供热管网内蒸汽流动滞留段在线诊断消除系统及工作方法
【专利摘要】本发明涉及一种供热管网内蒸汽流动滞留段在线诊断消除系统及方法，本系统包括：检测单元，用于实时监测供热管网中各热源、热用户处的蒸汽参数，即蒸汽流量、压力及温度参数；蒸汽滞留段判断单元，用于根据蒸汽参数计算出整个热网中所有管段内的蒸汽流量、流速，判断其中是否出现蒸汽滞留段，并得出为消除蒸汽滞留段，安装在供热管网中的调节阀所需调节的开度计算值；控制单元，用于根据所述开度计算值控制调节阀的开度以消除该蒸汽滞留段；本发明适于当热网中出现蒸汽滞留段时由水力计算确定合理的调节阀开度，通过调节阀门开度改变热网中的蒸汽流量分配，从而消除蒸汽滞留段，防止水击事故，提高热网运行的安全性。
【专利说明】供热管网内蒸汽流动滞留段在线诊断消除系统及工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业供热管网领域，尤其涉及一种多热源复杂环状工业供热管网内蒸 汽流动滞留段的在线诊断与消除系统。
【背景技术】
[0002] 工业集中供热系统的热用户对热网提供蒸汽的流量、温度、压力、含湿量等品质参 数都有远高于居民生活用热的苛刻要求。对于供热企业而言，若不能保证工业供热蒸汽的 流量和品质，将有可能造成热用户的安全生产事故，并触发供热企业的违约赔偿。因此，准 确掌握热网中蒸汽的流动状况，并严格控制供热蒸汽的品质对于工业供热企业而言至关重 要。
[0003] 为提高供热的灵活性、可靠性和经济性，现代大型工业园区的供热管网通常为多 热源环状管网。由于工业热用户的用热负荷波动较大且随机性强，而蒸汽在环状供热管网 内的流量分配情况又是由各热源的供热量、各热用户的用热量、以及热网结构的水力特性 所决定，所以存在着千变万化的组合逻辑。在特定运行工况条件下，环状热网中可能出现蒸 汽流速很低的蒸汽滞留段。此时，会导致该管段的蒸汽含湿量大幅增加，严重时可能产生疏 水器无法及时排出积水。之后，当环状热网运行状态继续发生改变时，先前滞留段中的含湿 蒸汽就可能造成附近热用户供热品质的下降，大量积水还有可能造成热网的振动冲击等严 重的水击事故。由于整个环状热网在结构上被各热源、热用户、疏水器分割为诸多管段，通 常不可能在热网的每个管段上都安装流量监测装置以监测其运行状态，而针对热网中可能 会发生的滞留现象，目前还未发明可在线调节热网运行状态并消除滞留段的调节系统。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种供热管网内蒸汽流动滞留段在线诊断消除 系统，以解决供热管网中诊断蒸汽滞留段，以及消除该蒸汽滞留段的技术问题。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种供热管网内蒸汽流动滞留段在线诊断 消除系统，包括：检测单元，用于实时监测供热管网中各热源、用户处的蒸汽各参数，即蒸汽 流量、压力及温度参数；蒸汽滞留段判断单元，用于根据蒸汽各参数计算出供热管网中若干 环路的各管段内的蒸汽流量、流速，判断供热管网中是否出现蒸汽滞留段，并得出供热管网 中的调节阀的开度计算值；控制单元，用于根据所述开度计算值控制调节阀的开度以消除 该蒸汽滞留段。
[0006] 又一方面，本发明还提供了一种供热管网内蒸汽流动滞留段在线诊断消除方法， 以解决供热管网中诊断蒸汽滞留段，以及消除该蒸汽滞留段的技术问题。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种供热管网内蒸汽流动滞留段在线诊 断消除方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤S100,检测出供热管网中蒸汽滞留段；以及步骤S200,根据计算出的调节阀 的开度计算值控制蒸汽滞留段处的调节阀的开度，以消除蒸汽滞留段。
[0009] 进一步，为了在后续的水力计算中结合考虑蒸汽管道内外温度的影响，所述步骤 SlOO中检测出供热管网中蒸汽滞留段的步骤如下：
[0010] 步骤Sl 10,建立疏水器理论疏水量的计算模型；以及步骤S120,依据实时监测数 据及所述计算模型，耦合计算整个供热管网的水力状态和各疏水器的理论疏水量，得出各 个管段的蒸汽流量，以判断管段内是否出现蒸汽滞留。
[0011] 进一步，所述计算模型为
【权利要求】
1. 一种供热管网内蒸汽流动滞留段在线诊断消除系统，其特征在于，包括： 检测单元，用于实时监测供热管网中各热源、热用户处的蒸汽各参数，即蒸汽流量、压 力及温度参数； 蒸汽滞留段判断单元，用于根据蒸汽各参数计算出供热管网中若干环路的各管段内的 蒸汽流量、流速，判断供热管网中是否出现蒸汽滞留段，并得出供热管网中的调节阀的开度 计算值； 控制单元，用于根据所述开度计算值控制调节阀的开度以消除该蒸汽滞留段。
2. -种供热管网内蒸汽流动滞留段在线诊断消除方法，包括如下步骤： 步骤S100,检测出供热管网中蒸汽滞留段；以及 步骤S200,根据计算出的调节阀的开度计算值控制供热管网中的调节阀的开度，以消 除蒸汽滞留段。
3. 根据权利要求2所述的蒸汽流动滞留段在线诊断消除方法，其特征在于， 所述步骤SlOO中检测出供热管网中蒸汽滞留段的步骤如下： 步骤S110,建立疏水器理论疏水量的计算模型；以及 步骤S120,依据实时监测数据及所述计算模型，耦合计算整个供热管网的水力状态和 各疏水器的理论疏水量，得出各个管段的蒸汽流量，以判断管段内是否出现蒸汽滞留。
4. 根据权利要求3所述的蒸汽流动滞留段在线诊断消除方法，其特征在于，
h是蒸汽管道外部环境温度，R为管内蒸汽与管外空气之间的单位长度传热热阻；以及q是疏水器理论输水量，1是每个疏水器作用范围内管道的长度，H1是工作压力下过热 蒸汽或饱和蒸汽的比焓，4是工作压力下饱和水的比焓。
5. 根据权利要求4所述的蒸汽流动滞留段在线诊断消除方法，其特征在于，步骤S120 中依据实时监测数据及所述计算模型，耦合计算整个热网的水力状态和各疏水器的理论疏 水量，得出各个管段的蒸汽流量，以判断管段内是否出现蒸汽滞留的步骤如下： 步骤S121，将给定结构热网构建有向流程图分析模型； 步骤S122,根据水力计算及疏水器疏水量理论计算模型，将所述有向流程图分析模型 结合环路平差流量调节算法经多次迭代计算，获得各区段中的蒸汽流量； 步骤S123,通过蒸汽流量、管道内径和蒸汽密度获得各管段内蒸汽流速；以及 步骤S124,通过设定的蒸汽流速下限值判断管段内是否出现蒸汽滞留。
6. 根据权利要求5所述的蒸汽流动滞留段在线诊断消除方法，其特征在于，所述步骤 S124中通过设定的蒸汽流速下限值判断管段内是否出现蒸汽滞留的判别公式为Wm〈 Wniin，其
上述式中，《_为热网内不出现蒸汽滞留现象所有区段内所需达到的最小流速，Qm为相 应管段内的蒸汽流量，Dm为管段内径，Pm为管段内蒸汽的密度。
7. 根据权利要求6所述的蒸汽流动滞留段在线诊断消除方法，其特征在于，所述步骤 S200中根据计算出的调节阀的开度计算值控制蒸汽滞留段处的调节阀开度的公式，即 X= f(U， 式中，Gb.val为通过所述水力计算得出的为消除蒸汽滞留段调节阀所需的附加阻力，X是阀门开度。
8. 根据权利要求7所述的蒸汽流动滞留段在线诊断消除方法，其特征在于，通过所述 水力计算得出的为消除蒸汽滞留段调节阀所需的附加阻力的步骤包括： 步骤S210,预设调节阀的当前阀门阻力； 步骤S220,通过所述水力计算得出当前阀门阻力所对应的各管段内蒸汽流速； 步骤S230,通过所述下限值判断管段内是否出现蒸汽滞留； 再次判断管段内是否出现蒸汽滞留后，再重复步骤S210至S230 ;直至蒸汽滞留段消 除。
9. 一种用于蒸汽流动滞留段在线诊断消除方法的水力计算的迭代算法，包括： 各基本环路上的闭合差：
式中，X为循环迭代次数；A//==为执行第（X-I)次计算后闭合差绝对值最大的环 路闭合差；表示第U-1)次计算时对应的区段EJ且力压降APA其蒸汽 流量Qm间的偏导数；以及 元素bsm为根据环路管网构建成的有向流程图分析模型中基环与各阻力区段之间的关 系所对应的基环矩阵B中相应行、列的元素，其中行号s为基环号，列号m为阻力区段号。
10. 根据权利要求9所述的迭代算法，其特征在于， 设一校正流量的修正系数Ss; 若计算得到的AQ(X)使流量校正计算后，环路管网中绝对值最大的基本回路闭合差小 于当前绝对值最大闭合差，则不对AQ(x)进行修正计算，S3取1 ; 否则，需要通过\对AQ(X)进行修正计算使得修正后的校正流量S sAQ(x)符合绝对 值最大闭合差AHsniax缩小的要求； 通过计算闭合差绝对值最大环路的校正流量以修正各区段的蒸汽流量，从而逐步缩小 环路的最大闭合差进行迭代计算，直至环路闭合差均小于设定计算精度，即可准确 确定各管路中的蒸汽流量Qm。
【文档编号】F17D3/01GK104500979SQ201410725412
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】钟崴, 周懿, 王旭光 申请人:常州英集动力科技有限公司