供热循环系统中的各种阻力分析

河南华美节能技术有限公司
技术部
供热循环系统的阻力主要来自两个方面，一是热水在输送管道中流动产生的阻力，叫做沿程阻力；二是由于各种水利元件和供热设备对水的流动产生的阻力，叫做局部阻力。对于沿程阻力，根据规范中规定：最不利环路的比摩阻应在30-60Pa/m，其它环路的比摩阻应小于等于300 Pa/m，同时循环水的流速小于等于3m/s。对于各种供热设备的局部阻力，不同的产品有不同的标准。供热系统最不利环路中的局部阻力和沿程阻力的大小决定了选用循环水泵扬程的大小，循环水泵扬程的大小直接影响着水泵电耗的大小，因此，有必要对供热系统中，涉及最不利环路的各种阻力进行仔细的分析。 　　一、热源的阻力 　　供热系统的热源有两种主要形式，一种是热水锅炉直接供暖的形式，另一种是换热器换热间接供暖的形式。 　　1、锅炉:供热系统中使用的锅炉大多是热水锅炉，根据其额定发热量的大小分为7Mw、14 Mw、29 Mw、58 Mw等多种规格，根据其热媒参数可分为95/70°C、115/70°C、150/90°C等，其中95/70°C、115/70°C的两种参数的锅炉应用比较多。锅炉在通过额定水量的情况下，锅炉的阻力应在40-80Kpa之间。在供暖实际中，造成锅炉阻力增大的原因主要是锅炉通过的实际水量大于其额定的循环水量。 　　在锅炉的铭牌参数里，并没有提供额定循环水量的数据，具体到一台锅炉具体的循环水量是多少呢？可以通过下面的公式进行计算：
G＝860*Q/(tg-th)　　G：锅炉的额定循环水量，单位m3/h　　Q：锅炉的额定发热量，单位Mw.　　tg-th：锅炉的额定进水温度与出水温度之差，单位°C。
对于锅炉的循环水量允许有一定的波动，波动的范围应小于20%。当实际流量超过额定流量过大时，大大增加锅炉的阻力；当实际流量低于额定流量过小时，会使锅炉内的部分管束流量发生偏流，造成局部汽化或爆管。 　　我国的锅炉标准最低热媒参数是95/70，供回水温差是25度，而实际供热运行中，供回水的温度一般在10-20之间，即使是20的供回水温差，与锅炉的额定温差相比还差5度，当锅炉满负荷运行时，根据锅炉产热和热用户散热的平衡关系可以计算出锅炉的循环水量为：
对于14Mw，95/70°C的锅炉：　　额定流量：860*14/25＝482m3/h　　　实际流量：860*14/20＝602m3/h
对于14Mw，115/70°C的锅炉：860*14/45＝268m3/h　　　　实际流量：860*14/20＝602m3/h
假如锅炉在额定水量下运行，其阻力是50Kpa，在上述流量下运行时的阻力是：
对于14Mw，95/70°C的锅炉实际阻力是：　　(50/482)*602*602＝79Kpa
对于14mw，115/70°C的锅炉实际阻力是：　　(50/268)*602*602＝252Kpa
两种不同参数的锅炉阻力分别增长了29Kpa和202Kpa。
锅炉阻力的增加也就是增加了循环泵的负担，增加了电耗，因此要把锅炉的阻力降低到合理的程度，具体的方法是根据锅炉流量增加的程度，增加一条与锅炉并联的分流管道，分流的管径应进行合理的计算确定，分流管道上安装的阀门应该使调节阀或平衡阀，不应是蝶阀或闸板阀。应用时使用流量计测定锅炉的实际水量来决定阀门的开启程度。

2、换热器
供热系统中常用的换热器是板式换热器，换热器对于热媒参数和循环流量的要求不向锅炉那样严格，但过高的流量同样会大大增加换热器的阻力，影响水泵出力。换热器的阻力一般是2-5米。
实例：吉林省某市锅炉房，两台循环泵流量600m3/h，扬程55m，电机功率132Kw，三台7Mw热水锅炉，运行中发现水泵的流量仅370 m3/h，通过仔细查找，发现因为只运行一台锅炉，370 m3/h的循环水全部通过锅炉，而锅炉的额定水量是240 m3/h，锅炉的阻力为16Kpa，为减少锅炉阻力将第二台锅炉打开。同时打开两台锅炉后，锅炉阻力下降到60Kpa，水泵的流量增加到550 m3/h，每台锅炉通过的水量为275 m3/h，是额定流量的98%，系统工作良好。
二、除污器
在循环泵的进口前，都安装有除污器，目的是清除管道中的杂质，保证水泵和锅炉的安全运行。除污器的阻力一般在1-2米之间。出现除污器阻力增大的原因有以下几个方面：第一，除污器堵塞，这种原因在现场见到的比较多，第二，非正常原因，如用原有的两个小型号的除污器并联安装在大一号的管道上；使用自制的除污器在制作当中流通面积制作不合理。
实例：延吉地区某锅炉房，会水母管管径是DN500，采用原来以俩的两台DN350的除污器，在供热面积近70%时，发现除污器阻力已达50Kpa，第二年供热面积要达到100%，根据计算，其阻力将达到102Kpa。该公司表示今年由于已经运行，不便改变，明年一定按笔者的方案改正。
三、循环泵进出口的阻力
水泵进出口阻力的大小取决于水泵进出口各种水利元件的阻力和进出口管道的阻力，正常情况下，从水泵进水管与回水母管连接处到水泵出水管与系统供水母管的连接处，之间的阻力损失在30-60Kpa之间，而实际在供热系统中，这个阻力多达到50-100Kpa之间，只是由于这段阻力在现场不容易发现而被人忽略。
水泵的进口与出口管径一般情况下要小一号，进口的水流速度在2.5-3m/s，出口的水流速度一般2-2.5m/s，这样的流速对于管道来讲比摩阻将达到200Pa/m-300Pa/m，所以无论对于管道还是对于水利元件，都将产生巨大的阻力。
如：某单位水泵，型号SB-ZL-250-200-340A，进水管DN200，出水管DN250，流量800 m3/h扬程32米，电机功率90Kw，泵的效率86%，转速1450转/分。
先按进水管DN250出水管扩一号也是DN250进行计算。
进水管的水利元件有三同一个，闸阀一个，软连接一个。局部阻力系数：
1＋0.5＋2＝3.5
出水管的水利元件有大小头一个，软连接一个，止回阀一个，闸阀一个，三通一个，局部阻力系数：
0.3+2+3+0.5+1.5＝7.3
当水的流量是800 m3/h时，流速为4.145m/s，
水泵进出口连接母管的管道DN250的比摩阻是796Pa/m，按水泵进出口管道总长度20米计算：796*20/10000＝1.6米
进水管的阻力：P＝S*V2/2g＝3.5*4.145*2/2*9.8＝3.1米
出水管的阻力：P＝S*V2/2g＝7.3*4.145*4.145/2*9.8＝6.4米
进出口阻力合计为3.1+6.4+1.6＝11.
再按进水管和出水管都扩大到DN300进行计算：
水的流速为2.927m/s.
水泵进出口连接母管的管道DN300的比摩阻是294Pa/m，按水泵进出口管道总长度20米计算，294*20/10000＝0.6米。
进水管的阻力：P＝S*V2/2g＝3.5*2.927*2/2*9.8＝1.5米
出水管的阻力：P＝S*V2/2g＝7.3*2.927*4.145/2*9.8＝3.2米
进出口阻力合计为1.5+3.2+0.6＝5.3米
供热规范中规定：供热系统最不利环路中的比摩阻为30Kpa-60Kpa，其它环路的比摩阻不能大于300Pa/m，同时水的流速不能高于3m/s。对于供热循环泵的进出口的管道，属于供热系统中所有环路包括最不利环路中的一部分，它的比摩阻如何取规范中没有明确规定。在上面的分析中，当管道比摩阻294Pa/m时，水泵进出口的阻力是5.3米。因此，我个人观点，在条件许可的情况下，水泵进出口的管道管径还应适当加大。
四、热用户
对于热用户，一般情况下一热用户的入口阀门井为界，阀门井以里属于热用户系统，这里的热用户指的是一般住宅。根据热用户室内系统的不同形式，其阻力大小也不同。传统的上给下回单管串联系统，它的阻力大小是5Kpa-20Kpa，新建的立管在楼梯间的分户控制一户一环系统，它的阻力一般是20Kpa-40Kpa，原上给下回式单管串联系统改造成的一户一环分户控制系统，它的阻力一般是30Kpa-60Kpa。以上给出的都是根据多个热力公司的实际得出的数据。
热用户的阻力大小设计院设计的都比较合理，对于原有热用户的分户控制改造，由于各用户室内装修的限制，影响分户之后的管道铺设造成用户阻力较大，这一点应尽量避免或减少。
五、阀门井
传统的阀门井里面的水力元件有供、回水阀门和除污器，其中供回水阀门的阻力小于10Kpa，除污器的阻力略大，一般10Kpa左右。一般情况下，除污器在经过一个采暖期运行之后，都会拆除不用。
随着集中供热的发展，供热面积越来越大，“近热远冷”的水力失调现象很是严重，为此，很多热力公司在阀门井里安装了“爱能牌”自力式流量控制阀，用以解决水力失调现象的发生。而自力式流量控制阀是一个阻力可变的水力元件，根据生产厂家的不同、阀体大小的不同，其阻力值也不相同，范围一般在30Kpa-60Kpa，这个阻力很大，在选择该产品是，一定要选择阻力比较小的产品。
如我公司，在一个小区里同时安装了“爱能牌”自立式流量控制阀和另一厂家生产的自力式流量控制阀，使用中发现安装“爱能牌”自力式流量控制阀的用户热，安装另一厂家自力式流量控制阀的用户不热，究其原因是由于两个厂家的产品阻力不同所致。
由于自力式流量控制阀的阻力比较大，我们一般不在最不利环路上进行安装，而只将其安在前端和中端用户。
结论：
对于锅炉房锅炉的阻力应控制在40-80Kpa，换热器的阻力应控制在20-50Kpa，水泵的进出口阻力控制在30-50Kpa，除污器的阻力控制在10-20Kpa，阀门井里的阻力30Kpa以下，用热户的阻力控制在30Kpa以下。这样的阻力分配是目前比较经济的，并且能够完全满足大多数单位的供热运行状况。