樊守峰

(西北电力设计院，陕西 西安 710075)

由于热网循环水系统一方面在正常运行时存在跑冒滴漏现象、事故时还可能会有大量的热网循环水外漏，热网补水系统可以根据需求对热网循环水系统进行适时、适量地补水；另一方面供热热水系统内热媒压力也必须满足一定的技术条件方可正常运行，这就要求热网设计时应配套设计热网循环水的定压系统。本文以热电厂一级热网循环水系统为例，介绍热网补水及定压系统的基本设计要求及特点，探讨是否可将热网补水系统和定压系统合并为一个系统。

1 热网循环水补水系统

1.1 热网循环水补水系统的功能及设计原理

热网循环水补水(以下简称热网补水)系统的功能：由于热网循环水系统不严密或事故导致热网循环水管道破裂，将会引起供热系统热媒损失进而引起内压的波动，本系统的功能是根据需要及时地向热网循环水系统补水，使系统的运行压力得到稳定。

热网补水系统的设计原理：通过实时监测热网循环水泵入口母管的压力，判断是否需要对热网进行补水。当此处测得的压力低于补水设定值时，则表明热网循环水系统存在对外泄漏现象，此时通过补水系统及时地向热网循环水系统补水，使热网循环水泵入口母管的压力恢复到补水设定值。

1.2 热网补水量的计算

一级热网循环水系统一般为闭式循环系统，依据《城市热力网设计规范》CJJ34-2002 J216-2002，闭式热力网补水装置的流量，不应小于供热系统循环水流量的2%；事故补水量不应小于供热系统循环水流量的4%。

1.3 热网补水系统的构成

热网首站常见的补水系统一般包括：一台大气式热力除氧器，2×100%的热网补水泵(运行方式为一运一备)，系统的基本构成见图1。

图1 供热首站补水系统示意图

2 热网循环水定压系统

2.1 热网循环水定压系统的功能

由于热网循环水系统无论是在正常运行或停运状态，热网系统内的热水压力必须满足下列基本要求：

(1)热网循环水系统的最高运行压力及设计压力不应超过各热用户相关设备及管道系统所能够承受的极限压力。

(2)热网循环水回水管内压力折算的静水柱高度不得小于整个系统包括用户端的最高充水高度，防止系统倒空，破坏系统的正常运行。

(3)当外供热水的温度高于当地大气压所对应的饱和温度时，热水管网任何一点的内压都不能低于管网沿线对应点实际运行温度所对应的汽化压力，以便防止热水汽化，产生水击现象。

(4)热网循环水系统任何一点的内压都不应低于当地大气压，防止吸入空气导致管道腐蚀。

(5)热网循环水系统供、回水母管之间要有足够的压差，以保证克服市区管网、市区各二级供热站内管道及设备的流动阻力以及由于布置高度的不同所产生的静压。

上述第(1)～(4)条是靠热网定压系统来实现的，这也就是热网定压系统的基本功能。

在热网循环水系统的设计阶段，为了实现上述基本要求，必须根据热网首站、市区各二级供热站的实际布置位置及海拔高度，计算出由供热首站至各二级供热站之间的管网沿程阻力、外供热水最高温度对应饱和压力、各二级站与热网首站之间的海拔高差等，然后绘制热网循环水系统的水压图。

2.2 热网循环水系统水压图

热网循环水系统水压图(见图2)的横坐标轴表示供热首站与二级站之间的管道长度，纵坐标轴表示管道沿程各处的运行压力，水压图一般包括静态压力线和动态压力线。

(1)静态压力线：当所有热网循环水泵停止运行时，热网循环水系统内的热水处于静止状态，供、回水母管与各二级供热站内的管道及换热器相连通，供水管的静态压力线和回水管的静态压力线合并为一条直线，所以热网循环水系统的静态压力线是一条水平直线，该静态压力线对应的压力数值即为定压设定值。在确定静态压力线的高度位置时必须满足以下条件：

①静态压力线的高度不应超过供热管网所连接的各用户系统最低层用热设备和管道所能承受的极限压力。

②静态压力线的高度不应低于热网循环水系统的最高充水高度。

③当外供热水的温度高于当地大气压所对应的饱和温度时，则静态压力线的高度还必须大于其温度所对应的汽化压力折算的水柱高度。

(2)动态压力线：当热网循环水泵运行时，热网循环水系统处于动态运行状态，在热网循环水泵的作用下，热网循环水的供水管线和回水管线内的热水运行压力不同，因此，供水管线的动态压力线和回水管线的动态压力线是不同的两条线，通过二级供热站内的管道及换热器将上述两条水压线连接为一条完整的供回水管线动态压力折线(见图2)。

图2 一级网水压图

2.3 热网定压的原理

热网循环水系统压力恒定的点称为定压点，从原理上讲定压点可以选择在热网循环水系统的任何一点，但为了管理上的方便，故热网循环水系统的定压点一般设在供热首站循环水泵入口母管上，其原理为通过实时监测热网循环水泵入口母管的压力，保证热网循环水泵入口母管压力恒定在所确定的定压设定值上。当循环水泵入口母管的压力高于定压设定值时，可通过装在泵出口母管上的安全阀(或电磁泄压阀)向系统外排水，防止引起热网循环水系统超压运行；当循环水泵入口母管的压力低于定压设定值时，通过定压系统向热网系统内充水，使泵入口母管的压力恢复到定压设定值上。

2.4 常见的几种热网定压系统

常见的热网定压系统有：高位水箱定压系统、补给水泵加压定压系统及氮气加压定压系统，由于氮气加压定压系统复杂、且增加了一套氮气系统，故目前较少使用，以下仅介绍高位水箱定压系统和补给水泵加压定压系统

⑴高位水箱定压系统：

高位水箱定压是利用安装在高位处的水箱产生的静压头来将热网循环水泵入口母管压力维持在定压设定值，见图3。但这种方式受厂房条件、周围环境等的制约，在大型热电厂供热首站内很少使用。

图3 高位水箱定压系统示意图

⑵世面补给水泵加压定压系统：这种定压方式与图1的示意图相似，只不过补水泵的扬程按定压所需压力值确定。

3 热网补水系统及定压系统合并的可行性

由于供热首站一级网的补水点和定压点一般均选择在热网循环水泵的入口母管上，这就为两个系统的合并提供了便利条件，二者的区别为补水设定值和定压设定值在有些情况下可能会不同。因此如果补水设定值和定压设定值相同，或在热网补水泵选型时，将补水泵扬程按二者设定值中的较高者来确定，通过一定的控制逻辑完全能够使两个系统合二为一。

3.1 补水设定值和定压设定值的确定

补水设定值的确定：当热网系统处于正常运行状态时，因供热管网及各二级站内的管道及设备的安装标高及管道长度等均已确定，在一定的热网水流量下，供热首站的回水压力是基本确定的，可将此回水压力作为补水设定压力、即补水设定值。

定压设定值的确定：定压设定值即为水压图上的静态压力线对应的压力数值，它与外供热水最高温度、供热首站与市区各二级供热站之间的海拔高度、首站及二级站的设备及管道系统所能承受的极限压力等有关，确定定压设定值时可按第2.1节的有关条款综合考虑后确定。

3.2 补水设定值和定压设定值相同

当热网补水设定值和定压设定值相同时，此时静态压力线位于水压图中热网首站回水点的压力点上，即图2中所示的“静压线1”的位置，因此，两个系统完全可以合并为一个系统，合并后的系统既可满足补水要求，也可满足定压要求。

3.3 补水设定值与定压设定值不同

当热网补水设定值和定压设定值不同时，如果定压设定值(即图2的“静压线2”)高于补水设定值，若将定压设定值作为补水设定值，则意味着将热网的动态压力线抬高至图2中所示的虚线位置运行，此时的热网回水压力即为定压设定压力，这时可按以下两种情况分别考虑：

(1)如果将定压设定值作为补水设定值后，不会引起热网循环水系统的设计压力提高一个压力等级(如不会将系统设计压力由PN1.6升至PN2.5)，且在市区各二级供热站常用设备及管道系统的极限压力范围内，则可将补水设定值按定压设定值来选取，两个系统可以合并为一个系统。

(2)如果将定压设定值作为补水设定值后，使热网循环水系统的设计压力提高了一个压力等级，且超过了市区各二级供热站常用设备及管道系统的极限压力范围，在这种情况下可通过如下的设备选择及连锁控制方法实现两个系统的合并：

①设备选择要求：将热网补水泵的扬程按定压设定值来选择，同时为热网补水泵配置变频调速装置，则运行时可通过变频调速装置使热网补水泵的出口压力既满足正常补水时的设定压力要求，也可满足热网定压所需的设定压力要求。

②电源配置要求：由于合并后的系统既要能够满足热网正常运行时的补水要求，也要能够满足热网定压的要求，为了防止一旦失去厂用电而导致全部热网循环水泵停运这种情况，故必须为热网补水泵配置保安电源。

③连锁控制工况一：当热网循环水泵处于正常运行状态时，如果热网循环水泵入口母管的压力低于补水设定值，则表明热网循环水系统发生对外泄漏，此时通过热网补水系统及时地向热网补水，使热网循环水泵入口母管的压力恢复到补水设定值，从而实现了向系统补水的功能。

④连锁控制工况二：当首站内的所有热网循环水泵因突然失电或其他原因而全部突然停运，因热网补水泵设有保安电源，此时补水泵仍然可运行，且可通过变频调速装置，使热网补水泵出口压力迅速升高至定压设定值，向热网系统充水，使热网循环水泵入口母管压力维持在定压设定压力值，从而实现了热网系统定压之目的。

4 结语

通过上述分析可以看出，供热首站热网补水系统和定压系统完全可以合并为一个系统，我们可以暂将此系统称为热网补水定压系统。由于大型热电厂的供热首站一般建在热电厂范围内，故供热首站一般由电力设计单位进行设计，而市区管网及各二级热力站往往由其它设计单位(如市政设计院)来完成。因此，热电厂的供热首站设计人员应与市区管网规划及设计单位加强沟通，在展开供热首站设计工作时，应要求市区管网规划及设计单位提供一级热网循环水系统的水压图，并一起讨论确定合理的热网定压设定值。

[1]CJJ34-2002 J216-2002，城市热力网设计规范[S].