供热系统中自力式压差控制阀实现高低区直接连接
摘要：介绍了高层建筑供热系统的设计方式及各自特点。提出采用自力式压差控制阀等常用控制阀门，实现高层建筑高区与低区供热系统直接连接的供热形式。
1 概述
随着我国国民经济和城市建设的飞速发展，各地区的高层建筑不断涌现。对于高层建筑的供热系统，常采用以下几种形式：
① 为高层建筑的高区部分单独设一台锅炉或换热器以及相应的管道，也就是把高区供热系统与低区供热系统隔绝，形成两个独立的供热系统，这种方法安全、可靠，但是造价太高，运行成本也高。
② 使用双水箱系统，即在高层建筑中设立两个保温水箱及两个专门的水箱设备间，不仅增加工程造价，而且高位水箱是开式的，使循环水中的溶解氧大大增加，加剧供热系统的氧腐蚀。循环水在两个水箱中多次流进流出，热损失很大。
③ 使用专用的高低区直接连接供热设备，这虽然保证了低区的安全运行，消除了高低区供热不平衡的现象，提高了供热质量，但是这些设备一般结构较为复杂，不易维护，对运行人员的素质要求较高，造价也偏高。
本文介绍一种采用自力式压差控制阀与电磁切断阀等装置，实现高低区供热系统的直接连接供热方案。这种方案主要涉及到下列设备：自力式压差控制阀、流量控制阀、电磁切断阀、自动安全阀、循环泵、补水泵。下面通过典型小区的设计实例，对这种方案进行介绍。
2 工程应用
① 工程概况
某小区为24层的高层住宅，充水高度为76m。供热系统在第12、13层之间竖向分为高区和低区，其中高区的供热面积为11426m2，低区的供热面积为20474m2，高低区均采用上供下回式分户供热系统。室外管网设计供、回水温度为80、60℃。
② 热力站工艺流程
热力站的工艺流程见图1。高低两区回水管道进入热力站后，高区二级回水首先经过站内除污设备，再经过流量控制阀、自力式压差控制阀等装置，对高区二级回水的流量和压力进行调整后，与低区二级回水共同汇入站内回水总管进入换热器换热，然后由供水管道输送到各自的循环泵进行供热。为避免出现高低区抢水的现象，在高区进站回水管道上安装自力式流量控制阀，通过自力式流量控制阀对高区供热系统的流量进行控制，保证了高区循环泵不对低区产生抢水现象[1]。在高区二级回水管道上安装常开式电磁切断阀，以备供热期间热力站突然停电时能够迅速隔断高低区供热系统。这样，在自力式压差控制阀、流量控制阀、电磁切断阀等设备的共同协作下，形成了高层建筑高区与与低区供热系统直接连接的供热形式。
③ 设备选型
循环泵分为高区循环泵和低区循环泵，其中高区循环泵的额定流量为45m3/h，扬程为32m；低区循环泵的额定流量为80m3/h，扬程为32m。为保证所有热用户系统不出现倒空现象，高区静水压线高度应定在80m(充水高度76m，加上4m的安全裕量)；低区静水压线高度约45m。热力站仅设高区补水泵，补水泵的额定流量为5.5m3/h，扬程为80m。
若不在高低区之间设置减压装置，高低区之间不但发生抢水现象，而且将会使高层建筑底层用户的供暖设施出现超压危险。因此，为保证高区与低区供热系统直接连接供热，必须满足以下要求：高区和低区供热系统无论在运行状态还是在停运状态，高区的压力不能传递到低区，影响低区的安全，造成低区供暖设施超压。高区循环泵只能给高区提供适当的流量和适当的压头，不能过量，不得发生对低区的抢水现象。高区热用户供暖系统内要充满水，不能有空气。
为满足以上要求，合理选择自力式压差控制阀是关键。自力式压差控制阀是目前应用最多、泛的水力平衡阀门之一，其主要功能是控制热网中某条支线或某个用户的供回水压差，保持其基本恒定，从而使用户主动变流量运行的热网保持水力平衡。在运行过程中，自力式压差控制阀自身消耗的压差则是变化的，是通过调整自身的相对开度，实现被控对象的压差恒定。
该热力站正是利用自力式压差控制阀的这种功能，在高区二级回水管道适当位置安装自力式压差控制阀，对高区的高压回水进行减压，以实现在系统运行过程中，自力式压差控制阀前后的压差可保持基本恒定。在系统停止运行时，整个管网的静压水头有达到一致的趋势，而自力式压差控制阀则通过减小开度竭力维持原有的压差基本不变，直至关闭[2]。
根据高区循环泵的额定流量45m3/h，以及该建筑高区静水压线高度80m、低区静水压线高度45m，运行状态下，自力式压差控制阀需要吸收的压差为35m。
自力式压差控制阀流量系数Kv的计算式为[3]：
Kv=q(0.1△p)0.5 (1)
式中Kv——自力式压差控制阀流量系数，m3/h
q——自力式压差控制阀的流量，m3/h，为45m3/h
△p——自力式压差控制阀需要吸收的压差，m，为35m
由式(1)计算得，Kv=84.19m3/h。某型号自力式压差控制阀技术参数见表1。按该型号自力式压差控制阀样本提供的流量系数，选择规格为DN100mm的自力式压差控制阀可满足要求。选取阀门口径过小，使阀门在其控制流量范围的工作，极易产生噪声。选取阀门口径过大，使阀门在其控制流量范围的低端工作，系统流量变化范围过大，易造成阀外管道系统水力失调，同时也造成经济上的浪费[1]。
表1 某型号自力式压差控制阀技术参数
公称直径/mm | 流量系数Kv/(m3·h-1) | 工作温度/℃ |
15 | 4.0 | 200 |
20 | 6.3 | 200 |
25 | 8.0 | 200 |
32 | 16.0 | 200 |
40 | 20.0 | 200 |
50 | 32.0 | 200 |
65 | 50.0 | 200 |
80 | 80.0 | 200 |
100 | 125.0 | 200 |
125 | 160.0 | 200 |
150 | 280.0 | 140 |
200 | 320.0 | 140 |
250 | 400.0 | 140 |
3 结语
采用此方案进行高层居住建筑高低区供热系统的直接连接供热，在不改变原来供热系统的运行方式、运行参数和运行工况的情况下，只增加几种水力平衡阀门配合使用，就可以实现高低区的压力隔绝，运行起来互不影响，与以往的其他形式相比，此种方案具有简单、经济、实用的特点。
（ 科技创新 谋求 ）
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