电动调节阀在热站的应用

目前，国内供热系统包括一次水系统和二次水系统，一般采用大流量小温差的运行方式，实际供水温度低于设计供水温度10~20℃，循环水量增加20%~50%。这种运行状态急剧增加了循环水泵的功耗（50%以上），严重降低了管网的输送能力，增加了热站内的换热设备数量。原因主要是由于管网缺乏必要的控制设备，系统存在水力失衡问题，采取措施确保不利于用户的供热。因此，在加热系统增加控制手段后，应将供水温度提高到设计温度或接近设计温度，以提高供热系统的输送效率，节约能源，为用户扩展奠定良好的基础。

供热系统的一次系统水力失衡和能源浪费非常严重，因为每个热站的水量没有得到有效控制。因此，应在热站入口安装流量控制设备，以解决一次性水系统的水力失衡问题。固定流量质量调操作模式应配备自力流量限制器，变流量调节系统应配备压差控制器或电动调节阀。为了提高热站的自动控制水平，越来越多的电动调节阀用于供热系统的流量调节。

合理选择2 电动调节阀

目前热站多采用电动两通调节阀，具有对数特性。其优点是流量小，流量变化小，流量变化大，即在不同开度上具有相同的调节精度。

根据经验，阀门的理想压降应等于系统压降，即阀门的阀权β为0.5:00，阀门工作状态理想，调节性能稳定，调节准确。在加热系统中，大多数调节阀在变工状态下工作，即使在设计条件下也难以工作β=1条件下，阀权接近0.5.阀门在理想工作条件下具有理想的工作特性。

流通能力Cv选择调节阀的主要参数之一，定义为：当调节阀完全打开时，阀两端的压差为0.1MPa，流体密度为1g/cm³时，每h流经调节阀的流量，也称为流量系数。在实践中，主要通过阀体的截面流量来确定和选择，然后通过阀体的权力来验证和计算。Cv根据所选厂家推荐的图表，根据流通能力选择调节阀样本Cv值对应的调节阀直径，初步确定调节阀的公称直径，然后计算此时阀门的阀权。经校核计算，选择最接近的β＝0.5的阀门。

如下所示。设计数据80m³/h，系统压降55kPa，图1显示了调节阀的流量和压力关系图，图中的水平线A-A表示流量为80m³/h，垂直线B-B表示压降为55kPa。

图1 电动两通调节阀的流量与压力关系

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根据图1，A-A水平线和很多Cv斜线和垂直线B-B相交，找到和B-B线的相交点C，可以看到距C点最近的D，E两点，这两点分别是A-A线与Cv145线、Cv对于这两个交点，100线Cv验证值，以进一步确定最佳选择。D，E在这种情况下使用阀门时，点对应的压降是压降。查图1显示，分别为26kPa和60kPa

对于Cv＝100m³/h阀门压降为60kPa，计算可用的阀权β＝60kPa/（60kPa＋55kPa）＝0.522。

对于Cv＝145m³/h压降为26的阀门kPa，计算可得阀权度β＝26kPa/（26kPa＋55kPa）＝0.321。

从上述计算可以看出Cv＝100m³/h阀门的阀权最接近0.5的理想状态，所以设计流量80m³/h，压降55kPa对于管道，安装Cv＝100m³/h阀门更合理，可根据选型样本确定DN80电动调节阀。

根据不同的形式和规模，热力站大致可以分为以下几种情况：

1)热站初始供热规模等于或接近设计容量。在这种情况下，电动调节阀更容易选择，流量和压降可以根据热站的运行设计，并通过上述计算方法进行计算和选择。根据计算结果，如果设计流量为选定调节阀全开流量的70%~80%，则设计流量可直接选择为电动调节阀开度80%对应的流量，最终选择结果可通过计算验证确定，既能满足使用要求，保证调节精度，又能节约初始投资成本。

2)热站初始供热规模小于设计容量，但大于设计容量的50%。在这种情况下，初始和最终规模所需的流量可以根据热站的运行参数分别计算。根据这两种状态下的流量比较电动阀选择手册，选择电动阀最佳开度为30%~80%。如果最大和最小流量可以同时在一个电动阀的调整范围内，则可以确定电动阀适合热站的运行要求；如果最大和最小流量不同时在一个电动阀的调整范围内，且偏差不大，则可以选择稍大的电动阀。

3)热站初始供热规模远小于设计容量，短期内无法达到最终规模。一个电动调节阀不能同时满足初始和最终的供热调节需求。此时，有两种方法可以解决这个问题。方法1：根据初始和中期的供热负荷和运行参数计算所需流量，根据电动调节阀的选择原则进行选择。当热负荷发展到超出阀门的调节范围时，可以选择另一个电动调节阀。此时，根据最终供热规模，即设计容量，选择合适的电动调节阀。该方法成本相对较高，实施起来也比较麻烦。方法2：将具有调节功能的平衡阀与电动调节阀并联，分担部分流量调节功能（如图2所示），既能满足初始小流量调节要求，又能满足最终大流量调节要求，节约初始投资，避免更换阀门的成本和能源。

图2 电动调节阀并联安装示意图1

在选择类型时，首先根据初始加热规模、设计容量和运行参数，分别计算所需流量，以初始加热所需流量作为电动调节阀最小经济流量的基础，选择合适的电动调节阀，然后根据所选电动调节阀最大合理调节流量，确定最终不可调节流量，即减去电动调节阀最大合理调节流量，选择适当调节精度的平衡阀作为基础。对于这种并联连接方式，电动调节阀两侧的压差变化不大，即阀强度变化不大。此时，电动调节阀可视为不增加并联阀的调节特性，因此调节阀的并联只实现了部分流量调节，从而节省了阀门的初始投资。该方法适用于管网管径大、初期热负荷变化大的热站设计。由于大管径电动调节阀选择性小，价格大于小管径电动调节阀，从经济联方案可以解决这些问题。

例:某热力站初期供热设计流量60m³/h，最终供热设计流量300m³/h，车站初期-终期设计流量差距很大。为了解决这种情况下电动调节阀的选择问题，初始设计流量可以先为60m³/h选择电动调节阀作为可选电动调节阀调节开度30%对应的流量Cv值，为180m³/h，然后对比选型样本确定选择Cv＝220m³/h的DN125电动调节阀，这样，选择的电动调节阀就可调节180m³/h流量，其余120m³/h通过选择合适的平衡阀来调节流量。由于电动调节阀可能出现故障，管道中的所有流量都需要通过平衡阀进行调节，因此平衡阀略大于所选调节流量。

根据平衡阀的选型计算，求得全压降值Δp

Δp=0.5ζρυ²    （1）

式中　ζ当平衡阀完全开时的局部阻力系数，可取10~15；ρ流体密度；υ为管道内的设计流速。

设计流速υ≥0.7m/s，可式(1)可获得Δp=2.45kPa。当计算出的Δp≥2kPa说明该工况适合选择使用该阀门，然后将确定的流量与选择样本进行比较DN125平衡阀合理经济，完成了两个并联线阀的选择。

另外，从压差的角度考虑阀权的变化:如图2所示，主管网供回水设计压差为400kPa，设计流量下所选电动调节阀全开阀端压差为60kPa，当电动调节阀单独使用时，阀权β＝60kPa/400kPa＝0.15.显然太小，阀门的调节性能很差。此时，可采用并联前串联平衡阀的连接方式，解决管道压差过高、调节阀调节性能差的问题。如图3所示，在电动调节阀的前端增加平衡阀，以克服多余的资本压力头，其余的资本压力头由电动调节阀克服，以使电动调节阀的设计压差与工作压差之比尽可能接近0.5.提高调节阀的调节性能。以上为例，选择与调节阀串联的同口径平衡阀，关闭平衡阀，克服250kPa剩下的资用压头是150kPa电动调节阀克服了资用压头，电动调节阀的阀权β＝60kPa/150kPa＝0.4.调节性能明显提高，接近理想调节状态。通过这种串联安装方式，电动调节阀的调节性能有所提高。但由于平衡阀串联关闭较小，管道流量相应减少，平衡阀的选择应相应调整，以适应调节流量的变化。

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图3 电动调节阀并联安装示意图2

如图2所示，电动调节阀和平衡阀并联，联合调节是经济、合理、使用方便的常用组合。该方法的调节方法和过程如下：在加热初期，关闭平衡阀，打开电动调节阀，根据实际需要调整开度，随着加热规模的扩大，调整电动阀开度以适应热发展，直至最大合理开度仍不能满足要求，关闭电动调节阀，平衡阀一路打开，由于平衡阀的调节功能有限，如果不能满足流量要求或精度要求，此时打开电动调节阀，合理分配和调整两个流量，可满足所需的流量和精度要求。调整是一项精细的工作，不仅需要操作人员的技术水平和经验，还需要准确的加热数据作为调整的基础，所以要做好这项工作，还需要做大量的准备和调整工作。

这种方法也可以推广到前两种情况，可以大大降低电动调节阀的直径，节省初始投资。由于该方法的诸多优点，在热站的自动控制中得到了越来越多的应用，大大提高了热站的自动控制水平和安全性。

3 选择时应注意的问题

由于不同换热站的系统位置不同，各热站一级管道进出口的压差也不同（如图4所示）。靠近热源前端A点的管道进出口压差较大，安装的调节阀端压差较大Δpa也更大；系统末端B管道进出口压差小，安装的调节阀端压差小Δpb管道中的不同压差对电动调节阀的选择也有很大的影响。因此，在初步选择电动调节阀的型号后，应计算整个系统的相应水力，特别是热站管网进出口的压差，以检查选定电动调节阀的阀端压差。在电动调节阀的选择样本中，电动调节阀有出厂时设置的最佳阀端压差。将计算出的管网进出口压差与阀门推荐压差进行比较，确保不超过阀门的最大关闭压差，选择最合适的电动调节阀调节阀。电动调节阀的一个优点是可以根据不同的压差条件选择不同的驱动器，以满足管网压差的最大要求。

图4 调节阀工作压差与管道实际压力关系示意图

在系统前端，当热站一次管网进出口压差较大时，需要采取一些相应的技术手段，如安装压差控制器或节流孔板等设备，也可采用图3中串联平衡阀的方法来降低电动调节阀的压差。具体选择方法如上；在系统末端，由于前端管网管段过长，阻力消耗过大，前端热站流量分布不均匀，压降过大，导致网络末端压差过小，也可以考虑在适当位置增加中继泵站，以增加后端管道中的流体压差，满足调节阀的压差要求。上述措施需要根据不同的情况进行计算和安装。通过这些技术手段，可以避免近端电动调节阀失衡、流量过大；系统末端热用户的供回水资用压头过小（不再按设计水压图运行），即使调节阀完全打开，也不能达到设计流量，会产生冷热不均匀的现象。电动调节阀的正确选择和安装可以在整个网络系统的安全运行中发挥更好的作用。

此外，为了节省投资，系统末端的换热站不能设置电动调节阀，只需合理设置和调节前端的调节阀，并在末端留下足够的压力头和流量，以满足设计和使用的要求。

电动调节阀在实际应用中仍存在许多不确定因素和不可控环节，限制了调节精度，特别是在运行初期，整个系统不稳定，不能担心调节电动调节阀，需要等待整体流量、温度稳定，注意调节和观察效果，根据经验，然后从系统前端到后端逐一微调，直到热交换站流量分配相对均匀、平衡。

4 结语

在换热站安装电动调节阀是一种非常必要和可行的调节方法。正确选择、合理布置、准确调整后，基本解决网络管道水力失衡问题，节约大量能源，改变当前大流量小温差浪费现象，节能效果显著，值得推广应用。