 除污器，在供熱面積近70%時，發(fā)現(xiàn)除污器阻力已達(dá)50Kpa,第二年供

9、熱面積 要達(dá)到 100，根據(jù)計(jì)算，其阻力將達(dá)到 102Kpa。三、循環(huán)泵進(jìn)出口的阻力 水泵進(jìn)出口阻力的大小取決于水泵進(jìn)出口各種水利元件的阻力和進(jìn)出口管道 的阻力， 正常情況下， 從水泵進(jìn)水管與回水母管連接處到水泵出水管與系統(tǒng)供 水母管的連接處，之間的阻力損失在 30-60Kpa之間，而實(shí)際在供熱系統(tǒng)中， 這個阻力多達(dá)到50-100Kpa之間，只是由于這段阻力在現(xiàn)場不容易發(fā)現(xiàn)而被人 忽略。水泵的進(jìn)口管徑比出口管徑一般情況下要小一號，進(jìn)口管道的水流速度在2.5-3m/s以上，出口管道的水流速度一般 2-2.5m/s以上，這樣的流速對于管道 來講比摩阻將達(dá)到200Pa/m-300Pa/m以上，所以無

10、論對于管道還是對于水利元 件，都將產(chǎn)生巨大的阻力。如：某單位水泵，型號SB ZL 250-200-340A進(jìn)水管DN200，出水管DN250， 流量800 m3/h，揚(yáng)程32米，電機(jī)功率90Kw，泵的效率86%，轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分。先按進(jìn)水管DN250，出水管DN200擴(kuò)一號也是DN250進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)水管的水利元件有三通一個，閘閥一個，軟連接一個。局部阻力系數(shù)：1 + 0.5+ 2= 3.5出水管的水利元件有大小頭一個，軟連接一個，止回閥一個，閘閥一個，三通 一個，局部阻力系數(shù)：0.3+2+3+0.5+1.5=7.3當(dāng)水的流量是 800 m3/h 時，流速為 4.145m/s，水泵進(jìn)出口連接母

11、管的管道 DN250的比摩阻是796Pa/m,按水泵進(jìn)出口管道總長度 20米計(jì)算： 796*20/10000=16Kpa進(jìn)水管的阻力：P= S*V2 /2 g = 3.5*4.145*4.145/2*9.= 31Kpa出水管的阻力：P= S*V2 /2 g = 7.3*4.145*4.145/2*9.= 64Kpa 進(jìn)出口阻力合計(jì)為 31+64+16=111Kpa再按進(jìn)水管和出水管都擴(kuò)大到 DN300 進(jìn)行計(jì)算：水的流速為 2.927m/s.水泵進(jìn)出口連接母管的管道 DN300的比摩阻是294Pa/m,按水泵進(jìn)出口管道總長度 20米計(jì)算， 294*20/10000=6Kpa。進(jìn)水管的阻力： P

12、= S*V2 /2g= 3.5*2.927*2.927/2*9.8=15Kpa出水管的阻力： P= S*V2 /2g= 7.3*2.927*4.145/2*9.8=32Kpa 進(jìn)出口阻力合計(jì)為 1.5+3.2+0.6=53Kpa規(guī)范中規(guī)定：供熱系統(tǒng)最不利環(huán)路中的比摩阻為30pa/m-60pa/m，其它環(huán)路的 比摩阻不能大于300Pa/m,同時水的流速不能高于3m/s。對于供熱循環(huán)泵的 進(jìn)出口的管道， 屬于供熱系統(tǒng)中所有環(huán)路包括最不利環(huán)路中的一部分， 它的比 摩阻如何取規(guī)范中沒有明確規(guī)定。 在上面的分析中，當(dāng)管道比摩阻 294Pa/m 時， 水泵進(jìn)出口的阻力是53Kpa,比上例減少了 58Kpa

13、。因此，我個人觀點(diǎn)，在條 件許可的情況下，水泵進(jìn)出口的管道管徑還應(yīng)適當(dāng)加大。四、熱用戶對于熱用戶， 一般情況下以熱用戶的入口閥門井為界， 閥門井以里屬于熱用戶 系統(tǒng)，這里的熱用戶指的是一般住宅。根據(jù)熱用戶室內(nèi)系統(tǒng)的不同形式，其阻 力大小也不同。傳統(tǒng)的上給下回單管串聯(lián)系統(tǒng)，它的阻力大小是5Kpa-20Kpa，新建的立管在樓梯間的分戶控制一戶一環(huán)系統(tǒng)， 它的阻力一般是 20Kpa-40Kpa， 原上給下回式單管串聯(lián)系統(tǒng)改造成的一戶一環(huán)分戶控制系統(tǒng)， 它的阻力一般是 20Kpa-60Kpa。以上給出的都是根據(jù)多個熱力公司的實(shí)際得出的數(shù)據(jù)。五、閥門井傳統(tǒng)的閥門井里面的水力元件有供、 回水閥門和除污器，

14、 其中供回水閥門的阻 力小于10Kpa,除污器的阻力略大，一般10Kpa左右。多數(shù)熱力公司，除污器 在經(jīng)過一個采暖期運(yùn)行之后，都會拆除不用。隨著集中供熱的發(fā)展， 供熱面積越來越大， “近熱遠(yuǎn)冷”的水力失調(diào)現(xiàn)象很是 嚴(yán)重，為此，很多熱力公司在閥門井里安裝了自力式流量控制閥，用以解決水 力失調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生。 而自力式流量控制閥是一個阻力可變的水力元件， 根據(jù)生 產(chǎn)廠家的不同、閥體大小的不同，其阻力值也不相同，好的產(chǎn)品其最低阻力不 到30Kpa，質(zhì)量差的低檔產(chǎn)品其最低阻力達(dá)到 70Kpa?，F(xiàn)在供熱系統(tǒng)的外網(wǎng)壓 差一般才10 15Kpa，因此，這個阻力對系統(tǒng)有很大影響。在選擇該產(chǎn)品時，定要選擇阻力比較小

15、的產(chǎn)品，雖然價格高一點(diǎn)，但不增加水泵的電耗 如我公司，在一個小區(qū)里同時安裝了“愛能牌”自力式流量控制閥和另一廠家 生產(chǎn)的自力式流量控制閥， 使用中發(fā)現(xiàn)安裝“愛能牌”自力式流量控制閥的用 戶熱，安裝另一廠家自力式流量控制閥的用戶不熱， 究其原因是由于兩個廠家 的產(chǎn)品阻力不同所致。由于自力式流量控制閥的阻力比較大，我們一般不在最不利環(huán)路上進(jìn)行安裝， 而只將其安在前端和中端用戶， 這樣安裝自立式流量控制閥不會增加循環(huán)泵的 揚(yáng)程，但具體哪些地方需要安裝、 那些地方不需要安裝需要根據(jù)水利計(jì)算進(jìn)行 確定。六、管道的阻力 管的的阻力，包括管道本身的沿程阻力和管道中間拐彎、變徑、三通、分支、 補(bǔ)償器等形成的局

16、部阻力。沿程阻力的值等于管道的比摩阻和管道長度的乘 積。根據(jù)規(guī)范的要求，管道的比摩阻應(yīng)在 3060Pa/m 之間。根據(jù)管道通過的 流量，通過查水利計(jì)算表可以得出管道的比摩阻，再計(jì)算出管道的實(shí)際長度， 就可以知道管道的阻力。 局部阻力計(jì)算起來相當(dāng)麻煩， 一般的設(shè)計(jì)手冊上面都 給除了估算比例， 一般 20 50。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)， 設(shè)計(jì)手冊上面局部阻力的估算 比例過高，實(shí)際中 10 20比較準(zhǔn)確。七、循環(huán)泵的選擇對于供熱系統(tǒng)而言， 循環(huán)泵需要選擇的參數(shù)有兩個， 一個是流量， 一個是揚(yáng)程。 流量參數(shù)是由供熱系統(tǒng)的需要決定的，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是每平米小時2.53.5 公斤。對于使用高檔次自力式流量控制閥的系統(tǒng)不需增加富裕量， 沒有使用自力式流 量控制閥增加 15，使用低檔自力式流量控制閥的系統(tǒng)增加 7，間歇供暖系 統(tǒng)增加 20，分戶改造系統(tǒng)增加 15。對于全部是地?zé)岬墓嵯到y(tǒng)系統(tǒng)，流量應(yīng)該增加 30或更多。 循環(huán)泵的揚(yáng)程實(shí)際作用是克服供熱系統(tǒng)中的各種阻力。 根據(jù)前面的論述， 對于 鍋爐房鍋爐的阻力40-80Kpa,換熱器的阻力20-50Kpa,水泵的進(jìn)出口阻力 30-50Kpa,除污器的阻力10-20Kpa,對于最不利環(huán)路閥門井里的阻力 10Kpa, 用熱戶的阻力40Kpa,管道的比摩阻30- 60