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4.6正确应用分布式输配系统的设计理念 分布式输配供热系统自2007年在新疆库尔勒市的新建工程应用以来，至今在全国范围内，已推广近2～3亿平方米供热面积。据不完全统计，凡采用这项新技术的，节电均在20～50%以上，普遍反映：意想不到的是，供热系统的水力失调、冷热不均有了明显的改善。但是，也必须指出：节电效益没有达到理论上分析应该达到的水平。在运行中，也存在这样、那样的一些问题。经分析，主要是没有完全正确理解分布式输配系统的设计理念，为此，作者在本文中就有关的一些问题作进一步的探讨，以期引起深入讨论。 4.6.1一级网循环流量不宜过大 当一级网供回水设计温差在60℃左右时，一级网设计循环流量约为1kg/m2h；当一级网设计回水温度进一步降低时，亦即设计供回水温差进一步拉大时，设计循环流量应在0.5～1.0 kg/m2h左右。而目前在分布式输配系统的设计中，设计循环流量普遍在2 kg/m2h左右，远远大于合理的设计值。这样的设计方案，实质上拼弃了分布式输配系统之所以节电的根本理念。 在一级网的循环流量的设计中，为什么非要采取大流量的设计方案？据了解，主要原因是担心水力失调、冷热不均。这是对分布式输配系统的设计理念缺乏深入了解的原因。必须指出：分布式输配系统之所以节电，一个重要原则即尽量压低一级网循环流量，以便提高系统的输送效率，即在单位电耗下，尽量提高管网的输送热量。有人担心，循环流量小了，输送不了过多的供热量。这是一种误解。应该看到，在系统运行时，供热量是由循环流量驮运的。对于同样数量的供热量，在大流量下可以完成驮运，在小流量下也照样能够完成驮运。所不同的只是在小流量下单位电耗承担的供热驮运量更大，也就是提高了系统的输送效率，这是节电的根本所在。 还有人担心，系统循环流量小了，容易造成流量分配不均，导致热力失调。这也是对分布式输配系统缺乏了解所致。在传统循环水泵的设计中，流量平衡是由各种调节阀通过节流措施来完成的。由于调节方法复杂，调节效果难为人意。不少技术人员，出于上述顾虑，常常采用加大循环流量的办法，来弥补水力难以平衡的不足。对于分布式输配系统，在流量调节方面，最大的特点是“以泵代阀”，即通过变频调速，进行有源式流量调节代替调节阀的节流式流量调节。这种调节可以实现无人值守的自动控制，不但没有节流的能量损失，而且能完成无级变速，调节精度远比阀门调节精准的多。还有人担心，分布式循环泵在流量调节过程，会不会出现失控现象？供热系统的流量调节，如果从纯数学的角度考虑，实际上就是求解一组有唯一解的数学方程，因此，调节过程只会逐渐逼近需求值， 不会出现发散亦即失控现象。 在实际运行中，特别是手动调节时，经常出现抡水现象。这种现象的发生，既有理念上的认识问题，又有操作方法上的不当问题。在理念的认识上，主要担心流量不够，影响供热，主张流量越大越好。在操作方法上，各热力站不是同时调节，而是分散实施。正确的调节方法是：根据供热系统的实际供热面积，以及系统的设计循环水量，严格下达各热力站的流量控制指标（单位供热面积的循环流量），然后在统一指挥下，各热力站先在手动操作下，同时进行流量调节（通过控制水泵频率）。调节完成后，如果条件成熟，可投入无人值守的自动控制。 在目前的情况下，由于一级网循环流量过大，常常远大于锅炉（热源）的循环流量。因此，热源处的均压管实际变成了混水管，锅炉提供的高温水通过混水降温再送入外网。之所以采取这种措施，是因为一级网循环流量过大，如果全部通过锅炉循环，会压降过大，难以承受。还有的，为了提高控制能力，在均压管上设置三通电动调节阀，以为这是节能的举措。严格的说，这些都是“画蛇添足”，违背了分布式输配系统的节能理念。有关论述，作者在以前的文章中多有涉及，不再赘述。正确的作法，应该根据设计条件，合理确定系统的一级网设计流量，盲目加大流量与事无补。 4.6.2正确选择调节方式 如上所述，分布式输配系统一大技术特点就是“以泵代阀”调节流量。如果实现了全网分布式输配系统，那么从热源到热力站，楼栋入口、以及各家各户，都将用各种循环泵进行流量调节，全网不再安装调节阀，实现零节流调节。目前，分布式输配系统的推广，多在热源与热力站之间进行。在热力站内，无论有板换的间接连接方式或是混水直连方式，一级网和二级网都有分布式循环泵。正确的调节方式，是通过二级网的分布式循环泵的变频调速，改变二级网的循环流量；通过一级网分布式循环泵的变频调速，调节二级网的供水温度。这样，通过一、二级网的分布式循环泵的变流量调节，即可同时对二级网的流量和供水温度进行调节，从而达到二级网供热量的调节目的。这种调节方法是显而易见的。可是在一些实际工程中，既在一、二级网上安装了分布式循环泵，又在一级网上设置了电动调节阀。这种设计，其基本逻辑是不通的。二级网的供水温度究竟由电动调节阀控制还是由一级网分布式循环泵控制？如果由一级网分布式循环泵控制，则电动调节阀的设置就是多余的！反之，如果由电动调节阀控制，那么，一级网分布式循环泵就只能进行定流量的工频调节，这种设计，既增加了设备、投资，以减少了系统的调节功能，而且也不能正确体现分布式输配系统的设计理念。 由于设计理念的不明确，再加设备选型的功能模糊，又带来了调节方式的不确定，这是目前热力站自动控制水平普遍不高的根本原因。现在，不少热力站机组厂家，既提供工艺设备，又配套自控仪表，而控制器多数采用PLC硬件，自编管理软件和控制软件。很难想像，一个对供热工艺的设计理念缺乏深入了解的人，能编制出高水平的控制软件！再加上不少运行单位同时招标几个控制厂家共同承担一个供热工程，其结果，控制软件五花八门，根本无法统一对接，实施协调控制，最终变成一堆摆设，无奈之中，只好进行手动控制。对一种高水平的控制设备，只能进行最低档次的操作，除了是一种极大的浪费，也是一种对不作为的无声讽刺。 通过上述分析，可以看到，只有对供热工艺有深切了解，又是控制行家的人，才能在PLC上编出高水平的控制软件。目前在我国具备这样条件的技术人员，并不很多。在这种情况下，大量采用PLC进行供热工程的控制，很难避免被忽悠的可能。近来，作者与PLC厂家的技术人员进行过沟通，一致认为研发行业内的专业控制器，是当务之急！只有这样，供热行业的自动控制才能获得基本的物质保障。 4.6.3定压方式的合理确定是安全运行的基本保证 分布式输配系统，与多热源联网系统一样，都属于多泵系统。作者曾在多篇文章中反复指出，对于多泵系统，合理选择定压方式，尤为重要。目前我国大多数供热系统，至今仍然延用循环水泵的入口点为定压控制点。而这一点，不是供热系统的唯一的真正的恒压点，不仅早被理论所证明，而且也被运行实践所证实。采用一个不是真正的恒压点进行系统定压，必然导致误判、误操作，甚至发生严重的安全事故。如果对于传统的一泵一供热系统而言，还不至于事故频发，那么对于多泵的复杂供热系统，不正确的定压方式，必将造成严重的后果。对于这一点，至今没有引起业内人员的关注。作者经常看到，不少关于定压方式方面的文章，尽管作了许多有益的论述，但最后仍然回到了循环泵入口定压的老路上。 目前在一些推广分布式输配系统的设计中，仍然延用循环泵入口点定压方式（含定压罐定压），而且在确定恒压点的设定值（静水压线值）时，未考虑供水压力线低于回水压力线的特点，结果恒压点设定值选择过低，导致系统的地势高点和系统末端发生汽化、爆管，造成严重事故。这些事故的发生，再次说明在多泵系统中，正确选择定压方式，至关重要。也再次表明，传统的循环水泵入口点定压，有许多致命的弱点。首先，在多泵系统中，有多个循环水泵的入口点，而且在运行过程中，这些入口点的压力都是变动的，同时，变动规律又都不一样，很难使压力工况维持在可控的范围内。其次，是当系统在地势高差悬殊的情况下，即使恒压点设定值选择是正确的，由于循环水泵入口点的压力最低，势必造成主干线压力过高的危险。基于这些原因，在多泵系统中，选择合理的定压方式尤显必要。 在多泵系统中，合理的定压方式应该是变频调速旁通补水定压。这种定压方式，作者在《供热系统运行调节与控制》（1994年清华大学出版社出版）一书中有过详细介绍。基本方法，是在热源循环水泵的进出口连接一个测压的旁通管（管径在DN25～DN50之间，视供热规模而定），旁通管上安装待控的压力传感器，在压力传感器的两端各安装一个手动平衡阀。在供热系统运行前，先在测压旁通管上确定供热系统的真正恒压点，方法是调整两个手动平衡阀，当热源循环泵在开启、停运过程中，压力传感器的压力值始终恒定不变，则此时压力传感器的位置即为供热系统的真正恒压点。在供热系统运行期间，实时监控该压力传感器的压力值为预先的设定值。当压力过低时，补水泵在变频控制下加速补水；当压力过高时，泄水阀自动泄水。这样就可以实现真正的定压控制。对于多泵系统，如果条件许可，可以实行多点定压、多点补水，但定压值，必须是同一设定值。 上述的变频调速旁通补水定压方式，具有许多优越性；首先是在系统真正的恒压点进行定压控制，压力低于设定值，系统亏水，自动补水；压力高于设定值，有超压危险，自动泄水，这种控制绝对准确无误，不会发生误判、误操作；其次是在旁通测压管上确定系统的真正恒压点的位置，方法简单、方便、可靠，避免了在系统上寻找恒压点的难度；三是只要保证恒压点压力不变，系统中各循环泵（含热源循环泵）的进出口压力可以根据工程实际自由确定，大大增加了灵活性；四是，在分布式输配系统的设计中，可以将均压管与测压旁通管看作一个整体进行设计，使均压管中的压力始终维持恒压点的设定值，这样可以保证均压管不再扩径，有利于节约投资。 在分布式输配系统中，要实现压力工况稳定，除了正确选择定压方式外，有时还需要采取增设加压泵站，控制零压差汇交点等技术措施。在前文中谈到的系统高点和远点汽化问题，有时改进定压方式，或改变恒压点设定压力值 ，即可解决问题；有时则不能，必须在适当位置设置加压泵，以便使系统压力超过水温的饱和压力，防止汽化。关于零压差汇交点的设置位置，作者在有关文章中作过详细说明，这里不在赘述。需要补充的是，在既有供热系统的改造时，有时零压差汇交点可能出现在系统中间，并且随着系统改造规模的逐渐扩大，零压差汇交点将会渐渐向热源处移动，此时一个重要的技术措施是控制附近循环泵的转速，防止零压差汇交点的偏移，这是系统改造能否成功的关键。
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