沃尔达管网系统中平衡阀对调节阀调节作用的影响

在处理管网系统水力失调问题时，通常加装平衡阀。为探讨加装的平衡阀对系统原有调节阀调节性能所产生的影响，以宝钢冷轧厂1550管网旧系统的改造为例，分析了管网系统水力不平衡的原因，提出以加装平衡阀作为解决水力平衡问题的方案。通过图论方法计算管网各环路的可调度，分析了管网改造前后各环路的可调性所受到的影响，讨论了阻力增加对调节阀门调节性能的影响。
　　关键字：管网平衡阀调节性能水力失衡 图论方法管网系统的水力失调对生产有一定影响，严重者可导致停产，因而是管网调节中力当避免的。以宝钢冷轧厂的轧机车间为例，当管网终端制冷量不足时，会使房间温度过高，不仅影响轧钢质量，而且会发生跳闸，导致停产。造成管网系统水力失衡的原因通常有两种：①由于设计时对系统负荷的估计偏差，或者是实际工艺发生变动，导致一些支路上冷量不足，而另一些支路上却冷量过剩；②系统的设计流量与负荷要求相当，但是管网存在着严重的水力不平衡现象，从而使得各支路上的流量达不到设计要求。在管网改造中应有的放矢，根据实际情况提出相应的解决方案。管网系统的水力平衡改造，通常采用加装平衡阀的方法。但是如果管网支路上本身已经安装了调节阀，只是由于调节阀性能或其他原因无法充分实现水力平衡，那么加装平衡阀后，对这些调节阀的调节性能会产生一定的影响。事实上当平衡阀选择不当时，会导致某些支路阻力过大从而使其支路上的调节阀门性能恶化，甚至不起作用。而这种影响在管网改造时常常为人们所忽视。本文以******1550管网系统为例，分析系统加装平衡阀后对支路上调节阀产生的影响。1 实例分析
　　1.1 运行概况*******1550制冷站由3台离心制冷机，4台单机流量为500m3/s、扬程为70m的冷冻水泵组成。其管网及设计流量分布如图1所示。
　　管网的每个用户终端都设有电动调节阀，通过温度控制来调节流量。但在实际运行中，电动调节阀无法将流量调到冷量要求的值，有些电气室在支管流量已经超过设计流量之后仍出现过热，而另一些电气室在流量不足设计流量的1/2时夏季室内温度却只有20℃。目前采取的大流量、小温差运行方法，只能起到较小的缓解作用，并不能从根本上改变这种现状。况且大流量运行使得水泵长时间工作在大功耗、低效率的状态点，不仅运行费用相应提高，而且对水泵也不利，无论是从能源角度还是从经济性角度都存在着弊端。在对管网进行初步故障排除之后，认定不是管路堵塞或阀门关死等问题，对管网系统进行了温度与流量的测量，同时对风系统也作了相应的温度、流量的测量，以进一步排查原因。综合了系统总流量为880、600、650m3/h3种工况下风系统与水系统的测量数据，对系统管网水力失调的原因进行了分析并提出相应的解决方案。
　　1.2 水力失调原因分析由于原始设计资料的缺失，根据水系统实际测量的数据计算出管网的阻损，以及在设计流量下各环路的不平衡率Δ[1]（因轧机为最远支路，故以轧机环路为最不利环路计算不平衡率），结果如表1所示，其中f为系统环路阻力损失。
　　表1 1550系统环路阻力损失及不平衡率如基于设计流量是正确的，那么从不平衡率的计算结果可以推断出环路中阻损最大的是热镀锌支路和连退支路，因而这两支路应是最热的。但实际运行中最热的是轧机支路与热镀锌支路，而连退与酸洗支路过冷。轧机制冷量不足，夏季车间温度常常在接近30℃（超过30℃设备就会跳闸）。连退支路冷量严重过剩，即使将调节阀关到相应设计流量的1/2，车间温度在盛夏仍可维持在20℃左右，最冷时只有18℃。这说明在管网系统设计阶段对系统支路制冷量估算的较大偏差导致设计流量偏离实际负荷的需求是造成管网系统失调的主要原因，而支路的水力不平衡也是流量分配不理想的原因之一。故需要重新对设计流量进行修正，并进行阻力计算以校核水力平衡，提出解决方案。
　　由于是旧系统改造，加之原设计参数及原始数据严重缺失，只能基于实际运行状况根据不同工况下测量数据大致估算实际冷量需求值，对流量进行修正，并保证外网流速不超过3m/s。在反复调试之后确定的管网修正流量qV如表2所示。表2 1550系统的管网支路流量及修正流量由表2可见，连退支路与酸洗支路流量大幅度减少，这与其过冷现状符合，而热镀锌与轧机的流量增加，以缓解其制冷量不足。按照修正后的设计流量重新再对管网阻力进行校核计算，得到的各环路的不平衡率亦列入表1中（见阻力损失f′与不平衡率Δ′）。可见，在修正后的设计流量下，管网存在着严重的水力不平衡现象，尤其是热镀锌与轧机支路，由于设计管径偏小，而修正流量增加较多，导致阻力损失较大。连退环路由于管径较大，在新的流量条件下阻损就特别小。如果要使得环路的流量分配达到设计工况或接近设计工况，就要削去有利环路多余的压头或者增加不利环路的压头，以实现管网新的阻力平衡。1.3 改造方案在管网系统的用户终端原来都装有电动调节阀，按照理想状况这些电动调节阀应该可以根据房间温度调节流量，使其达到要求值。但是由于一些支路（如热镀锌支路）冷量不足，调节阀即使全开也无法达到期望值；而在另一些支路（如连退支路），当实际需求流量减小到一定程度时，调节阀处于非线性工作状态，也无法进行有效调节。