關于平衡閥在供熱系統(tǒng)中的應用
在供熱閉式系統(tǒng)中，合理的應用平衡閥有利于供熱管網(wǎng)的水力工況平衡，從而達到節(jié)能的目的�，F(xiàn)從平衡閥對供熱系統(tǒng)的流量、壓差的關系的敘述，使平衡閥應用更加合理，最大程度的發(fā)揮節(jié)能的作用。
1、我國供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀
1.1、供熱系統(tǒng)水力工況失調，造成熱用戶冷熱不均，部分室內(nèi)溫度偏高又無法自主控制;
1.2、低溫大流量運行，輸送能耗、管道散熱損失及管道投資均巨大;
1.3、供熱系統(tǒng)過于龐大，不易控制，不利節(jié)能;
1.4、無法實現(xiàn)按建筑物功能分時、分區(qū)、分溫功能;
1.5、無法實現(xiàn)更加精確的氣候補償。
常規(guī)情況下供熱系統(tǒng)都是閉式管路系統(tǒng)、異程式系統(tǒng)。根據(jù)流量與阻力損失關系的公式：
△P=SG2
△P—壓差或稱阻力損失;S—管段或系統(tǒng)的阻力系數(shù);G—管段或系統(tǒng)的流量。
可知，流量和阻力是相關參數(shù)，流量和阻力的調控互為手段和目的。流量變化必然導致壓力的變化;S值不變的系統(tǒng)，壓差的變化必然起因于流量的改變。
對于供熱系統(tǒng)管道的設計，設計人員均按照規(guī)范采用控制經(jīng)濟比摩阻、控制流速的方式選擇管徑，在支線井、入戶井室內(nèi)設置關斷閥門。運行初期，很少有相關人員進行管網(wǎng)調試，事實上由于調整一個閥門就會引起連鎖反映，調整的工作量也是非常繁重。因此根據(jù)外網(wǎng)特性曲線△P=SG2，由于并聯(lián)的近端支路S值遠小于設計值，造成總S值遠小于設計值，熱力站循環(huán)水泵在小揚程大流量工況下運行，使水泵在大軸功率，低效率點運行。嚴重時可能出現(xiàn)軸功率大于電機銘牌功率，電機超額定電流，直至燒電機事故發(fā)生。整個熱網(wǎng)造成近端戶內(nèi)溫度高，而遠端用戶熱量不足。造成的情況我們時�？梢杂龅�。真空技術網(wǎng)(http://genius-power.com/)經(jīng)過調研發(fā)現(xiàn)使得運行崗位工作者常對一些水力工況失衡現(xiàn)象形成誤解：
1)水泵出力不足，水泵實際揚程小于銘牌揚程，導致遠端過不去水。實際上是由于近端支線阻力小、流量大，造成遠端流量小，水泵工作點偏移在大流量、小揚程、低效率的工作點。
2)鍋爐或換熱器阻力大，所有鍋爐或換熱器廠商標稱阻力都遠小于實際阻力。實際上總循環(huán)水量的加大必然導致鍋爐換熱器等阻力加大。水流量增大40%，阻力增加100%。
3)鍋爐出力不足。實際上流量加大后供回水溫差不可能更大。當然煤質和風系統(tǒng)不正常也可能造成鍋爐出力問題。
2、熱網(wǎng)的初調節(jié)和平衡閥的使用
水力工況平衡是指流量的合理分配。在供熱系統(tǒng)中水是熱載體介質，水流量的合理分配是熱力工況平衡的基礎。供熱系統(tǒng)設計人員在進行水力工況計算時是在各分支流量為設計值的假定下進行的。由于管道的并聯(lián)支路較多，使得運行中實現(xiàn)設計工況的水力平衡幾乎是不可能的。這樣勢必造成近端阻力系數(shù)不能達到設計理想狀態(tài)，形成近端流量過大，遠端流量不足的失調現(xiàn)象。
根據(jù)設計工況而形成的水壓圖是熱網(wǎng)調節(jié)的理想工況，在實際運行中為了達到水壓圖的設計工況，供熱系統(tǒng)的近端必須設置閥門平衡調節(jié)而形成。用閥門調節(jié)近端管路阻力的過程是增加近端管道S值，以達到設計的阻力值。平衡阻力的閥門若采用平衡閥將大大的降低熱網(wǎng)調節(jié)的難度，并且在水力工況不改變的情況下，熱網(wǎng)無需調整。
平衡閥的選擇計算包括：流量特性的選擇和平衡閥口徑的選擇。
2.1、平衡閥流量特性、平衡閥的阻力應為系統(tǒng)總阻力的10%~30%之間，平衡閥應參照水壓圖進行;
對于同口徑的平衡閥，應優(yōu)先選擇阻力較大的;
為增加平衡閥阻力占系統(tǒng)總阻力的百分比，可適當選擇比管道直徑較小口徑的平衡閥。
2.2、平衡閥口徑的選擇計算
平衡閥流量系數(shù)Kv的計算公式：
Kv=316Q(/△P/ρ)
Q流量：m3/h;P壓差：Pa;ρ水的密度：g/cm3;
在一般的供熱系統(tǒng)中平衡閥的前后壓降在3kPa(末端用戶)到300kPa(近端用戶)之間，通過平衡閥廠家提供的不同口徑的流量系數(shù)Kv用3kPa的最不利壓降△P帶入公式即算出該口徑平衡閥的最小可通流量(在全開時)若其值等于、大于設計流量，則該口徑平衡閥選擇合適。為了提高平衡閥的調節(jié)精度，節(jié)省投資，一般要求所選閥門的設計開度在60%~90%之間。建議根據(jù)Kv值在開度75%地方選定閥門。
平衡閥可安裝在供水管路上，也可安裝在回水管路上(每個環(huán)路中只需安裝一處)。對于熱力站的一次環(huán)路側來說，為方便平衡調試，建議將平衡閥安裝在水溫較低的回水管路上�？偣苌系钠胶忾y，宜安裝在供水總管水泵后(水泵下游)，以防止由于水泵前(閥門后)壓力過低，可能發(fā)生水泵氣蝕現(xiàn)象。但是對于大型直聯(lián)管網(wǎng)，供熱半徑很大，外網(wǎng)供回水壓差很大，對平衡閥安裝位置應作特殊考慮。
例如某供熱管網(wǎng)外網(wǎng)供回水壓差52m水柱，考慮散熱器耐壓能力，末端回水壓力設定為0.35MPa(35m水柱)，前端回水壓力僅為0.10MPa(10m水柱)，而前端供水壓力高達0.62MPa(62m柱)，如果平衡閥安裝在回水管上，被控用戶的回水壓力可能接近0.6MPa，必將造成散熱器的壓力破壞;如果平衡閥安裝于供水管上，近端用戶的供水壓力只有十幾米水柱必然導致運行倒空。因此從設計上應采取供回水都安裝閥門的方案，具體作法是入戶口供水管安裝自力式流量控制閥，在地形高差不超出10m的建筑群的分支回水管上安裝手動的平衡閥。這里自力式流量控制閥負責控制分配流量;手動平衡閥調整壓力，使閥前壓達到0.25MPa的滿水運行工況。自力式流量控制閥只依據(jù)流量大小“盲目”控制壓力，如果安裝回水管上，不待手動調整壓力，已經(jīng)出現(xiàn)壓力破壞事故。自力閥安裝在供水上未手動調整壓力時，可能出現(xiàn)運行倒空而影響供熱效果，不可能發(fā)生事故。
2.3、平衡閥的性能與用途
原有供熱系統(tǒng)是一種平均分配的供熱模式，這種供熱模式一般采取定流量的質調節(jié)供熱方式。而供熱的趨勢是按需供熱，按熱計量收費，即熱用戶可以根據(jù)需要調整室內(nèi)的供熱溫度。根據(jù)這兩種供熱模式，我們可以確定前一種為靜態(tài)水力平衡或失調;后一種模式為動態(tài)水力平衡或失調;靜態(tài)水力失調是穩(wěn)態(tài)的、根本性的，是系統(tǒng)本身所固有的，是當前我國供熱系統(tǒng)中水力失調的重要因素。通過在管道系統(tǒng)中增設靜態(tài)水力平衡設備(水力平衡閥)對系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)比值進行調節(jié)，使其與設計要求管道特性阻力數(shù)比值一致，此時當系統(tǒng)總流量達到設計流量時，各末端設備流量均同時達到設計流量，系統(tǒng)實現(xiàn)靜態(tài)水力平衡。
動態(tài)水力失調是動態(tài)的、變化的，它不是系統(tǒng)本身所固有的，是在系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的。通過在管道系統(tǒng)中增設動態(tài)水力平衡設備(流量調節(jié)器或壓差調節(jié)器)，當其它用戶閥門開度發(fā)生變化時，通過動態(tài)水力平衡設備的屏蔽作用，使自身的流量并不隨之發(fā)生變化，末端設備流量不互相干擾，此時系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。
由此可以得出結論，平衡閥并不是萬能的，在動態(tài)水力失調中必須使用動態(tài)水力平衡設備。而平衡閥具有造價低，元件使用壽命長等優(yōu)點，對支路不多的小型管網(wǎng)也可方便進行水力工況平衡。
