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標簽：自力式壓差閥|靜態平衡閥
水力失調和水力平衡問題，一直是集中供熱系統運行中的不可忽視的問題。但對這兩方面的問題進行深入研究的文獻卻很少。在此，作者對該問題談幾點個人看法，以供參考。
01水力失調的產生原因
集中供熱系統的水力失調包括靜態水力失調和動態水力失調兩種類型。
（1） 靜態水力失調
假定一個供熱系統包括多個并聯用戶，每個用戶所需流量可按其各自的熱負荷 ，利用公式G=0.86*Q/Δt計算得到；而每個熱用戶的實際流量則是由各自的資用壓力（差）Δp和各用戶支路的實際阻抗值S確定的，可用公式G′=(ΔP/S)¹/²計算得到。
實際工程中，由于各用戶的資用壓力（差）ΔP和各用戶支路的阻抗值S并不都是匹配的，因而其通過的實際流量與根據熱負荷計算出所需流量往往是不一致的。離熱源近的用戶可能會由于資用壓力（差）ΔP偏大或阻抗值S相對偏小，實際流量大于所需流量；而離熱源遠的用戶則可能出現相反的情況。這種由各用戶的資用壓力（差）ΔP和各用戶支路的阻抗值S不匹配導致的、各用戶實際通過的流量與實際需要的流量不一致的現象就是靜態水力失調。
（2） 動態水力失調
假定一個供熱系統包括多個并聯用戶。調整某一用戶支路上的閥門，與該用戶并聯的其它用戶雖未進行調節，其流量也會或多或少地發生相應變化，從而使得用戶通過的實際流量和需要的流量不一致，就是動態失調現象。
造成動態失調的內在原因是，由于整個供熱系統是一個相互連通的同一整體，任何一處的閥門開度變化（自動或手動），都會對該處的壓力狀態產生一個改變。這個改變會以壓力波的形式以聲速（壓力波以聲速傳播，在水中1000m/s以上）向系統的其它各處傳遞，從而導致未進行閥門調節的并聯用戶的資用壓力（差）ΔP和實際流量發生相應變化。
02全 面水力平衡措施
雖然靜態失調和動態失調產生的原因及存在的形式不同，但它們往往共存于同一個管網系統中，對系統的總體水力失調狀況產生相互疊加的影響。因此，應采取相應措施予以消去。工程中采用以下水力平衡措施，可以較好解決集中供熱系統靜態失調和動態失調的問題。
（1） 設置自力式動態平衡閥
靜態失調和動態失調，雖然產生的原因不同，但在本質上是一致的，都是用戶支路阻抗值S與作用在該用戶的資用壓力（差）ΔP不匹配造成的；解決措施在本質上也是一致的，都是通過改變用戶支路阻抗值S，實現運行流量與所需流量相一致；而自力式的動態平衡閥，則能根據設定的流體參數，自動地調整自身的閥門的開度以改變支路的阻抗，從而克服靜態失調和動態失調現象。
因此，采用自力式的動態平衡閥，不僅可以解決動態失調，也能同時解決靜態失調問題。而且，采用自力式動態平衡閥解決靜態失調問題還有一個很重要的優點，是自力式動態平衡閥的平衡操作方法簡單，只需在運行前對調節閥的運行參數進行設置，運行中無需進行其它操作，即可保證調節支路參數動態穩定；而靜態平衡閥的平衡過程中，定量調節往往需要復雜的計算，定性調節則需要反復調節和測量，對技術人員素質有較高要求。
采用自力式動態平衡閥同時解決靜態失調和動態失調，一般情況下，對于定流量質調節系統，應采用自力式流量控制閥；而對于以用戶為主動的變流量系統，則應采用自力式的壓差控制閥。在使用過程中，若出現自力式控制閥所在支路資用壓力過高，導致其工作開度過小、過流量及工況不穩定等情況，則宜在該支路上串聯以靜態平衡閥消耗部分資用壓力，從而保證自力式控制閥處于較穩定的開度調節區間。
（2） 設置自力式壓差閥+電動溫控閥
近今年來，集中供熱系統的“智慧化”建設和改造得到了快速發展。電動溫控閥作為一種“智慧化”過程中不可或缺的水力平衡自動控制設備得到了較廣泛應用。但從應用情況看，較多系統采用了“僅在用戶端設置電動溫控閥同時解決靜態失調和動態失調”的不合理的平衡措施。這種設置方式的不合理性主要表現在以下兩個方面:
其一，在靜態失調比較嚴重的情況下，常常會出現以下問題：近端用戶由于資用壓力過大，電動溫控閥在小開度和完全關閉兩種狀態來回切換，導致電池耗電量劇增，執行器疲勞損壞，使用壽命縮短；中間用戶電動溫控閥調整幅度大，動作頻率高（甚至始終處于動作狀態）；而遠端用戶則由于資用壓差過小，動態閥即使在大開度狀態，也不能滿足流量要求，因而導致調節功能失效。
其二，目前采用的電動溫控閥，多數是根據溫度（室溫或回水溫度），以離散的數字變量進行控制的，屬于典型的反饋自控模式。在這個過程中，某一閥門的開度變化，瞬間就會引起其他未調整用戶的流量變化（壓力波以聲速傳播，在水中1000m/s以上）;但由于傳熱過程具有滯后性，整個系統由流量引起的溫度波動往往需要很長時間才能達到穩定（甚至數小時以上）。因此，由此引起的整個系統動態平衡調節過程，需要持續更長時間才能完成。這種情況下，很可能上次擾動引起的平衡過程尚未完成，而后續擾動可能又引起新的平衡過程，從而導致系統的電動溫控閥始終處于調整或待調整的過程中。對于規模較大的管網，這種現象可能會更加明顯。
而采用“自力式壓差閥+電動溫控閥”的水力平衡方案，可完全避免上述問題的發生。同力自控閥門有限公司的一位技術人員曾跟我交流過這樣一個例子：供熱系統若只在用戶支路設置電動溫控閥，電動溫控閥的動作頻率大約在每小時10~12次以上；在該支路上加裝自力式壓差閥并其壓差設定在合理的一定范圍，則電動溫控閥的動作頻率可以降至每小時1~2次；而且，電動溫控閥的開度區間也存在大幅度減小。顯然，自力式壓差閥為電動溫控閥的正常、可靠、穩定工作創造良好的工作條件。自力式壓差閥在此起兩方面的作用，一是解決全 網的靜態失調，二是解決用戶外部動態因素引起的動態失調；電動溫控閥則主要解決用戶內部動態因素引起的動態失調。
（3）設置靜態平衡閥+電動溫控閥
采用“靜態平衡閥+電動溫控閥”的平衡方案，也可以在一定程度上緩和電動溫控閥工作狀態不穩定的問題。在該方案中，靜態平衡閥應解決全部靜態失調問題，電動溫控閥則解決全部動態因素引起的失調問題。
該方案與“自力式壓差閥+電動溫控閥”的水力平衡方案相比較而言，靜態平衡閥的平衡調節過程較復雜，若不能完全解決靜態失調，則靜態失調中沒有解決的部分則將由電動溫控閥承擔，從而可能導致電動溫控閥動作頻率提高和開度區間加大，進而導致壽命縮短和部件疲勞損壞等問題；同時，由于在該方案中，由用戶外部因素的動態失調也是由電動溫控閥承擔的，因此也在一定程度上增加了電動溫控閥工作狀態的不穩定性。因此，該方案與第2種方案相比，第2種方案是更可取的水力平衡解決方案。
03結語
在同一個集中供熱管網中，靜態水力失調和動態水力失調同時存在。“僅在用戶末端設置電動溫控閥同時解決靜態失調和動態失調”的技術方案是不合理的。平衡方案須考慮平衡設施工作穩定性和使用壽命問題。
文獻轉載：河南理工大學 徐文忠 教 授 著
01水力失調的產生原因
集中供熱系統的水力失調包括靜態水力失調和動態水力失調兩種類型。
（1） 靜態水力失調
假定一個供熱系統包括多個并聯用戶，每個用戶所需流量可按其各自的熱負荷 ，利用公式G=0.86*Q/Δt計算得到；而每個熱用戶的實際流量則是由各自的資用壓力（差）Δp和各用戶支路的實際阻抗值S確定的，可用公式G′=(ΔP/S)¹/²計算得到。
實際工程中，由于各用戶的資用壓力（差）ΔP和各用戶支路的阻抗值S并不都是匹配的，因而其通過的實際流量與根據熱負荷計算出所需流量往往是不一致的。離熱源近的用戶可能會由于資用壓力（差）ΔP偏大或阻抗值S相對偏小，實際流量大于所需流量；而離熱源遠的用戶則可能出現相反的情況。這種由各用戶的資用壓力（差）ΔP和各用戶支路的阻抗值S不匹配導致的、各用戶實際通過的流量與實際需要的流量不一致的現象就是靜態水力失調。
（2） 動態水力失調
假定一個供熱系統包括多個并聯用戶。調整某一用戶支路上的閥門，與該用戶并聯的其它用戶雖未進行調節，其流量也會或多或少地發生相應變化，從而使得用戶通過的實際流量和需要的流量不一致，就是動態失調現象。
造成動態失調的內在原因是，由于整個供熱系統是一個相互連通的同一整體，任何一處的閥門開度變化（自動或手動），都會對該處的壓力狀態產生一個改變。這個改變會以壓力波的形式以聲速（壓力波以聲速傳播，在水中1000m/s以上）向系統的其它各處傳遞，從而導致未進行閥門調節的并聯用戶的資用壓力（差）ΔP和實際流量發生相應變化。
02全 面水力平衡措施
雖然靜態失調和動態失調產生的原因及存在的形式不同，但它們往往共存于同一個管網系統中，對系統的總體水力失調狀況產生相互疊加的影響。因此，應采取相應措施予以消去。工程中采用以下水力平衡措施，可以較好解決集中供熱系統靜態失調和動態失調的問題。
（1） 設置自力式動態平衡閥
靜態失調和動態失調，雖然產生的原因不同，但在本質上是一致的，都是用戶支路阻抗值S與作用在該用戶的資用壓力（差）ΔP不匹配造成的；解決措施在本質上也是一致的，都是通過改變用戶支路阻抗值S，實現運行流量與所需流量相一致；而自力式的動態平衡閥，則能根據設定的流體參數，自動地調整自身的閥門的開度以改變支路的阻抗，從而克服靜態失調和動態失調現象。
因此，采用自力式的動態平衡閥，不僅可以解決動態失調，也能同時解決靜態失調問題。而且，采用自力式動態平衡閥解決靜態失調問題還有一個很重要的優點，是自力式動態平衡閥的平衡操作方法簡單，只需在運行前對調節閥的運行參數進行設置，運行中無需進行其它操作，即可保證調節支路參數動態穩定；而靜態平衡閥的平衡過程中，定量調節往往需要復雜的計算，定性調節則需要反復調節和測量，對技術人員素質有較高要求。
采用自力式動態平衡閥同時解決靜態失調和動態失調，一般情況下，對于定流量質調節系統，應采用自力式流量控制閥；而對于以用戶為主動的變流量系統，則應采用自力式的壓差控制閥。在使用過程中，若出現自力式控制閥所在支路資用壓力過高，導致其工作開度過小、過流量及工況不穩定等情況，則宜在該支路上串聯以靜態平衡閥消耗部分資用壓力，從而保證自力式控制閥處于較穩定的開度調節區間。
（2） 設置自力式壓差閥+電動溫控閥
近今年來，集中供熱系統的“智慧化”建設和改造得到了快速發展。電動溫控閥作為一種“智慧化”過程中不可或缺的水力平衡自動控制設備得到了較廣泛應用。但從應用情況看，較多系統采用了“僅在用戶端設置電動溫控閥同時解決靜態失調和動態失調”的不合理的平衡措施。這種設置方式的不合理性主要表現在以下兩個方面:
其一，在靜態失調比較嚴重的情況下，常常會出現以下問題：近端用戶由于資用壓力過大，電動溫控閥在小開度和完全關閉兩種狀態來回切換，導致電池耗電量劇增，執行器疲勞損壞，使用壽命縮短；中間用戶電動溫控閥調整幅度大，動作頻率高（甚至始終處于動作狀態）；而遠端用戶則由于資用壓差過小，動態閥即使在大開度狀態，也不能滿足流量要求，因而導致調節功能失效。
其二，目前采用的電動溫控閥，多數是根據溫度（室溫或回水溫度），以離散的數字變量進行控制的，屬于典型的反饋自控模式。在這個過程中，某一閥門的開度變化，瞬間就會引起其他未調整用戶的流量變化（壓力波以聲速傳播，在水中1000m/s以上）;但由于傳熱過程具有滯后性，整個系統由流量引起的溫度波動往往需要很長時間才能達到穩定（甚至數小時以上）。因此，由此引起的整個系統動態平衡調節過程，需要持續更長時間才能完成。這種情況下，很可能上次擾動引起的平衡過程尚未完成，而后續擾動可能又引起新的平衡過程，從而導致系統的電動溫控閥始終處于調整或待調整的過程中。對于規模較大的管網，這種現象可能會更加明顯。
而采用“自力式壓差閥+電動溫控閥”的水力平衡方案，可完全避免上述問題的發生。同力自控閥門有限公司的一位技術人員曾跟我交流過這樣一個例子：供熱系統若只在用戶支路設置電動溫控閥，電動溫控閥的動作頻率大約在每小時10~12次以上；在該支路上加裝自力式壓差閥并其壓差設定在合理的一定范圍，則電動溫控閥的動作頻率可以降至每小時1~2次；而且，電動溫控閥的開度區間也存在大幅度減小。顯然，自力式壓差閥為電動溫控閥的正常、可靠、穩定工作創造良好的工作條件。自力式壓差閥在此起兩方面的作用，一是解決全 網的靜態失調，二是解決用戶外部動態因素引起的動態失調；電動溫控閥則主要解決用戶內部動態因素引起的動態失調。
（3）設置靜態平衡閥+電動溫控閥
采用“靜態平衡閥+電動溫控閥”的平衡方案，也可以在一定程度上緩和電動溫控閥工作狀態不穩定的問題。在該方案中，靜態平衡閥應解決全部靜態失調問題，電動溫控閥則解決全部動態因素引起的失調問題。
該方案與“自力式壓差閥+電動溫控閥”的水力平衡方案相比較而言，靜態平衡閥的平衡調節過程較復雜，若不能完全解決靜態失調，則靜態失調中沒有解決的部分則將由電動溫控閥承擔，從而可能導致電動溫控閥動作頻率提高和開度區間加大，進而導致壽命縮短和部件疲勞損壞等問題；同時，由于在該方案中，由用戶外部因素的動態失調也是由電動溫控閥承擔的，因此也在一定程度上增加了電動溫控閥工作狀態的不穩定性。因此，該方案與第2種方案相比，第2種方案是更可取的水力平衡解決方案。
03結語
在同一個集中供熱管網中，靜態水力失調和動態水力失調同時存在。“僅在用戶末端設置電動溫控閥同時解決靜態失調和動態失調”的技術方案是不合理的。平衡方案須考慮平衡設施工作穩定性和使用壽命問題。
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