Trabajo de investigación matemática sobre fugas en tuberías de agua

La red de tuberías de agua caliente y calefacción central de Tianjin Thermal Power Company (en lo sucesivo, red de tuberías de agua caliente) utiliza la planta de energía térmica n.° 1 de Tianjin como fuente de calor, con una longitud total de 66,4 kilómetros y una superficie total de calefacción de 3,08 millones de metros cuadrados. El tipo de calefacción de la red de agua caliente es la calefacción intermitente y hay 322 estaciones de calefacción que proporcionan calefacción intermitente. La línea principal se puede dividir en la línea principal sur de la red de agua y la línea principal norte de la red de agua. El plano de la estructura topológica de la red de tuberías se muestra en la siguiente figura:

Figura 1 Diagrama esquemático de la topología de la red de tuberías de Tianjin Thermal Power Company

Los años de operación y ajuste reales han Se muestra que las características de la red de tuberías de agua caliente son las siguientes:

1) Hay muchas centrales térmicas y es difícil adecuar la red primaria.

Aunque el área total de calefacción de la red de agua caliente es de aproximadamente 3 millones de metros cuadrados, lo cual no es mucho, el número total de estaciones de calefacción es más de 300 y el área promedio de calefacción de Cada estación de calefacción tiene menos de 1.000 metros cuadrados. Un número tan grande de estaciones termales es extremadamente raro en China. El número de edificios correspondientes a este tipo de estaciones de calefacción de red de agua caliente es pequeño y el ajuste de la red secundaria es difícil. Sin embargo, en la red primaria, debido al gran número de centrales térmicas, las características de gran inercia, gran acoplamiento y poca estabilidad de la red térmica, así como problemas en el sistema y gestión de algunas centrales térmicas, el ajuste de La red primaria es difícil y requiere un alto contenido técnico y de gestión.

2) La red de tuberías está bien organizada y la zona de calefacción está despejada.

Toda la red de agua caliente se puede dividir en dos líneas principales, la troncal sur y la troncal norte, y tres grandes zonas: la zona de salida de la central eléctrica, la zona de la troncal norte y la Quinta Avenida. área. La red de tuberías está bien organizada y las zonas de calefacción están despejadas.

3) En la red de tuberías de agua caliente, el diámetro de la tubería principal es relativamente grueso y el consumo de resistencia es relativamente pequeño. Por ejemplo, en el área de la Quinta Avenida, excepto para las tuberías DN300, la resistencia a la fricción específica de las líneas principales y ramales generalmente está dentro de los 10 Pa/m, de modo que los cabezales de presión de la primera etapa de varias estaciones de calefacción en el área de la Quinta Avenida, excepto Chongqing Road no es muy diferente y la calefacción El efecto es cercano.

Hacer preguntas

2.1 Desequilibrio operacional

Perseguir la estabilidad de las condiciones térmicas, ni desalineación horizontal ni vertical, para que la temperatura ambiente en cada habitación calentada sea uniforme Es un objetivo importante para la regulación del funcionamiento del sistema de calefacción.

Debido a la gran cantidad de centrales térmicas en la red de tuberías de agua caliente, la mayoría de las cuales son centrales térmicas públicas tienen una larga vida útil, la mayoría de los equipos están envejecidos y la administración. Es relativamente difícil, lo que también trae muchos problemas a los ajustes de operación. La gran dificultad ha dado lugar al modo de operación "gran diferencia de temperatura, flujo pequeño", lo que hace que las condiciones de operación reales de la red de tuberías de agua caliente se desvíen seriamente de las. condiciones de diseño.

Las condiciones de trabajo de diseño son: la diferencia de temperatura de diseño entre el suministro de la red primaria y el agua de retorno es de 30 °C, y el caudal de diseño es de 4300 t/h;

Operación real [ Situación: la diferencia de temperatura real entre el suministro de la red primaria y el agua de retorno no supera los 20 ℃, el flujo total de agua caliente durante el período de frío severo es de aproximadamente 6000 t/h.

En los últimos años, la red de tuberías de agua caliente de las empresas de calefacción ha estado funcionando con un "gran caudal y una pequeña diferencia de temperatura". Las dos bombas de circulación (2 en uso y 1 en espera) de la planta de generación de calor están funcionando a plena carga, con un caudal total de agua caliente de aproximadamente 6.000 t/h, lo que se desvía seriamente de las condiciones de diseño, y las condiciones hidráulicas son Gravemente desequilibrado. La diferencia de temperatura entre el agua de suministro y de retorno bajo la carga de calor máxima no supera los 22 °C.

Según la experiencia operativa anterior, entre las dos áreas principales de calefacción, el área de salida de la planta de energía tiene el mejor efecto de calefacción, seguida por el área de la línea principal norte, la peor es el área de la Quinta Avenida y la peor. es la tercera área de Chongqing Road del área de la Quinta Avenida (afectada por el cuello de botella de Malian Road, como se muestra en la Figura 1). Las centrales térmicas con un ratio de caudal superior a 1,2 se distribuyen generalmente en la zona de salida de la central, aquellas con un ratio de caudal entre 1,0 y 1,2 se sitúan generalmente en la zona de la Línea Principal Norte, y aquellas con un ratio de caudal inferior a 0,8 se sitúan generalmente en la zona de la Quinta Avenida.

Las razones principales de este fenómeno son que el funcionamiento de la red de calefacción no se ajusta en el lugar, la diferencia de temperatura y la diferencia de presión de la red de tuberías no están completamente establecidas, la temperatura del agua de retorno cercana es alta, la diferencia de temperatura es pequeña y sobrecalentada, y la temperatura del agua de retorno remota es baja y la diferencia de temperatura es baja. El modo de operación de alto flujo no puede eliminar fundamentalmente el desequilibrio horizontal del sistema, es decir, el problema de la distribución desigual del calor entre los usuarios no se ha resuelto. Según los datos de operación real de la red de tuberías, el desequilibrio horizontal de la red de tuberías de agua caliente real es del 21,4% (una red de tuberías bien regulada es de aproximadamente 8% -15%, y una red de tuberías con un sistema de monitoreo automático es de aproximadamente 8% -15%). 1% -5%), el desequilibrio de niveles es grave.

2.2 Los peligros del "gran flujo y pequeña diferencia de temperatura"

La esencia del modo de funcionamiento "gran flujo y pequeña diferencia de temperatura" es reducir la capacidad de disipación de calor del entorno cercano. Intercambiador de calor de extremo aumentando el flujo de la red de tuberías El aumento de la capacidad de disipación de calor del intercambiador de calor remoto puede aliviar el desequilibrio de las condiciones térmicas hasta cierto punto, pero tiene grandes limitaciones, por ejemplo, el consumo de energía correspondiente es muy alto. grande. Cuanto más aumenta el flujo del sistema, mayor es el consumo de energía.

En el modo de funcionamiento de gran caudal, el ajuste del funcionamiento del sistema tiene las siguientes desventajas:

1) Alto consumo de energía por metro cuadrado.

El modo de operación de gran flujo se logra aumentando el flujo del sistema. La potencia del eje de la bomba tiene una relación cúbica con el caudal de la bomba. Por cada aumento del 25% en el caudal, el consumo de la bomba se duplica. Por lo tanto, el método de operación de alto flujo conlleva un enorme consumo de energía eléctrica, lo que hace que el sistema de calefacción consuma una gran cantidad de electricidad por metro cuadrado.

2) Alto consumo de calor por metro cuadrado

Debido a que es imposible aumentar el caudal infinitamente, el modo de funcionamiento con un caudal grande a menudo no es suficiente para eliminar el calentamiento desigual y enfriamiento de los usuarios, y el sistema todavía existe Punto frío. En este momento, a menudo es necesario aumentar la temperatura del suministro de agua del sistema para aumentar la temperatura ambiente promedio del usuario final, mejorando así el efecto de calentamiento. Esto es a expensas del consumo de energía térmica, lo que resulta en un mayor consumo de calor. por metro cuadrado del sistema de calefacción;

3 ) Se reduce la capacidad de ajuste del sistema.

Cuanto mayor sea el caudal, peor será el rendimiento de regulación del sistema. Es difícil para el usuario de calor terminal alcanzar el caudal ideal requerido porque la capacidad de entrega requerida por el sistema excede la elevación máxima proporcionada. por la bomba de circulación de agua.

La red de tuberías primaria opera en condiciones de "gran flujo y pequeña diferencia de temperatura", lo que conduce a un grave desequilibrio en las condiciones hidráulicas de la gran red, y el calentamiento y enfriamiento desigual de los usuarios es muy obvio. . El equipo de intercambio de calor de cada central térmica no puede funcionar según los parámetros nominales, lo que hace que la red de tuberías secundarias se desvíe de las condiciones de diseño, creando un círculo vicioso. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de mejorar la economía de la red de tuberías de agua caliente, mejorar la capacidad de transmisión y distribución de la red de tuberías, mejorar la calidad de la calefacción, ahorrar energía y reducir el consumo al mismo tiempo, para cumplir. las necesidades de desarrollo de la carga de calefacción de la red de tuberías de agua caliente, cambiar las condiciones operativas de la red de tuberías de agua caliente son inminentes.

3. Solución al problema

El gran caudal es un método de operación hacia atrás. Se debe explorar continuamente la experiencia en el ajuste de la operación, las condiciones de operación hacia atrás deben cambiarse gradualmente y el diseño. establecerse cerca de Las diferencias de temperatura y presión de funcionamiento de la red de tuberías en condiciones de trabajo promueven un círculo virtuoso en el diseño y funcionamiento del sistema de calefacción. Durante la temporada de calefacción de 2006, nuestra empresa realizó ajustes a gran escala en toda la red. Dado que el sistema de monitoreo automático de la red de tuberías de agua caliente aún no se ha establecido por completo, el ajuste manual sigue siendo el principal método de ajuste. Por lo tanto, el análisis técnico y la gestión en el trabajo de ajuste son particularmente importantes.

3.1 Orientación teórica para la operación

En primer lugar, nuestra empresa obtuvo el caudal de diseño y la altura de capital de cada estación térmica a través de repetidos cálculos hidráulicos, y midió los principales caudales utilizados por nuestra La curva característica de la válvula reguladora de caudal se utiliza para calcular la apertura de la válvula de cada estación, como se muestra en la siguiente figura:

Según el resultado de este cálculo, en la red de tuberías de agua caliente, se dispone de una válvula. con un método de regulación de flujo constante. Se puede configurar el valor del flujo y se puede configurar el valor de presión para la válvula utilizando el método de ajuste de diferencia de presión constante. La estación térmica que utiliza la válvula reguladora de flujo puede lograr un ajuste preliminar de la estación térmica. ajustando la apertura de la válvula. En el funcionamiento real, debido a la influencia de la apertura de válvulas relacionadas, como la tubería principal y los ramales de la red de tuberías, así como a la desviación de las características de resistencia de cada elemento de la red de calefacción en el cálculo, habrá algunas desviaciones. de los valores orientativos y todavía se necesitan ajustes finos.

3.2.Medidas de implementación

Como se mencionó anteriormente, completar la regulación de 300 centrales térmicas es complicado, y si el método de implementación es factible también es la clave para determinar si el trabajo de regulación puede realizarse. progresar normalmente. Las formas de implementación de este ajuste son las siguientes:

1) Realizar por etapas y de forma planificada.

El ajuste se divide en tres etapas, a saber, la etapa experimental, la etapa de ajuste preliminar y la etapa de ajuste fino.

La fase experimental se llevó a cabo al finalizar el calentamiento en 2005. El objetivo principal es cambiar el modo de funcionamiento experimental de la red de agua caliente y estudiar las características de la red. Después de un extenso trabajo experimental en la red de tuberías preliminar y los usuarios, la planta de energía apagó una bomba de circulación y el caudal cayó de 6.000 toneladas/hora a 4.800 toneladas/hora. En ese momento, no había diferencia de presión entre el ramal de Binjiang Road, el ramal de Hebei Road y los extremos de Xinhua Road de la línea norte y de regreso al ramal de Jinhui y los extremos de la Quinta Avenida de la línea sur. La temperatura del suministro de agua en estas estaciones sin diferencia de presión era 5 u 8 grados más baja que la temperatura normal. Con base en este experimento, básicamente dominamos las principales características de la red de tuberías de agua caliente.

La etapa de ajuste inicial se llevó a cabo en la etapa inicial de calefacción y refrigeración en 2006, basándose en el principio de relación de distribución de flujo. Analizamos cuidadosamente los datos de 300 estaciones de intercambio de calor y redes de tuberías, determinamos la dirección de los esfuerzos para cambiar el modo de operación, recalculamos y determinamos las relaciones de flujo requeridas para las más de 300 estaciones de intercambio de calor y líneas troncales norte-sur, y dividimos todos usuarios en la Categoría III: 93 estaciones de sobrecalentamiento son el primer lote de estaciones de intercambio de calor ajustadas, 82 estaciones de intercambio de calor con temperaturas moderadas son el segundo lote de estaciones de intercambio de calor ajustadas y el resto son la tercera categoría de estaciones de intercambio de calor. Cada ajuste se realiza en el orden de los tres tipos de estaciones de intercambio de calor: sobrecalentamiento - moderado - no caliente, para minimizar la influencia de las características de acoplamiento del sistema y realizar el ajuste en la dirección correcta.

En la etapa de ajuste fino, después de la etapa de prueba y la etapa de ajuste preliminar, se han establecido básicamente las condiciones de flujo de toda la red de tuberías de agua caliente. El trabajo de ajuste se lleva a cabo principalmente para térmicas especiales. estaciones causadas por un alto consumo de calor y una baja eficiencia de intercambio de calor. El principio fundamental es ajustar según la diferencia de temperatura de cada estación térmica.

2) Orientación teórica científica y múltiples condiciones de prueba en paralelo.

Durante toda la fase de depuración, se recopiló una gran cantidad de datos para cada ajuste, y el siguiente plan de ajuste se determinó en base a estos datos, de modo que cada plan de ajuste fue meticuloso y reflexivo, y los medios de ajuste y los métodos tenían una base científica.

Al mismo tiempo, en el plan de puesta en servicio, se prepararon dos conjuntos de modos de operación, operación de la red de anillo y operación de la red de sucursales en diferentes condiciones, para la Línea Principal Sur. Existen objetivos de ajuste claros y detallados para el modo de operación de la red de tuberías secundarias y el estado de apertura y cierre de cada válvula secundaria y troncal.

3) Se completó el trabajo preparatorio, lo que permitió que el ajuste general se desarrollara sin problemas.

Durante la depuración de este año, utilizamos ejemplos para centrarnos en analizar hogares clave, eliminar defectos y eliminar obstáculos. al ajuste. Por ejemplo, la válvula de control de flujo de primer nivel del Golden Building DN200 nunca se había ajustado antes, porque la tapa de la válvula de la varilla de ajuste ha estado oxidada durante mucho tiempo y la tapa de la válvula es relativamente gruesa. Se necesitan sujetar la tapa de la válvula, y mucho menos el mantenimiento. Incluso el equipo de subcontratación no tiene herramientas tan grandes y las válvulas se fabrican en China y no están equipadas con herramientas de ajuste especiales. Como resultado, la diferencia de temperatura máxima entre el suministro y. El agua de retorno en la estación es de sólo 5 a 6 grados. Este verano superamos todo tipo de problemas. Se reparó la válvula y se hizo una llave de ajuste especial. Después de 5 ajustes de la estación, la temperatura del agua de suministro y retorno principal de la estación alcanzó más de 25 grados, y la válvula que se había abierto completamente a 25 vueltas se ajustó a 5,5 vueltas. Identificamos el problema de la distribución desigual del flujo en las zonas alta y baja y nos convencimos para instalar válvulas reguladoras en las zonas alta y baja, lo que obtuvo la comprensión y el reconocimiento de los usuarios. Las válvulas reguladoras de flujo de cinco estaciones, incluido el Departamento de Mantenimiento de Aviación de Geely y Hayes, también se sometieron a mantenimiento. Ya este verano, no solo transformamos el equipo de la estación de intercambio de calor, sino que también eliminamos los problemas existentes en la red de tuberías, como la transformación de las redes Nantongli, Gangjianli y L_secundaria, transformando los sistemas domésticos en Chongrenli y Nantongli, eliminando lo oculto; Se han eliminado los peligros de las redes secundarias interiores y se han logrado buenos resultados. Se han eliminado y mejorado algunos calentadores de habitaciones que no habían estado calientes durante muchos años debido a incrustaciones prolongadas en las tuberías de calefacción. Se ha recuperado la mayoría de las tarifas de calefacción adeudadas antes de la calefacción, evitando el uso de mayores caudales para cubrir los secundarios. defectos.

3.3. Resultados anuales de explotación

Las curvas de variación de temperatura del agua de ida y retorno en la temporada de calefacción de 2005 y 2006 son las siguientes:

Las curvas de ida y retorno Temperatura del agua en la temporada de calefacción de 2005 y 2006 Curva de cambio de temperatura del agua.

Como se puede ver en la figura, en la temporada de calefacción de 2006, al controlar el caudal de la red de tuberías de agua caliente por debajo de 5000 t/h, bajo la misma carga de calor, la diferencia de temperatura entre el primario El suministro de la red y el agua de retorno aumentaron en casi 5 ℃. Después de casi una temporada de calefacción, el efecto operativo es mucho mejor que en años anteriores.

1. El rendimiento de la red de tuberías puede alcanzar las 6.000 t/h, pero tras el ajuste se reduce a 5.000 t/h, dejando a la red de tuberías un margen de 1.000 t/h para suministro de calor externo. , proporcionando capacidad suficiente para futuras cargas de desarrollo.

2. Bajo la condición de flujo de 5000 t/h, la diferencia de presión entre el agua de suministro y de retorno en la red de tuberías aumenta, lo que hace que la carga de capital de la terminal aumente y la red de tuberías tiende a ser virtuosa. ciclo.

3. Debido al ajuste exitoso de este año, se ha ampliado la diferencia de temperatura entre el suministro primario y el retorno, lo que mejora la eficiencia del intercambio de calor del intercambiador de calor y puede aprovechar al máximo su eficiencia energética.

4. Después de que la red de tuberías se ajustó a 5000 t/h, la presión del suministro de agua de la planta de energía cayó en 0,1 MPa y los puntos de fuga de la red de tuberías se redujeron significativamente, lo que mejoró la confiabilidad de la red. operación segura de la red de oleoductos.

4. Conclusiones y sugerencias

Comparando los parámetros de funcionamiento de la temporada de calefacción en años anteriores, en la temporada de calefacción 2005-2006, controlamos el caudal de la red de tuberías de agua caliente por debajo de 5000. t/h En las mismas condiciones, la temperatura del suministro de agua de la red primaria aumenta y la diferencia de temperatura entre el agua de suministro y de retorno aumenta en 5 °C. A través de la operación en la pasada temporada de calefacción, el efecto de operación fue significativamente mejor que en años anteriores, de la siguiente manera:

1) El desequilibrio de las condiciones hidráulicas se ha aliviado en gran medida.

2) Después de repetidos ajustes en la etapa inicial de calentamiento, el fenómeno de calentamiento y enfriamiento desiguales casi ha desaparecido.

3) El efecto de la calefacción es mejor que en años anteriores y el número de llamadas que reflejan una calefacción insuficiente se ha reducido significativamente.

Se puede ver que la gran red de tuberías de agua caliente funciona bajo los parámetros de "flujo pequeño, diferencia de temperatura grande", las condiciones hidráulicas están más equilibradas, la calidad de la calefacción mejora enormemente y tiene excelentes potencial de desarrollo de carga.

En el futuro, la red de tuberías se ajustará aún más para aumentar la carga de calefacción y al mismo tiempo aumentar la diferencia de temperatura entre el agua de suministro y de retorno para acercarla a la diferencia de temperatura de diseño, explorar profundamente el potencial de calefacción y mejorar aún más la transmisión. y la capacidad de distribución de la red de tuberías, mejorar aún más el equilibrio de la red de tuberías y fabricar grandes tuberías de agua caliente. El modo de funcionamiento de la red es más razonable y estandarizado, lo que ahorra energía y reduce el consumo.

Materiales de referencia:

(1) He Ping, Sun Gang, Heating Engineering (M). Prensa de la industria de la construcción de China, 1993.

(2)я. Red de calefacción y calefacción m Beijing: Machinery Industry Press, 1988.