CN113669788B - 基于直连-隔断模式切换的供热系统及运行调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于直连‑隔断模式切换的供热系统及运行调节方法，包括：供水干管，供水干管上设置有第一隔断截止阀；回水干管，回水干管上设置有第二隔断截止阀；供水干管与回水干管共同组成供回水环路，第一隔断截止阀与第二隔断截止阀将供回水环路分隔成上游和下游；第一旁通管，设置于供回水环路的上游，用于将上游的供水干管与回水干管相连通，第一旁通管上设置有调节阀组；第二旁通管，设置于供回水环路的下游，用于将下游的供水干管与回水干管相连通，第二旁通管上设置有第二旁通截止阀。本发明取消了常规的换热隔压措施，降低了建设成本，提高了管网的供热能力，保障了静态、稳态、动态过渡等工况的运行安全。

Description

基于直连-隔断模式切换的供热系统及运行调节方法

技术领域

本发明涉及一种基于直连-隔断模式切换的供热系统及运行调节方法，属于供热技术领域。

背景技术

近年来，大温差供热技术已在很多地方得到推广应用，取得了很好的经济效益。与传统供热技术相比，大温差供热技术提高了供热半径，使得分布在远郊的热源(主要是热电厂)也能在较低的投资和运行成本下将热水送入城市，换完热后再返回热源。

长距离输送难免受到地形的影响，特别是有些地区，长输管线要经历巨大的高差，地势低的地方很容易就会超压。尽管在运行过程中，由于流动阻力的存在，压力沿程会有所损失，可确保在稳态工况中不超压。但在供热前后，管道中的水是不流动的，因此，就超压而言，静态工况比稳态工况更危险。对此，常规的解决办法是设置隔压站，利用板换将供热管网分隔成多个独立段，各段之间压力互不影响。然而，受限于板换的换热效率，隔压站的存在会造成各段之间形成一定的换热端差，削弱了供热能力，这对于供热是非常不利的。

如何在取消隔压站的同时还能保障管网运行安全，这是长距离供热的关键技术难题。某一现有技术公开了一种调节供热管道压力的系统及方法，利用水轮机对水流进行减压，确保稳态工况不超压，同时水轮机还能回收部分能量，对外输出轴功以驱动回水加压泵，减少泵的运行电耗。同时，该现有技术还提出模块化隔断运行的压力调节方法，在供热前后，利用水轮机-加压泵调压模块将上、下游隔离，从而确保静态工况不超压，待到供热时再取消隔离，将上、下游连通。不过，该现有技术只论述了水轮机-加压泵模块之间的联控方法，而对于模块与管网其他部分之间的联控并未涉及，而且该调节方法要求模块四个接口的压力都相等，这势必会影响干管的运行工况。

发明内容

本发明提供一种基于直连-隔断模式切换的供热系统及运行调节方法，该供热系统取消了长距离、大高差供热管网上的隔压站，以灵活、可靠的调节方式，保障管网在静态、稳态以及动态过渡工况中均安全运行。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于直连-隔断模式切换的供热系统，包括供水干管，所述供水干管的入水口与热源的出水口连接，所述供水干管的出水口与换热站的入水口连接；回水干管，所述回水干管的入水口与所述换热站的出水口连接，所述回水干管的出水口与所述热源的入水口连接，所述供水干管与所述回水干管共同组成供回水环路，还包括：

第一隔断截止阀，设置于所述供水干管上；

第二隔断截止阀，设置于所述回水干管上；

所述第一隔断截止阀与所述第二隔断截止阀将所述供回水环路分隔成上游和下游；

第一旁通管，设置于所述供回水环路的上游，用于将上游的所述供水干管与所述回水干管相连通，所述第一旁通管上设置有调节阀组；

第二旁通管，设置于所述供回水环路的下游，用于将下游的所述供水干管与所述回水干管相连通，所述第二旁通管上设置有第二旁通截止阀。

所述的供热系统，优选地，还包括供水泵、回水泵和旁通加压泵，所述供水泵设置于所述供水干管的上游，所述回水泵设置于所述回水干管的下游，所述旁通加压泵设置于所述第二旁通管上。

所述的供热系统，优选地，还包括第一定压装置，设置于所述回水干管的上游，所述第一定压装置与所述回水干管相连接的管路上设置有第一定压截止阀。

所述的供热系统，优选地，还包括第二定压装置，设置于所述回水干管的下游，所述第二定压装置与所述回水干管相连接的管路上设置有第二定压截止阀。

所述的供热系统，优选地，所述调节阀组包括第一旁通截止阀和旁通节流阀，用于截断或调节所述第一旁通管内的水流。

所述的供热系统，优选地，当所述第一隔断截止阀和所述第二隔断截止阀都关闭，而且所述第一旁通截止阀和所述第二旁通截止阀都打开时，供热管网为隔断运行模式；当所述第一隔断截止阀和所述第二隔断截止阀都打开，而且所述第一旁通截止阀和所述第二旁通截止阀都关闭时，供热管网为直连运行模式。

所述的供热系统，优选地，所述第一隔断截止阀和所述第二隔断截止阀的两侧均设置有压力传感器。

所述的供热系统，优选地，所述供水泵和所述回水泵为单级或多级水泵。

所述的供热系统，优选地，至少一个所述供热系统设置于供热管网中，根据实际情况，每隔一定距离设置一个所述供热系统。

基于上述供热系统，本发明还提供该供热系统的运行调节方法，包括如下步骤：

根据直连运行模式的稳态水力工况，获得所述第一隔断截止阀和所述第二隔断截止阀处的压力，两者之间存在一定压差，在该压差下，所述旁通节流阀需要在额定开度下达到供热管网设计流量，以此确定所述旁通节流阀的选型，而且该压差和供热管网设计流量也作为所述旁通加压泵的选型依据；

在准备供热之前，关闭所述第一隔断截止阀和所述第二隔断截止阀，打开所述第一旁通截止阀和所述第二旁通截止阀，使上游的所述供水干管、所述回水干管与所述第一旁通管连通形成上游环路，同时使下游的所述供水干管、所述回水干管(13)与所述第二旁通管连通形成下游环路；

打开所述第一定压截止阀和所述第二定压截止阀，利用所述第一定压装置和所述第二定压装置分别对上游环路和下游环路进行定压；

将所述第一旁通截止阀调至额定开度，变频启动所述供水泵、所述回水泵和所述旁通加压泵，使上游环路和下游环路中的水流动起来，直至达到管网设计流量，管网进入隔断运行模式，在运行中，根据实时监测的压力数据，对所述旁通节流阀和所述旁通加压泵进行调节，确保所述第一隔断截止阀两侧压力相等，同时确保所述第二隔断截止阀两侧压力也相等；

打开所述第一隔断截止阀和所述第二隔断截止阀，然后关停所述旁通加压泵，关闭所述第一旁通截止阀、所述第二旁通截止阀和所述第二定压截止阀，所述第二定压装置撤出不再参与定压；此时，所述第一旁通管和所述第二旁通管已被关断，原本流入所述第一旁通管的水通过所述第一隔断截止阀进入下游，原本流入所述第二旁通管的水通过所述第二隔断截止阀进入上游，上、下游被打通，供热管网进入直连运行模式，开始供热；

准备停止供热时，先打开所述第一旁通截止阀和所述第二旁通截止阀，然后变频启动所述旁通加压泵，原本流入所述第一隔断截止阀的水进入所述第一旁通管，原本流入所述第二隔断截止阀的水进入所述第二旁通管，此时关闭所述第一隔断截止阀和所述第二隔断截止阀，打开所述第二定压截止阀，所述第二定压装置开始为下游定压，供热管网进入隔断运行模式；

变频关停所述供水泵、所述回水泵、所述旁通加压泵，供热管网停运，供热结束。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明利用隔断截止阀将长距离、大高差供热管网分隔成若干段，各段内部通过旁通管组成各自独立的环路，从而将大高差引起的巨大压差拆解成若干小压差，确保静态工况不超压。

2、本发明通过隔断截止阀、旁通截止阀、旁通节流阀、旁通加压泵、定压装置之间的联控，干管上的压力和流量均不会发生较大变化，管网从隔断模式安全、平稳地切换到正常供热的直连模式，在该水力过渡过程中，压力波动很小，最终运行在所设计的稳态工况下。

3、本发明取消了常规的换热隔压措施，降低了建设成本，提高了管网的供热能力，保障了静态、稳态、动态过渡等工况的运行安全，且调节方式简单、灵活。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的基于直连-隔断模式切换的供热系统的示意图；

图中各标记如下：

1-第一隔断截止阀；2-第二隔断截止阀；3-第一旁通管；4-第一旁通截止阀；5-旁通节流阀；6-第二旁通管；7-第二旁通截止阀；8-旁通加压泵；9-供水干管；10-供水泵；11-第一定压装置；12-第一定压截止阀；13-回水干管；14-回水泵；15-第二定压装置；16-第二定压截止阀；17-热源；18-换热站。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

图中所示出的各种区域、形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

如图1所示，本发明提供一种基于直连-隔断模式切换的供热系统，包括：供水干管9，供水干管9的入水口与热源17的出水口连接，供水干管9的出水口与换热站18的入水口连接，供水干管9上设置有第一隔断截止阀1；回水干管13，回水干管13的入水口与换热站18的出水口连接，回水干管13的出水口与热源17的入水口连接，回水干管13上设置有第二隔断截止阀2；供水干管9与回水干管13共同组成供回水环路，第一隔断截止阀1与第二隔断截止阀2将供回水环路分隔成上游和下游；第一旁通管3，设置于供回水环路的上游，用于将上游的供水干管9与回水干管13相连通，第一旁通管3上设置有调节阀组；第二旁通管6，设置于供回水环路的下游，用于将下游的供水干管9与回水干管13相连通，第二旁通管6上设置有第二旁通截止阀7。本发明通过隔断运行模式，将大高差供热管网分隔成多段，各段内部通过旁通管组成各自独立的环路，从而将大高差引起的巨大压差分解成多个小的压差，保证管网在静态工况中不超压；通过隔断截止阀、旁通截止阀、旁通节流阀、旁通加压泵、定压装置之间的配合操作，干管上的压力和流量均不会发生较大变化，管网可从隔断模式安全、平稳地过渡到正常供热的直连模式，最终运行在所设计的稳态工况下。

在本发明一个优选的实施方案中，还包括供水泵10、回水泵14和旁通加压泵8，供水泵10设置于供水干管9的上游，回水泵14设置于回水干管13的下游，旁通加压泵8设置于第二旁通管6上。

在本发明一个优选的实施方案中，还包括第一定压装置11，设置于回水干管13的上游，第一定压装置11与回水干管13相连接的管路上设置有第一定压截止阀12。

在本发明一个优选的实施方案中，还包括第二定压装置15，设置于回水干管13的下游，第二定压装置15与回水干管13相连接的管路上设置有第二定压截止阀16。

在本发明一个优选的实施方案中，调节阀组包括第一旁通截止阀4和旁通节流阀5，用于截断或调节第一旁通管3内的水流。

在本发明一个优选的实施方案中，当第一隔断截止阀1和第二隔断截止阀2都关闭，而且第一旁通截止阀4和第二旁通截止阀7都打开时，供热管网为隔断运行模式；当第一隔断截止阀1和第二隔断截止阀2都打开，而且第一旁通截止阀4和第二旁通截止阀7都关闭时，供热管网为直连运行模式。

在本发明一个优选的实施方案中，第一隔断截止阀1和第二隔断截止阀2的两侧均设置有压力传感器。

在本发明一个优选的实施方案中，旁通节流阀5可替换成其他减压装置，如水轮机，水轮机可通过联轴-变速装置驱动旁通加压泵8，减少系统电耗。

在本发明一个优选的实施方案中，旁通加压泵8配备止回阀，可防止水倒流。

在本发明一个优选的实施方案中，供水泵10和回水泵14为单级或多级水泵。

在本发明一个优选的实施方案中，至少一个供热系统设置于供热管网中，根据实际情况，每隔一定距离设置一个供热系统。

基于上述基于直连-隔断模式切换的供热系统，本发明还提供一种该供热系统的运行调节方法，包括以下步骤：

根据直连模式的稳态水力工况，获得第一隔断截止阀1和第二隔断截止阀2处的压力，两者之间存在一定压差，在该压差下，旁通节流阀5需要在额定开度下达到管网设计流量，据此确定旁通节流阀5的选型，而该压差和管网设计流量也作为旁通加压泵8的选型依据；

在准备供热之前，关闭第一隔断截止阀1和第二隔断截止阀2，打开第一旁通截止阀4和第二旁通截止阀7，使上游的供水干管9、回水干管13与第一旁通管3连通形成上游环路，同时使下游的供水干管9、回水干管13与第二旁通管6连通形成下游环路，上游环路与下游环路之间被第一隔断截止阀1和第二隔断截止阀2分隔成两个独立的环路；

打开第一定压截止阀12和第二定压截止阀16，第一定压装置11和第二定压装置15分别对上游环路和下游环路进行定压；

将第一旁通截止阀4调至额定开度，缓慢变频启动供水泵10、回水泵14、旁通加压泵8，使上游环路和下游环路中的水流动起来，直至都达到管网设计流量，管网进入隔断运行模式，在运行中，根据实时监测的压力数据，对旁通节流阀5和旁通加压泵8进行微调，确保第一隔断截止阀1两侧的压力相等，同时确保第二隔断截止阀2两侧的压力也相等；

打开第一隔断截止阀1和第二隔断截止阀2，然后关停旁通加压泵8，并缓慢关闭第一旁通截止阀4和第二旁通截止阀7，同时关闭第二定压截止阀16，第二定压装置15撤出而不再参与定压，此时，第一旁通管3和第二旁通管6都已被关断，原本流入第一旁通管3的水通过第一隔断截止阀1进入下游，原本流入第二旁通管6的水通过第二隔断截止阀2进入上游，上、下游被打通，管网进入直连运行模式，开始供热；

准备停止供热时，先打开第一旁通截止阀4和第二旁通截止阀7，然后缓慢变频启动旁通加压泵8，原本流入第一隔断截止阀1的水进入第一旁通管3，原本流入第二隔断截止阀2的水进入第二旁通管6，此时关闭第一隔断截止阀1和第二隔断截止阀2，打开第二定压截止阀16，第二定压装置15开始为下游定压，管网进入隔断运行模式；

变频关停供水泵10、回水泵14、旁通加压泵8，管网停运，供热结束。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于直连-隔断模式切换的供热系统，包括供水干管（9），所述供水干管（9）的入水口与热源（17）的出水口连接，所述供水干管（9）的出水口与换热站（18）的入水口连接；回水干管（13），所述回水干管（13）的入水口与所述换热站（18）的出水口连接，所述回水干管（13）的出水口与所述热源（17）的入水口连接，所述供水干管（9）与所述回水干管（13）共同组成供回水环路；其特征在于，还包括：

第一隔断截止阀（1），设置于所述供水干管（9）上；

第二隔断截止阀（2），设置于所述回水干管（13）上；

所述第一隔断截止阀（1）与所述第二隔断截止阀（2）将所述供回水环路分隔成上游和下游；

第一旁通管（3），设置于所述供回水环路的上游，用于将上游的所述供水干管（9）与所述回水干管（13）相连通，所述第一旁通管（3）上设置有调节阀组；

第二旁通管（6），设置于所述供回水环路的下游，用于将下游的所述供水干管（9）与所述回水干管13相连通，所述第二旁通管（6）上设置有第二旁通截止阀（7）；

还包括供水泵（10）、回水泵（14）和旁通加压泵（8），所述供水泵（10）设置于所述供水干管（9）的上游，所述回水泵（14）设置于所述回水干管（13）的下游，所述旁通加压泵（8）设置于所述第二旁通管（6）上；

还包括第一定压装置（11），设置于所述回水干管（13）的上游，所述第一定压装置（11）与所述回水干管（13）相连接的管路上设置有第一定压截止阀（12）；

还包括第二定压装置（15），设置于所述回水干管（13）的下游，所述第二定压装置（15）与所述回水干管（13）相连接的管路上设置有第二定压截止阀（16）；

所述调节阀组包括第一旁通截止阀（4）和旁通节流阀（5），用于截断或调节所述第一旁通管（3）内的水流；

当所述第一隔断截止阀（1）和所述第二隔断截止阀（2）都关闭，而且所述第一旁通截止阀（4）和所述第二旁通截止阀（7）都打开时，供热管网为隔断运行模式；当所述第一隔断截止阀（1）和所述第二隔断截止阀（2）都打开，而且所述第一旁通截止阀（4）和所述第二旁通截止阀（7）都关闭时，供热管网为直连运行模式。

2.根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于，所述第一隔断截止阀（1）和所述第二隔断截止阀（2）的两侧均设置有压力传感器。

3.根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于，所述供水泵（10）和所述回水泵（14）为单级或多级水泵。

4.根据权利要求1所述的供热系统，其特征在于，至少一个所述供热系统设置于供热管网中，根据实际情况，每隔一定距离设置一个所述供热系统。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述供热系统的运行调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据直连运行模式的稳态水力工况，获得所述第一隔断截止阀（1）和所述第二隔断截止阀（2）处的压力，两者之间存在一定压差，在该压差下，所述旁通节流阀（5）需要在额定开度下达到供热管网设计流量，以此确定所述旁通节流阀（5）的选型，而且该压差和供热管网设计流量也作为所述旁通加压泵（8）的选型依据；

在准备供热之前，关闭所述第一隔断截止阀（1）和所述第二隔断截止阀（2），打开所述第一旁通截止阀（4）和所述第二旁通截止阀（7），使上游的所述供水干管（9）、所述回水干管（13）与所述第一旁通管（3）连通形成上游环路，同时使下游的所述供水干管（9）、所述回水干管（13）与所述第二旁通管（6）连通形成下游环路；

打开所述第一定压截止阀（12）和所述第二定压截止阀（16），利用所述第一定压装置（11）和所述第二定压装置（15）分别对上游环路和下游环路进行定压；

将所述第一旁通截止阀（4）调至额定开度，变频启动所述供水泵（10）、所述回水泵（14）和所述旁通加压泵（8），使上游环路和下游环路中的水流动起来，直至达到管网设计流量，管网进入隔断运行模式，在运行中，根据实时监测的压力数据，对所述旁通节流阀（5）和所述旁通加压泵（8）进行调节，确保所述第一隔断截止阀（1）两侧压力相等，同时确保所述第二隔断截止阀（2）两侧压力也相等；

打开所述第一隔断截止阀（1）和所述第二隔断截止阀（2），然后关停所述旁通加压泵（8），关闭所述第一旁通截止阀（4）、所述第二旁通截止阀（7）和所述第二定压截止阀（16），所述第二定压装置（15）撤出不再参与定压；此时，所述第一旁通管（3）和所述第二旁通管（6）已被关断，原本流入所述第一旁通管（3）的水通过所述第一隔断截止阀（1）进入下游，原本流入所述第二旁通管（6）的水通过所述第二隔断截止阀（2）进入上游，上、下游被打通，供热管网进入直连运行模式，开始供热；

准备停止供热时，先打开所述第一旁通截止阀（4）和所述第二旁通截止阀（7），然后变频启动所述旁通加压泵（8），原本流入所述第一隔断截止阀（1）的水进入所述第一旁通管（3），原本流入所述第二隔断截止阀（2）的水进入所述第二旁通管（6），此时关闭所述第一隔断截止阀（1）和所述第二隔断截止阀（2），打开所述第二定压截止阀（16），所述第二定压装置（15）开始为下游定压，供热管网进入隔断运行模式；

变频关停所述供水泵（10）、所述回水泵（14）、所述旁通加压泵（8），供热管网停运，供热结束。