一种基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，包括蒸汽热网主管线、若干热用户支线、焓降法测试段、热源点、若干热用户、过热段温度传感器、源端热力参数监测系统、用户端热力参数监测系统、若干环境温度监测点和监测控制终端；热源点与蒸汽热网主管道相连，热用户通过热用户支线与蒸汽热网主管线相连；蒸汽热网主管线的起始位置设有过热段温度传感器，蒸汽热网主管线上的热源点与过热段温度传感器之间的部分管段为焓降法测试段；热源点上设有源端热力参数监测系统，热用户上分别设有用户端热力参数监测系统。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术系统设置了焓降法测试段以及各监测装置，各监测装置接入监测控制终端，实现了水击风险监测。击风险监测。击风险监测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统及方法


[0001]本专利技术属于热能输运
，具体涉及一种基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统及方法。

技术介绍

[0002]在蒸汽热网实际运行过程中，由于阀门快速开闭、泵启停、气体混入、流体相变等因素，会造成管内液体流速发生激变，瞬间造成管内压力的急剧波动，对管道、阀门以及设备产生短暂但是巨大的力学冲击，即水击。水击会造成管道破裂或瘪塌、附件损坏、部件疲劳寿命缩短、环境噪音等危害。
[0003]水击发生时，管道内部将更替发生局部真空和弥合性水击。当管内蒸汽冷凝时，相变会导致水击的发生，蒸汽含水量的增加也会放大水击的破坏作用。因此，对蒸汽热网管内蒸汽冷凝量的计算，对于预防管道水击具有重要作用。
[0004]然而，现有研究主要关注于管道散热损失和管道流量分配，对于管内蒸汽流量损失的研究较少。对于热网管损的研究，目前主要采用直接测量方法，即遵循质量守恒原则，在忽略管内蒸汽含水量的情况下，计算蒸汽热网进出口的流量差。直接测量方法无法表征管内蒸汽的含水量，也无法表征蒸汽热网蒸汽的实际冷凝量。
[0005]管内蒸汽冷凝是由管道散热损失导致的，通过管道散热损失可以对管内蒸汽冷凝量进行精确的表征。当前对于管道散热损失的测试方法主要有热平衡法、表面温度法和热流计法，其中热平衡法能够实现对管道散热损失的完整表征，但是热平衡法的测试精度受到管内蒸汽过热度的巨大影响，当管道过热度较小时，热平衡法会出现测量失准的情况。
[0006]因此，如何在长距离管道上应用热平衡法，实现对蒸汽热网散热损失和蒸汽冷凝量的精准测量，以及如何表征和预警蒸汽热网的水击风险，成为热能输运研究中亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统及方法。
[0008]这种基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，包括蒸汽热网主管线、若干热用户支线、焓降法测试段、热源点、若干热用户、过热段温度传感器、源端热力参数监测系统、用户端热力参数监测系统、若干环境温度监测点和监测控制终端；热源点与蒸汽热网主管道相连，热用户通过热用户支线与蒸汽热网主管线相连；蒸汽热网主管线的起始位置设有过热段温度传感器，蒸汽热网主管线上的热源点与过热段温度传感器之间的部分管段为焓降法测试段；热源点上设有源端热力参数监测系统，热用户上分别设有用户端热力参数监测系统，蒸汽热网主管道上布置有若干环境温度监测点；过热段温度传感器、源端热力参数监测系统、用户端热力参数监测系统以及环境温度监测点的数字信号分别与监测控制终端相连。
[0009]作为优选：所述源端热力参数监测系统和用户端热力参数监测系统均包含温度传感器、压力传感器和质量流量计。
[0010]作为优选：所述焓降法测试段的管道长度大于等于700m或焓降法测试段始末端的蒸汽温差大于等于3℃。
[0011]作为优选：所述过热段温度传感器处的蒸汽过热度大于等于60℃。
[0012]作为优选：所述焓降法测试段内包含至少一个蒸汽热网主管线上所具备的各类管道附件。
[0013]作为优选：所述蒸汽热网主管线为单热源或多热源的枝状供热管网。
[0014]这种基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统的评估方法，包括以下步骤：
[0015]S1、测试段蒸汽过热特征判断：监测控制终端以源端热力参数监测系统的压力值为参照，基于流量和管道尺寸特征计算过热段温度传感器处的压力，并比较过热段温度传感器温度及其对应的饱和温度，判断是否满足蒸汽过热度大于等于60℃且过热段温度传感器与源端热力参数监测系统之间的温差是否大于等于3℃的必要条件；
[0016]S2、基于热平衡法的热通量测试与计算：当步骤S1中的条件满足时，监测控制终端通过源端热力参数监测系统的蒸汽温度t
s
、压力p
s
和流量G
s
，过热段温度传感器的蒸汽温度t
e
以及求得的过热段温度传感器处的压力，得到焓降法测试段始末端的焓值及焓差h
s
‑
h
e
，进而得到焓降法测试段的散热热通量q
h
：
[0017][0018]式中，G
s
为流量值；A
s
为焓降法测试段管道外表面积；
[0019]S3、热网平均散热损失修正：首先，监测控制终端通过热段温度传感器的温度t
e
、源端热力参数监测系统温度t
s
、各用户端热力参数监测系统的温度t
i
以及环境温度监测点的温度t
a
，得到由于管线沿程蒸汽温度下降带来的温度修正系数ε：
[0020][0021]式中：Ave(t
s
,t
e
,t
i
)为过热段温度传感器温度t
e
、源端热力参数监测系统温度t
s
以及各用户端热力参数监测系统温度t
i
的平均值，℃；Ave(t
s
,t
e
)为过热段温度传感器温度t
e
、源端热力参数监测系统温度t
s
的平均值，℃；
[0022]进而，建立焓降法测试段的散热热通量q
h
与被测蒸汽热网上的平均散热热通量q
t
之间的关系：
[0023]q
t
＝ε
·
q
h
[0024]S4、热网总冷凝量计算：监测控制终端通过源端热力参数监测系统和各用户端热力参数监测系统的蒸汽热力参数，计算源端热力参数监测系统的蒸汽焓值h
s
和各用户端热力参数监测系统的蒸汽焓值h
i
；对源端热力参数监测系统和各用户端热力参数监测系统的压力值取平均，求取平均压力下的饱和蒸汽焓值h
w
，建立散热损失与被测蒸汽热网的蒸汽总冷凝量ΔG的定量关系：
[0025][0026]式中：A为被测管线的总表面积，m2；G
i
为各用户端热力参数监测系统的流量值；
[0027]从而得到热网总冷凝量ΔG；
[0028]S5、蒸汽热网的冷凝系数η计算：监测控制终端通过源端热力参数监测系统的流量值G
s
和各用户端热力参数监测系统的流量值G
i
，计算蒸汽热网的实际管损量ΔG1：
[0029]ΔG1＝G
s
‑
∑G
i
[0030]进而计算被测蒸汽热网的冷凝系数η：
[0031][0032]S6、热网水击风险评估：设定冷凝系数阈值为η1和η2，其中η1<η2；当蒸汽热网的冷凝系数η大于η2时，水击风险提示等级最低，系统运行安全；当蒸汽热网的冷凝系数η大于η1、小于η2时，热网水击风险上升，系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，其特征在于：包括蒸汽热网主管线(1)、若干热用户支线(2)、焓降法测试段(3)、热源点(4)、若干热用户(5)、过热段温度传感器(6)、源端热力参数监测系统(7)、用户端热力参数监测系统(8)、若干环境温度监测点(9)和监测控制终端(10)；热源点(4)与蒸汽热网主管道(1)相连，热用户(5)通过热用户支线(2)与蒸汽热网主管线(1)相连；蒸汽热网主管线(1)的起始位置设有过热段温度传感器(6)，蒸汽热网主管线(1)上的热源点(4)与过热段温度传感器(6)之间的部分管段为焓降法测试段(3)；热源点(4)上设有源端热力参数监测系统(7)，热用户(5)上分别设有用户端热力参数监测系统(8)，蒸汽热网主管道(1)上布置有若干环境温度监测点(9)；过热段温度传感器(6)、源端热力参数监测系统(7)、用户端热力参数监测系统(8)以及环境温度监测点(9)的数字信号分别与监测控制终端(10)相连。2.根据权利要求1所述的基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，其特征在于：所述源端热力参数监测系统(7)和用户端热力参数监测系统(8)均包含温度传感器(11)、压力传感器(12)和质量流量计(13)。3.根据权利要求1所述的基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，其特征在于：所述焓降法测试段(3)的管道长度大于等于700m或焓降法测试段(3)始末端的蒸汽温差大于等于3℃。4.根据权利要求1所述的基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，其特征在于：所述过热段温度传感器(6)处的蒸汽过热度大于等于60℃。5.根据权利要求1所述的基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，其特征在于：所述焓降法测试段(3)内包含至少一个蒸汽热网主管线(1)上所具备的各类管道附件。6.根据权利要求1所述的基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，其特征在于：所述蒸汽热网主管线(1)为单热源或多热源的枝状供热管网。7.一种如权利要求1所述的基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、测试段蒸汽过热特征判断：监测控制终端(10)以源端热力参数监测系统(7)的压力值为参照，基于流量和管道尺寸特征计算过热段温度传感器(6)处的压力，并比较过热段温度传感器(6)温度及其对应的饱和温度，判断是否满足蒸汽过热度大于等于60℃且过热段温度传感器(6)与源端热力参数监测系统(7)之间的温差是否大于等于3℃的必要条件；S2、基于热平衡法的热通量测试与计算：当步骤S1中的条件满足时，监测控制终端(10)通过源端热力参数监测系统(7)的蒸汽温度t
s
、压力p
s
和流量G
s
，过热段温度传感器(6)的蒸汽温度t
e
以及求得的过热段温度传感器(6)处的压力，得到焓降法测试段(3)始末端的焓值及焓差h
s
‑
h
e
，进而得到焓降法测试段(3)的散热热通量q<...

【专利技术属性】
技术研发人员：林俊光，赵建法，孙士恩，张良，俞李斌，陈凯伦，罗海华，马聪，
申请(专利权)人：浙江浙能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：