供热换热站循环泵节能改造实施解析
作者：吕军 李民 王龙晨
来源：《环球市场》2018年第13期
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摘要：供热换热站循环泵节能是从系统的角度全面地衡量和评价节能效果，这要求循环泵与供热系统中各个装置能很好的匹配，使水泵运行在最佳工作区。本文以大连开热能源发展有限公司换热站循环泵节能改造项目EPC总承包工程的成功案例，分析目前供热系统电耗指标过高原因、循环泵节能改造的具体思路及方法，对目前业内集中供热项目进行节能改造有参考性意义。
关键词：供热；换热站；循环泵；节能
随着供热企业对供热运行成本和节能工作的重视，如何节能减排是各供热企业目前面临的重要课题。实际供热的需求与现状供热设施配套存在一定的偏差，造成热源和换热站循环设备
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能力偏大、能耗较高。通过实施换热站内水泵优化设计改造措施，能够节约能源、改善现在的供热质量，实现供热节能的目标。
换热站循环水泵节能改造项目，以节能技术为先导，通过对供热系统核心设备进行优化设计、改造升级、以及供热管网水力平衡调试、供热系统运行调整达到目的。 一、原有换热站循环水泵运行状况
本次大连开热能源发展有限公司换热站循环泵节能改造项目，涉及44个换热站（每个换热站内高、中、低、公建区不等）的83台循环水泵。原设计并网面积462万平，截止到2016-2017年采暖季实供面积314万平。 （一）换热站改造原因
1.大连开热能源发展有限公司所负责的供热区域，位于大连经济技术开发区，很多企业受经济萧条影响，以及外来人口较为集中的原因，供暖停供率一直在30%左右，并网面积与实供面积相差大，导致循环水泵运行效率过低。 2.换热站设备选型不符合目前运行工况。
3.换热站建设年限长，设备陈旧，能耗指标高；实际供热的需求与现状供热设施配套存在一定的偏差，造成热源和换热站循环设备能力偏大、能耗较高。这也是实际供热状况的需求与规划设计热负荷的发展预测不一致造成的。通过实施换热站内水泵优化设计改造措施，供热管网水力平衡调试、供热系统运行调整，能够节约能源、改善现在的供热质量，实现供热节能的目标。
（二）改造条件
所有改造均在换热站内完成，无需办理其它手续。 （三）改造工程规模
此类项目工期长、涉及内容广（前期调研、设计院验证、设备选型、改造施工、方案确认、运行调试及评估评审等），更适合EPC（工程总承包）模式。44个换热站83台循环泵的改造，包含但不限于工程项目的。
1.技术服务及文件：勘察设计（设备选型）、节能方案。 2.设备和材料的采购、送货。
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3.工程施工（包工包料）：设备及材料二次搬运、循环泵基础改造、循环泵更换、所有配件更换、保温防腐拆除及恢复、支吊架安装及防腐、其它系统改造、系统冲洗水压试验、垃圾排运等全部内容。
4.技术培训、系统调试，调网运行等。 二、换热站循环泵节能改造前期准备工作 （一）数据收集
数据采集的可靠程度直接影响投标单位投标设备选型的准确性。为了能够使改造设备的设计选型更加符合实际工况，对要进行改造的换热站现场采集相关数据，汇总制作台账，为编写可研报告及招标文件做准备。
1.运行参数数据：在2017年2～3月份供热运行期间，详细记录了换热站各点压力及温度、流量等正在运行的基础参数数据。记录了现有设备型号、位置等（板式换热器、循环泵、阀门、电气设备及热工仪表）。
2.基础信息：实时了解各换热站供热形式（散热器、地热）、并网面积以及实供面积、地理位置、图纸资料。
3.能耗指标：记录2016～2017年度采暖期热耗、电耗、水耗指标。 4.管网信息：由各供热所结合图纸统计管网最不利管网长度。
5.安装信息：原有水泵的形式、循环泵接口管径、循环泵改造安装空间、循环泵的吊装搬运空间、循环泵底座的形式、改造现场照片、评估一下循环泵的改造难度等。 6.存在问题：改造前换热站、一/二/三次管网存在的问题。 （二）方案论证、编制可研报告
1.这是论证改造项目能否到达节能效果的重要环节。对收集的数据进行全面的分析，并结合多年的实际工作经验，初步计算出循环泵的流量、扬程及功率，测算出节能指标要求。 2.供热热负荷根据公式计算： Q=q*A*10-3 （1） 式中：Q—热负荷，Kw；
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叼热指标，W/n犷； A—供热面积，m2。
循环泵的流量根据公式（2）计算： 式中：G—介质流量，Kg/h； Q—计算热负荷，W；
C—水的质量比热，4187J/Kg.℃； △t—供回水温差，℃。
循环泵的扬程根据公式（3）计算： H=Hr+Hy+Hw （3）
式中：H循环水泵的扬程mH2O； Hr—换热站内部阻力损失，mH2O； Hy—最远用户的内部压力损失，mH2O； Hw—供回水干管的阻力损失，mH2O。
经过论证，在保证供热效果的前提下，此项目能够节约能源、降低电耗。改造后预测能达到公司采暖期运行节电30%～50%以上、单位电耗不高于0.6kwh/m2的指标，并据此编制了可研报告和招标文件。
3.为保证投标单位投标节能方案和投标报价的准确性，要求所有投标单位必须派技术人员查看改造现场、收集数据，然后进行前面分析，使投标节能方案和施工方案更加符合实际。 三、循环泵节能改造项目EPC实施流程 （一）投标方案的确定
影响水泵系统耗电量的因素主要有流量、扬程、运行时间与系统各个环节的效率。因此，在满足供热要求的前提下，采取有效措施降低流量和扬程，提高各个环节的效率，缩短水泵的运行时间，能够减少水泵及其系统的耗电量，这是水泵及其系统节能的基本途径。经过评标，选出技术方案最佳和报价最合理的中標单位。
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（二）施工安装
设备的安装是EPC项目的重要环节。改造前首先到现场勘察，记录现场信息。如：原有水泵的形式、循环泵接口管径、循环泵改造安装空间、循环泵的吊装搬运空间、循环泵底座的形式、改造现场照片、评估一下循环泵的改造难度等。施工时提供改造图纸、改造设备清单和辅材清单、技术要求、注意的事项等。中标单位分四组在供暖期运行期间（2017年12月）进行安装，这对供热运行有较大的安全隐患。因此公司生产各部门全力配合，保证施工安全、安装质量和运行切换安全。 （三）安装调试
为尽快达到节能效果，每安装一台泵，经过测试安装合格后马上进行调试，做到安装一台，调试一台。
1.新泵安装测试前是原有水泵在运行在切换到新泵运行之前，首先记录原泵运行相关的相关运行参数。
2.与调度中心联系切换新泵运行。首先满负荷运行，记录相关运行参数；其次按实际室外温度调节工况进行运行，再记录相关运行参数。 3.对新泵、旧泵运行参数进行比较。 （四）运行调试
1.第一轮安装调试后，发现调试效果和节能效果不很显著。于是与中标单位一起商讨改进调试方案。找出主要原因：
1）系统阻力过高，造成实际运行扬程超出铭牌的额定扬程。 2）换热站二次侧除污器堵塞。
3）旁通阀门没有关闭或关闭不严，备用循环泵止回阀不严。 4）个别换热站单台板换运行。
5）流量计不准，可以通过循环泵的运行曲线判断。 6）水泵本身的流量达不到铭牌额定值。
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2.修正运行方案：找到原因后，及时处理缺陷、查找系统阻力高的原因、修改运行方案，进行了第二、
三、四轮调试。通过采暖日数、供暖参数对热耗进行同比、环比的变化分，对指标严重偏离平均值的换热站进行整体分析，分阶段变流量调整，实时对能耗指标进行观测，及时对运行方式进行调整。制定契合实际的运行曲线及参数，以满足指标要求。运行方式的调整主要有流量、温度、双曲线、經济运行及控制频率五种情况。主要的措施有：重新校核供热负荷，调整水管管径；对各个换热站的换热器进行清洗，最大程度的去除污垢， （五）二次管网平衡调试
二次管网平衡调试重在寻找能耗平衡点，均衡调控，使循环泵运行曲线和管网运行曲线处在高效区域内；水力平衡调试是一项复杂的系统工程，需要改造设计方、供热企业、施工单位和设备厂家互相配合共同完成联合调试。供热管网水力平衡调试必须要进行负荷和水力校核计算，必须通过仪器设备到现场进行测调，确保管网近远端的流量平衡和阻力平衡。 在外管网到达基本水利平衡后，才能确保换热站循环泵调试后到达最好的节能效果。 （六）最终水泵运行方案的确定
这是保证供热效果、供热指标的关键环节。大连地区属于湿润大陆性季风气候，兼有海洋性气候特点。冬无严寒，夏无酷暑，气候温和，四季明显。冬季采暖室外计算温度：tw=-9.8℃；极端最低温度：-21.1℃；采暖天数：Np=152天。编制运行方案考虑多方面因素，既要满足各项指标的实现，又要保证方案的可操作性。对于供热的不同时期，循环泵的运行方式也是不同的。
1.非极寒期运行方式：非极寒期一般为室外最低气温在-10℃以上，这段时间在整个供暖期的时间是最长的，因此控制好这一时期的能耗指标对于整个采暖季而言是至关重要的。 2.极寒期运行方式：极寒期一般为室外最低气温在-10℃以下，这段时间在水、电、热各项指标的消耗量最大。重点要做到既要保证供暖效果，还要保证能耗消耗不要过大。 3.经济运行方式：当室外温度能够达到0～7℃时，可以按表1运行。 4.制订各室外温差段循环泵配水量（详见表2）。 四、具体节能改造解决案例
（一）以换热站为例，进一步说明循环泵节能改造项目EPC的实施方法
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岩谷换热站实供面积为73735平方米，供热形式为散热器采暖，供热区域楼房保温效果不好；用户终端散热器投入使用年限长，散热效果差。 岩谷原有循环泵信息： 型号：200-150-400
参数：400m3/h 50m 75kw 1450r/min 数量：3台
其他信息：国产，立式，1997年10月 （二）循环泵选型
热指标按极寒天气45W/m2取用，依据公式（1）计算得出热负荷为3318Kw；根据规范要求散热器二次网供回水温差不超过20℃，结合开热实际情况岩谷高区换热站二次侧供回水温差取值15℃比较合适，依据公式（2）计算得出循环泵流量238m3/h；依据公式（3）计算得出循环泵扬程为24mHzO；按照计算得出数据，实际选择德国威乐循环泵型号为：IL150/305-30/4，流量240t/h，扬程28m，功率30kw，完全满足工况需求。 （三）运行方案
1.指标的确定为了保证系统处于“大温差，小流量”的节能工况运行，根据《城镇供热管网设计规范》CJJ34-2010规范要求，并结合大连开热实际情况，特制订温差、每平米的热指标及配水量。
2.运行方案说明
每日早8：00根据当地天气预报的室外平均气温，确定室外温度区间。根据供热方式，确定每平方米配水量，通过上位机平台的实供面积确定各区域的循环泵流量。
每日晚18：00根据当地天气预报的室外最低气温，确定室外温度区间。根据供热方式，确定每平方米配水量，通过上位机平台的实供面积确定各区域的循环泵流量。 通过调整一次网的流量，散热器采暖的温差保持为15℃。
在供热的过程中，应经常对外管网进行排查。如果出现局部供热效果不好的情况，及时对管网进行调试，达到供热效果。
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如果发现此方案有不合理的地方及时作出调整。 3.改造后运行分析
设备安装调试后运行一段时间后，提取了2016.12.15-2016.12.20用电记录，与更换完循环泵2017.12.15-2017.12.20用电记录进行了同期比较，2016年同期用电量为3600度，2017年同期用电量为4800度。更换完水泵后反而增长了1200度电，为了找到原因收集了系统运行数据，如表3所示。
根据运行记录可以看出，当室外温度为-1℃为非极寒天气，经计算散热器配水量达到了3.2公斤/平方米。二次网供回水温差只有7℃，通过运行記录分析判断，换热站处于“大流量、小温差”的非节能运行状态。反冲洗除污器的进出口压差为4m，按照国家相关规范要求反冲洗除污器的进出口压差不应大于2m。
通过前期水力平衡调试，经实地勘察换热站近端、中端、远端的供热用户供回水温差都为7℃，证明管网处于平衡状态。十里岗10#楼和十里岗13#楼，供回水温度为37℃/30℃。家中供热温度在18℃左右，个别用户家中低于18℃，造成这一情况的主要原因是二次网回水温度偏低。
4.发现处理问题
考虑到管网已经运行一个多月，管路中杂质已经清理干净，为了解决反冲洗除污器阻力降大的问题，将除污器的旁通阀门打开，阻力降由4m降低到1m。在循环泵运行时，发现备用泵出现叶轮反转，备用循环泵的出口止回阀关不严的情况，所以将备用循环泵的进出口阀门关闭。为了进一步降低板式换热器的阻力降，将备用板式换热器开启，3台板式换热器同时使用。经过机械调整后，系统的阻力降由调试前的13m，降低到9m。系统阻力的降低伴随的是循环泵流量的增大，循环泵流量由调试前的235t/h，增大到245t/h，根据当日的室外温度，分析确定热指标应取32W/m2，进一步确定二次侧流量为180t/h。 5.改造效果
经过调整后二次网循环泵运行功率由15Kw降低到7.5Kw，耗电量为调整前的一半，循环泵的运行频率38Hz降低到30Hz，节约电量如表4所示。同时将二次网供水温度调整到45℃，解决了二次网供水温度偏低的问题。经过了24小时的运行观察，二次网供回水温差由7℃，提高到15℃。接近理想值，系统处于“大温差、小流量”的节能方式运行。 五、循环泵节能改造效果
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项目实施后，即改善了该供热区域的供热稳定性，又提高了热效率，降低了电耗，节约了能源，改善了环境，改善现在的供热质量，实现供热节能的目标。
大连开热能源发展有限公司换热站循环泵节能改造项目EPC总承包工程的节能数据见表5：
预计一个采暖年度后，可节电35%左右，达到公司单位电耗不高于0.6kwh/m2的指标。 按照上述分析，改造投资384.5万元，如果不考虑并网面积增加因素，在3个采暖季即可收回成本。 六、结束语
换热站循环泵节能改造项目，通过EPC的方式实施，优化了站内设备及设施简化机组，合理调整运行参数，提升了系统健康水平。正常运行后应加强基础管理，对水泵设备勤维护勤保养勤检修保持设备的高效稳定运行，从而减少能源的浪费。 参考文献：
[1]《城镇供热管网设计规范》CJJ34-2010.
[2]贺平，孙刚，王飞等.《供热工程》[M].中国建筑工业出版社，第四版：244-245.
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