集中供熱網(wǎng)的可行性分析

集中供熱網(wǎng)的可及性分析來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)||2023-10-26|編輯：admin1

引言

集中供熱與傳統(tǒng)的分散供熱相比，具有減少環(huán)境污染、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。因此，在我國(guó)獲得了廣泛的應(yīng)用。集中供熱網(wǎng)作為連接所有用戶和熱源的橋梁，擔(dān)負(fù)著輸送和分配熱量的任務(wù)。集中供熱管網(wǎng)的投資非常可觀，由于許多熱網(wǎng)輻射半徑很大，其動(dòng)力消耗也占有很大的比重，因此對(duì)它的研究具有非常重要的意義。

近年來(lái)，為了提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性及靈活性，一些城市紛紛建立了多熱源環(huán)形網(wǎng)的供熱格局。但由于運(yùn)行管理水平相對(duì)較低，對(duì)多熱源的協(xié)調(diào)運(yùn)行缺乏了解，對(duì)環(huán)形網(wǎng)的運(yùn)行認(rèn)識(shí)不足，在運(yùn)行時(shí)卻不得不將各熱源"解裂"，甚至將各環(huán)切斷，采用"環(huán)狀管網(wǎng)，枝狀運(yùn)行"的模式，沒(méi)有充分發(fā)揮系統(tǒng)的能力。目前國(guó)內(nèi)已有少數(shù)地方采用了環(huán)狀運(yùn)行的模式，也看到了環(huán)狀運(yùn)行在提高管網(wǎng)的輸送能力、改善系統(tǒng)的水力工況方面的好處。但往往簡(jiǎn)單地認(rèn)為將干管上所有的閥門打開即可得到最佳的工況，對(duì)特定的系統(tǒng)到底應(yīng)該如何運(yùn)行缺乏研究，對(duì)于實(shí)際的運(yùn)行工況也不能做到"心中有數(shù)"，沒(méi)有系統(tǒng)的理論指導(dǎo)，因此對(duì)于環(huán)形網(wǎng)的認(rèn)識(shí)也必然是片面的、不準(zhǔn)確的。

實(shí)際上，正是多熱源環(huán)形網(wǎng)的不斷推廣應(yīng)用，使得對(duì)于集中供熱網(wǎng)的可及性研究顯得更為迫切。不同于模擬問(wèn)題，可及性分析是指在給定的用戶流量的情況下，分析管網(wǎng)能否達(dá)到該流量分布，以及應(yīng)該如何達(dá)到。對(duì)于環(huán)形管網(wǎng)，就是要分析干管上閥門應(yīng)該如何配置和調(diào)節(jié)，才能達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行工況，從而滿足各用戶的要求，而且運(yùn)行泵耗最小。

本文首次提出了可及性分析的概念。文中將集中供熱網(wǎng)分為枝狀網(wǎng)、多熱源、環(huán)形網(wǎng)幾個(gè)部分，分別進(jìn)行研究，探討了數(shù)學(xué)模型的建立以及具體的分析方法?？杉靶苑治鰧?duì)管網(wǎng)的設(shè)計(jì)，改造、擴(kuò)容以及實(shí)際的運(yùn)行調(diào)度都有重要的指導(dǎo)意義，文中最后針對(duì)我國(guó)東北的一個(gè)熱網(wǎng)進(jìn)行了具體分析。2

集中供熱網(wǎng)的數(shù)學(xué)描述

為便于說(shuō)明問(wèn)題，同時(shí)也為了減小問(wèn)題的規(guī)模，我們將集中供熱分為供水干管、回水干管以及熱源與用戶三個(gè)部分。對(duì)于串聯(lián)系統(tǒng)的管網(wǎng)以及其它特殊管網(wǎng)，可在此基礎(chǔ)上另行分析。

供回水干管系統(tǒng)的特點(diǎn)是，它與熱源及用戶相連的節(jié)點(diǎn)都是源或匯，其進(jìn)、出流量即為相應(yīng)用戶或熱源的流量。下面以供水側(cè)管網(wǎng)為例進(jìn)行討論。

根據(jù)基爾霍夫定律可以得到以下關(guān)系式：

AG=Q（1）

ATPd=S|G|G+Zd-Hp

（2）

其中A為關(guān)聯(lián)矩陣，若該管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)為N+1，支路數(shù)為B，則A為N×B維的矩陣，各元素按下式規(guī)定：

G=（G1，G2，……GB）T，為各支路的流量向量，Q=（Q1，Q2，……QN）T為各節(jié)點(diǎn)的流量向量，入流為正，出流為負(fù)。

Pd=（Pd<sup>1，Pd2，……Pd

N）T

Zd=（Zd1，Zd2，……Zd

N）T

分別是各節(jié)點(diǎn)相對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)的壓力差和高差向量，若已知參考節(jié)點(diǎn)的壓力和高度，由此就可確定各節(jié)點(diǎn)的壓力和高度。

HP為各支路的水泵揚(yáng)程向量，可以認(rèn)為第i支路的水泵揚(yáng)程Hpi

=ai+bi

Gi+ci

Gi2。若該支路沒(méi)有水泵，則Hd

i

=0

S=diag(S1,S2,…,SB)

|G|=diag(|G1|,|G2|,…,|GB|)

若將所有支路分為樹支和鏈支兩個(gè)部分，則式（1）可轉(zhuǎn)化為

G1=A1-1Q-A1-1A2G2

（3）

其中，A=（A1A2），A1，A2分別是樹支矩陣和鏈支矩陣，G1，G2

分別是樹支流量向量和鏈支流量向量。

由式（3）可以看出，只有鏈支流量向量是獨(dú)立變量。

對(duì)于可及性問(wèn)題，根據(jù)各用戶的流量要求可以確定Q向量，若為枝狀管網(wǎng)，則沒(méi)有鏈支，可以證明A矩陣為方陣，并且是可逆的，支路流量向量可由下式表出：G=A-1Q。若為多環(huán)管網(wǎng)，則環(huán)的個(gè)數(shù)即為鏈支流量向量的維數(shù)，所有支路的流量由該鏈支流量向量唯一確定。

回水側(cè)管網(wǎng)同樣滿足以上各式。3

枝狀網(wǎng)的分析方法

可及性分析與模擬分析問(wèn)題不同，它是在已知各用戶流量分配要求的情況下，分析系統(tǒng)能否滿足這一要求，若能滿足，應(yīng)該如何運(yùn)行、調(diào)節(jié)才最省能。分別考察供、回水側(cè)干管管網(wǎng)，根據(jù)第2節(jié)中的基本方程程可以得出：

各支路的流量為：

G=A-1Q（4）

各節(jié)點(diǎn)與參才節(jié)點(diǎn)的壓力之差為：

Pd

=（A-1）T（S|G|G+Z

d

-Hp）(5)

若參考節(jié)點(diǎn)的壓力為p0，則各節(jié)點(diǎn)的壓力為

P=Pd+p0l（6）

其中l(wèi)為單位向量。

3．1單熱源枝狀網(wǎng)

一簡(jiǎn)單單熱源管網(wǎng)及其供、回水側(cè)管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。

圖1某一單熱源枝狀網(wǎng)示意圖及供、回水側(cè)的干管網(wǎng)絡(luò)圖

當(dāng)水泵已選定，且轉(zhuǎn)速已定時(shí)，根據(jù)總循環(huán)水量，可以確定主循環(huán)泵的揚(yáng)程Hp0，假定泵入口為定壓點(diǎn)，壓力Hr0為，則供、回水干管網(wǎng)絡(luò)參考點(diǎn)壓力可以確定。

供水側(cè)p0=ps0=pr0+Hp0

回水側(cè)p0=p

r0

代入式（4）～（6）即可求得供、回水側(cè)各節(jié)點(diǎn)的壓力psi，pri，各用戶的資用壓頭等于供、回水側(cè)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的壓力之差：Δpi

=pis-pi

r

。若Δpi≥Δpin（Δpin為用戶所需壓頭）對(duì)所有用戶皆成立，我們就說(shuō)該網(wǎng)絡(luò)對(duì)于該工況是可及的，否則，可據(jù)此找到最不利的用戶，進(jìn)而確定解決的方案，如局部管段加粗、添加用戶加壓泵等。

若主循環(huán)泵未選定，可及性分析就轉(zhuǎn)化為確定主循環(huán)泵所需用的最小揚(yáng)程。此時(shí)回水側(cè)面參考節(jié)點(diǎn)壓力仍為p0=pr0，代入式（4）～（6）即可求得回水側(cè)面各節(jié)點(diǎn)的壓力pri，若各用戶要求壓力為Δpin，可得到供水側(cè)面各用戶節(jié)點(diǎn)所需最小壓力plsi=p

ir+Δpin。另外，供水側(cè)各節(jié)點(diǎn)壓力可以表達(dá)為主循環(huán)泵揚(yáng)程的Hp0函數(shù)。

Ps

=（A-1）T（S|G|G）+l(pr0+Hp0)(7)

要使p

is≥plsi對(duì)所有供水側(cè)用戶節(jié)點(diǎn)都成立，可以得到滿足以上所有不等式的主循環(huán)泵最小揚(yáng)程

（8）

3．2多熱源枝狀網(wǎng)

若采用多熱源并網(wǎng)運(yùn)行，其定壓點(diǎn)也只能是一個(gè)，假定定壓點(diǎn)在第1個(gè)熱源的循環(huán)泵入口處，壓力為p

0r。

第1個(gè)熱源的水泵已定，因其揚(yáng)程H

1p已定時(shí)，依照3.1我們可以得到供、回水側(cè)參考點(diǎn)的壓力，進(jìn)而可以計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)的壓力pis、p

ir。考察其它熱源循環(huán)泵，若p

js

-pjr

>H

jp

(H

jp為j個(gè)熱源循環(huán)泵揚(yáng)程，j≥2)，表明第j個(gè)熱源的循環(huán)泵揚(yáng)程偏小，系統(tǒng)不可及，需作調(diào)整；若某一熱源處，p

js-p

jr

>H

jp,則可調(diào)整串在水泵所在支路的閥門或調(diào)節(jié)該水泵的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到系統(tǒng)特定的工況。這時(shí)，如果不作調(diào)整，顯然該熱源的流量將會(huì)比設(shè)定的流量大，導(dǎo)致各熱源出力的均衡。

對(duì)于各用戶的考察與3.1所述完全一致，在此不再贅述。4

環(huán)形網(wǎng)的分析方法

4．1環(huán)形網(wǎng)可及性分析數(shù)學(xué)模型的建立

這里所說(shuō)的"環(huán)"針對(duì)供、回水干管而言的。以供水側(cè)干管網(wǎng)絡(luò)為例，若網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)為N+1，支路數(shù)為B，則環(huán)的個(gè)數(shù)為B-N?？刹捎?破圈法"等確定B-N個(gè)鏈支支路，剩下的N個(gè)支路形成"樹"。此時(shí)，樹支流量與鏈支流量有如下關(guān)系

G1=A1-1Q-A1-1A2G2

（3）

參照式（5），干管上的各點(diǎn)壓力可表示為

Pd

=（A-1）T（S1|G1|G1+Z

d1-Hp1）(9)

對(duì)各鏈支支路，有

A2T

Pd

=S2|G2|G2+Z

d2

-Hp2

亦即

A2T（A-1）T（S1|G1|G1+Z

d1-Hp1）=S2|G2|G2

+Z

d2

-Hp2

(10)

式（10）即構(gòu)成了環(huán)路平衡方程。

對(duì)于環(huán)形網(wǎng)，我們可以得到幾個(gè)重要的結(jié)論。下面結(jié)合圖2進(jìn)行說(shuō)明。

結(jié)論1當(dāng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)不變且干管上閥門等調(diào)節(jié)部件不作調(diào)整時(shí)，則要實(shí)現(xiàn)對(duì)各用戶及熱源的特定流量分配，干管上流量是唯一的。

由式（3）可以看出網(wǎng)絡(luò)中只有G2的流量是獨(dú)立的，獨(dú)立變量共B-N個(gè)，而環(huán)路平衡方程組程的個(gè)數(shù)是相等的，方程組封閉，可以證明該方程組的解是唯一的。從該式同時(shí)可以看出，改變環(huán)網(wǎng)干管參數(shù)，將使環(huán)網(wǎng)上管路的流量分配發(fā)生變化，但同樣可以滿足各用戶和熱源的特定流量要求。

結(jié)論2對(duì)某一確定的熱源、用戶流量分配，適當(dāng)關(guān)小環(huán)上干管的閥門，可以提高/降低部分節(jié)點(diǎn)的壓力。

如圖2所示，假設(shè)干管閥門全開時(shí)的匯交點(diǎn)在4，則若在3-4支路上設(shè)閥門，關(guān)小后由于1-2-3支路上通過(guò)的流量減小，導(dǎo)致R1，R2節(jié)點(diǎn)的壓力升高，同時(shí)由于1-5-4支路和上的流量增加，R3，R4的壓力將會(huì)降低。

圖2某一單環(huán)供熱網(wǎng)的供水側(cè)面干管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

由此可以看出，對(duì)于環(huán)形網(wǎng)對(duì)應(yīng)特定的用戶流量分配要求，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整環(huán)上部分干管支路的閥門來(lái)改變各節(jié)點(diǎn)的壓力分布，從而有可能提高部分用戶的資用壓頭，達(dá)到提高管網(wǎng)輸送能力和節(jié)能的目的。如何裝配和調(diào)節(jié)干管上的閥門成為環(huán)形網(wǎng)可及性分析要的主要問(wèn)題。

結(jié)論3當(dāng)用戶及熱源要求的流量不變，且要實(shí)現(xiàn)同一種G2，即使得干管上的流量分配固定不變時(shí)，對(duì)于供（回）水側(cè)面管網(wǎng)，閥門安裝在環(huán)上與匯交點(diǎn)（分流點(diǎn)）相連的支路最有利，并且每個(gè)環(huán)上最多只需調(diào)節(jié)一個(gè)閥門。

實(shí)際上，為達(dá)到某一特定的干管流量分配，環(huán)路上的閥門可以安裝在環(huán)上的不同位置，而且也可以安裝不止一個(gè)閥門。例如圖2中將閥門安裝在1-2或2-3支路上都可以，但安裝在1-2支路上將使R1，R2的壓力也降低，安裝在2-3支路將使R2的壓力降低。進(jìn)一步可以證明，若采用上述結(jié)論中的方式安裝和調(diào)節(jié)閥門得到的各用戶節(jié)點(diǎn)壓力為p

0

i，采用其它方式加閥得到的各用戶節(jié)點(diǎn)壓力為p

i，則

對(duì)供水側(cè)干管網(wǎng)絡(luò)，p

0

i≥pi

對(duì)回水側(cè)干管網(wǎng)絡(luò)，p

0

i≤pi

對(duì)所有用戶均成立。也就是說(shuō)采用此種安裝和調(diào)節(jié)方式得到的各用戶資用壓力頭最大，因而是最有利的。

以上3個(gè)結(jié)論是進(jìn)行環(huán)形網(wǎng)可及性分析的基礎(chǔ)。根據(jù)以上結(jié)論，在求解時(shí)就可以首先假定G2，根據(jù)式（3），（10）和以上結(jié)論確定環(huán)上閥門安裝位置及閥門阻力，進(jìn)而就可確定各節(jié)點(diǎn)的壓力。可及性分析的目標(biāo)，就是要求解網(wǎng)上剩余壓頭最小的用戶的最大剩余壓頭值為多少，從而可以判斷系統(tǒng)是否可及，或確定各循環(huán)泵的最小揚(yáng)程。若各用戶所需的資用壓頭為Δp

0

n，則該最優(yōu)化問(wèn)題可表述為

，對(duì)供水側(cè)干管網(wǎng)絡(luò)

，對(duì)回水側(cè)干管網(wǎng)絡(luò)

約束條件為

G1=A1-1Q-A1-1A2G2

A2T（A-1）T（S1|G1|G1+Z

d1-Hp1）=S2|G2|G2

+Z

d2

-Hp2

4．2環(huán)形網(wǎng)可及性分析的具體算法

通過(guò)4.1的分析，很自然地可以確定解決的基本思路（以供水側(cè)干管網(wǎng)絡(luò)為例）：

①首先確定鏈支支路，假定一組鏈支支路的流量為G2；

②根據(jù)式（3）計(jì)算出全部管段的流量G，根據(jù)其方向確定各環(huán)的水力匯交點(diǎn)；

③根據(jù)式（10）和結(jié)論3確定各環(huán)上要安裝的閥門位置及要滿足G2閥門應(yīng)有的阻力；

④根據(jù)③的結(jié)果修正S1，然后由式（9）計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)的壓力；

⑤計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值；

⑥若目標(biāo)最優(yōu)，此過(guò)程結(jié)束，否則根據(jù)一定的規(guī)則修正G2，返回②。

該問(wèn)題是一復(fù)雜的非線性最優(yōu)化問(wèn)題，若采用一般的直接搜索方法，由于問(wèn)題的復(fù)雜度較高，收斂的速度非常慢，效率很低，更重要的是由于通常的非線性最優(yōu)化方法都是單點(diǎn)搜索算法，容易陷入局部最優(yōu)解，而難以得到全局最優(yōu)的解。為此，本文采用效果較好的混合遺傳算法來(lái)解。

遺傳算法是一種利用隨機(jī)化技術(shù)來(lái)指導(dǎo)對(duì)一個(gè)被編碼的參數(shù)空間進(jìn)行高效搜索的方法，相對(duì)其他優(yōu)化算法，遺傳算法具有簡(jiǎn)單通用、魯棒性很強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)問(wèn)題空間進(jìn)行全局的搜索，它的5個(gè)基本要素即參數(shù)編碼、初始群體的設(shè)定、適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計(jì)、遺傳操作設(shè)計(jì)以及控制參數(shù)的設(shè)計(jì)，構(gòu)成了遺傳算法的核心內(nèi)容。但遺傳算法也有其不足之處，概要地說(shuō)就是全局搜索能力有余而局部搜索能力不足，特別是當(dāng)快接近總是的最優(yōu)解時(shí)搜索的速度明顯放慢。筆者為此一方面通過(guò)在搜索過(guò)程中不斷調(diào)整控制參數(shù)來(lái)彌補(bǔ)，另一方面在搜索的后期引進(jìn)直接搜索的方法，在遺傳算法的最優(yōu)結(jié)果的基礎(chǔ)上作局部的微調(diào)，最終達(dá)到全局最優(yōu)。這樣就形成了一種混合遺傳算法，較好地利用了兩種方法的長(zhǎng)處。

在編碼一采用了0-1機(jī)制，將各環(huán)的水力匯交點(diǎn)（分流點(diǎn)）位置和流量分配比作為未知變量進(jìn)行編碼。

基于以上分析，編制了相應(yīng)的應(yīng)用軟件，該軟件可以對(duì)各種供熱網(wǎng)絡(luò)（包括枝狀網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)及多熱源并網(wǎng)運(yùn)行的管網(wǎng)等）進(jìn)行可及性分析。該軟件采用圖形化的用戶界面，界面友好，操作簡(jiǎn)便，結(jié)果形象、直觀。下面級(jí)出一個(gè)具體算例。

圖3是東北某集中供熱網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。隨著供熱負(fù)荷的增大以及對(duì)系統(tǒng)可靠性等方面的要求，該熱網(wǎng)在原來(lái)單熱源枝狀網(wǎng)的基礎(chǔ)上已發(fā)展成為兩熱源二環(huán)管網(wǎng)。全網(wǎng)運(yùn)行方式為質(zhì)調(diào)節(jié)，各熱力站為間邊換熱站。根據(jù)用戶負(fù)荷和熱源情況確定用戶總流量為5900t/h。其中熱源1負(fù)擔(dān)4900t/h，熱源2負(fù)擔(dān)1000t/h。各熱力站需資用壓力頭5m，各熱源內(nèi)部壓降為10m。熱源1的循環(huán)水泵在設(shè)計(jì)流量下的揚(yáng)程為77m，熱源2水泵揚(yáng)程為55m?，F(xiàn)在的問(wèn)題是，對(duì)于該熱網(wǎng)，若采用現(xiàn)有水泵，系統(tǒng)能否滿足各用戶的流量要求，若能滿足，應(yīng)該如何調(diào)節(jié)？

圖3東北某集中供熱網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)利用可及性分析方法來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題。由于供加水側(cè)完全對(duì)稱，我們可以只分析供水側(cè)，由此即可推及回水側(cè)的對(duì)應(yīng)結(jié)果。供水側(cè)共2個(gè)環(huán)，大環(huán)有37個(gè)節(jié)點(diǎn)，匯交點(diǎn)位置用6位二進(jìn)制數(shù)表示；小環(huán)有22個(gè)節(jié)點(diǎn)，用5位二進(jìn)制數(shù)表示；每個(gè)環(huán)上的匯交點(diǎn)流量分配比用6位二進(jìn)制數(shù)表示。這樣問(wèn)題染色體的長(zhǎng)度為6+5+6+6=23。需要注意的是，匯交點(diǎn)位置的編碼有冗余，通常的處理方法是將冗余的基因作為致死基因（即適應(yīng)度函數(shù)值為0）。但大量冗余的存在將嚴(yán)重影響遺傳算法的有效應(yīng)用。為此，將冗余部分進(jìn)行重新映射，若匯交點(diǎn)位置編碼為n位，某一冗余編碼值為α，則認(rèn)為該編碼對(duì)應(yīng)的值為α－2n-1，這樣處理就保證了冗余編碼除最高位外都是有效的。

確定群體規(guī)模為64，初始群體在隨機(jī)制基礎(chǔ)上產(chǎn)生，若隨機(jī)產(chǎn)生的染色體適值大小0，則吸收它為初始個(gè)體。在設(shè)計(jì)適應(yīng)度函數(shù)時(shí)，需要考慮到除主熱源外其它熱源能夠提供的壓頭?？梢詫⑵渥鳛閼土P項(xiàng)加到相就原函數(shù)中去，轉(zhuǎn)化為對(duì)無(wú)約束問(wèn)題的求解。

遺傳算法采用保留最優(yōu)值的VCGA方法，選擇操作采用適應(yīng)度比例選擇策略。交叉操作采用單點(diǎn)交叉，變異操作為單點(diǎn)置換。選擇概率取0.8，變異概率起始時(shí)取0.001，以后逐漸加大至0.0088。

限定遺傳操作熱行到第120代時(shí)終止，轉(zhuǎn)為對(duì)最優(yōu)個(gè)體的局部最優(yōu)直接搜索，在遺傳算法最優(yōu)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部微調(diào)，最終得到用戶最小剩余壓頭可以達(dá)到3.28m，目標(biāo)值大于0，因此系統(tǒng)是可及的。剩余壓頭最小的用戶為V。對(duì)應(yīng)參數(shù)如下：環(huán)編號(hào)水力匯交點(diǎn)位置流量分配比閥門所在支路對(duì)應(yīng)支路的流量閥門阻力Sv1B0AB0+∞2M1MN0+∞

對(duì)應(yīng)該工況熱源2循環(huán)水泵的揚(yáng)程需達(dá)到41m，因此原有的循環(huán)水泵完全可以滿足要求。

若將干管上閥門全部打開，環(huán)狀運(yùn)行，則其中的兩個(gè)匯交點(diǎn)為E，L，剩余壓頭最小的用戶仍為V，其值為-6.09m，目標(biāo)值小于0，系統(tǒng)是不可及的。

由上可見(jiàn)，單純考察系統(tǒng)的水力工況，不能簡(jiǎn)單是判定環(huán)狀運(yùn)行和枝狀運(yùn)行孰優(yōu)孰劣，而應(yīng)針對(duì)特定的系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析。分析表明，在環(huán)上干管的合理位置裝配和調(diào)節(jié)閥門有利于系統(tǒng)工況的改善。以上述兩個(gè)工況為例，若采用國(guó)內(nèi)現(xiàn)在通常采用的將環(huán)上閥門全部打開的方式運(yùn)行，系統(tǒng)是不可及的，可是通過(guò)進(jìn)行可及性分析，在AB和MN支路上安裝閥門并將其全關(guān)后系統(tǒng)卻是可及的。如果熱源循環(huán)泵采用變速泵，則為滿足同樣的用戶、熱源流量要求，進(jìn)行可及性分析后主循環(huán)泵的揚(yáng)程可以下調(diào)6.09+3.28=9.37m，節(jié)能效果也是非常顯著的。

其實(shí)這是在直觀上也是可以解釋的。如圖3閥門全開時(shí)，大環(huán)的匯交點(diǎn)在L，用戶V處在一個(gè)較長(zhǎng)的分支上，是最不利用戶。當(dāng)MN上裝閥且關(guān)斷時(shí)，熱源1下面的分支通過(guò)的流量變小，因此該分支上各節(jié)點(diǎn)的壓力都上升，由這段環(huán)上引出的用戶V的壓力也隨之上升，因此V的資用壓頭變大。當(dāng)然，在這同時(shí)熱源1上面的分支各點(diǎn)的壓力將會(huì)因管段流量的增大而減小，與之相連的各用戶的資用壓頭將減小。但由于全開時(shí)這些用戶的剩余壓頭很大，即使因MN切斷而使得資用壓頭減小，仍比用戶V的資用壓頭大，實(shí)際上AB管段上閥門的關(guān)斷對(duì)提高這些用戶的資用壓頭也是有益的。這樣，從整個(gè)系統(tǒng)而言，雖然用戶資用壓頭有升有降，但網(wǎng)上最不利用戶的工況卻大大改善了。在環(huán)上裝閥實(shí)際上就通過(guò)控制環(huán)上各管段的流量、流向從而使各用戶在額定流量下的資用壓頭趨于均勻，從而達(dá)到改善工況的目的。6

結(jié)語(yǔ)

隨著多熱源環(huán)形網(wǎng)在國(guó)內(nèi)集中供熱領(lǐng)域的不斷發(fā)展，必須建立相應(yīng)的理論分析方法。本文通過(guò)引入可及性分析的要領(lǐng)以及遺傳算法中其中的應(yīng)用，為網(wǎng)絡(luò)水力況的分析提供了一個(gè)有力的工具，為集中供熱網(wǎng)的設(shè)計(jì)、改造及運(yùn)行調(diào)節(jié)奠定了必要的基礎(chǔ)。

當(dāng)然，本文只是對(duì)集中供熱系統(tǒng)可及性分析的初步研究，由于實(shí)際系統(tǒng)是形形色色的，對(duì)于多泵系統(tǒng)以及采用變頻泵調(diào)節(jié)方式的系統(tǒng)必須進(jìn)一步結(jié)合經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，可及性的研究必須進(jìn)一步深入和完善。對(duì)于空調(diào)水系統(tǒng)，隨著大型系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn)，系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高以及VWV的應(yīng)用。也需要探討可及性分析在這些系統(tǒng)中的應(yīng)用；對(duì)于空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，隨著環(huán)形風(fēng)道以及VAV的應(yīng)用，系統(tǒng)的工況也更加復(fù)雜，將可及性分析方法應(yīng)用其中，對(duì)于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行分析，對(duì)于確定合理的控制方案都會(huì)收到較好的效果。7參考文獻(xiàn)

1陳兆祥，蔡啟林，線性規(guī)劃法在熱網(wǎng)初調(diào)方案中的應(yīng)用，清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1989，29（s2）。

2倪安林，李榕，許群和，給水管網(wǎng)幾種常用平差方法的定量比較，給水排水，1989，（6）：17-21。

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一、工程概況忠縣白石鎮(zhèn)兩河片區(qū)供水工程建設(shè)規(guī)模1000m3/d規(guī)模水廠一座，水源為紅旗水庫(kù)，經(jīng)遼陰巖凈水廠常規(guī)工藝處理后，用配水管道向用戶供水。該項(xiàng)目位于白石鎮(zhèn)華山村，主要項(xiàng)目有反應(yīng)沉淀池、重力式無(wú)閥濾池、清水池、加氯加藥房、管理用房、減壓池、配水管、圍墻、進(jìn)場(chǎng)道路及廠區(qū)道路、PE100（160、140、125、110、90、75、63、50、40、32）管道約40公里等。主要解決白石鎮(zhèn)白花村、關(guān)金村、華山村、望巖村、中坪村5個(gè)村5617人的飲水安全問(wèn)題。1、建設(shè)四方建設(shè)單位：忠縣水務(wù)服務(wù)中心設(shè)計(jì)單位：重慶布澤水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司監(jiān)理單位：北京市中冠水利工程監(jiān)理有限公司重慶分公司施工單位：四川山江建工集團(tuán)有限公司二、工期工期：合同工期為：20**年**月**日到20**年**月**日。實(shí)際工期20**年**月**日到20**年**月**日。在建設(shè)單位的正確部署下，組織措施落實(shí)到位，以各行政村為單元，切實(shí)做好政策處理，組織平行流水施工，使得各項(xiàng)工作開展順利，按時(shí)完成了本工程的施工任務(wù)。三、主要施工方法一、PE100管施工施工準(zhǔn)備（1）施工技術(shù)人員認(rèn)真熟悉圖紙，領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖，對(duì)圖紙中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)與業(yè)主、監(jiān)理及設(shè)計(jì)人員聯(lián)系。熟悉PE100管的一般性能，掌握必須的操作要點(diǎn)。（2）在各項(xiàng)預(yù)制加工項(xiàng)目開始前，根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖編制材料計(jì)劃，將需要的材料、設(shè)備等按規(guī)格、型號(hào)準(zhǔn)備好，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。（3）材料設(shè)備要求：管材和管件的內(nèi)外壁應(yīng)光滑平整，無(wú)氣泡、裂紋、脫皮和明顯的痕紋、凹陷，色澤應(yīng)基本一致。管材的端面應(yīng)垂直于管材的軸線。管件應(yīng)完整、無(wú)缺損、無(wú)變形。到現(xiàn)場(chǎng)的管材、管件等自檢合格后并經(jīng)監(jiān)理、業(yè)主驗(yàn)明材質(zhì)，核對(duì)質(zhì)保書，規(guī)格、型號(hào)等，合格后方能入庫(kù)，并分別作好標(biāo)識(shí)。（4）材料的保存：管件和管材不應(yīng)長(zhǎng)期置于陽(yáng)光下照射，為避免管子在儲(chǔ)運(yùn)時(shí)彎曲，堆放在平整的地方且堆置高度不得超過(guò)1.5米，管件逐層堆碼。搬運(yùn)管材和管件時(shí)，應(yīng)小心輕放，避免油污，嚴(yán)禁劇烈撞擊，與尖銳觸碰和拋、摔、拖。施工現(xiàn)場(chǎng)與材料存放處溫差較大時(shí)，于安裝前將管件和管材在現(xiàn)場(chǎng)放置一定時(shí)間，使其溫度接近施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度。施工條件(1)施工圖紙及其他技術(shù)文件齊全,進(jìn)行圖紙技術(shù)交底,滿足施工要求。(2)施工方案、施工技術(shù)、材料機(jī)具供應(yīng)等能保證正常施工。(3)施工現(xiàn)場(chǎng)滿足管道施工的條件。管道裁剪及連接1、管道的裁剪切割管材須端面垂直于管軸線，切割時(shí)使用管剪或管道切割機(jī)，必要時(shí)用鋒利的鋼鋸，對(duì)其斷面去除毛邊和毛刺。管徑較小（De20～De40）時(shí)用管剪比較方便，管徑較大時(shí)用管道切割機(jī)或鋼鋸裁剪管道，在裁剪前應(yīng)在裁剪的位置畫好印記，確保管材端面垂直于管軸線。2、管道的連接（1）同種材質(zhì)的給水聚丙烯管及管配件之間安裝可采用熱熔連接或電熔連接，安裝應(yīng)使用專用熱熔或熱熔工具。暗敷在地坪面內(nèi)的管道不得采用絲扣或法蘭連接。（2）管道一般熱熔連接，以下介紹熱熔連接的步驟：1）接通熱熔以電源，到達(dá)工作溫度指示燈亮后開始操作；2）為防止可能出現(xiàn)的細(xì)小裂紋和管道的損傷，在操作前，將管材兩端各切下4-5厘米，以去掉受損的端口。再擦拭管材與管件的端面保證清潔、干燥、無(wú)油；試壓及沖洗消毒1、試壓所有的安裝管網(wǎng)都要排空并進(jìn)行壓力試驗(yàn)。冷水管試驗(yàn)壓力應(yīng)為管道系統(tǒng)工作壓力的1.5倍，但不得小于1.6MPa；（1）試驗(yàn)的準(zhǔn)備水壓試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)在熱熔管道連接24小時(shí)后進(jìn)行，在管道安裝完畢之后而尚未隱封起來(lái)之前，要先向管路內(nèi)通水并排出氣體。如果可能的話，要把壓力泵按放在系統(tǒng)的最低處。采用能夠讀出變化值為0.01MPa壓力的壓力表，壓力表要安裝在被試管網(wǎng)的最低點(diǎn)。（2）試驗(yàn)增大壓力到規(guī)定的試驗(yàn)壓力值。一小時(shí)之后開始試驗(yàn)。在這個(gè)時(shí)期雖然有壓力損失，也不能增大壓力。試驗(yàn)壓力變化要小于或等于0.05MPa。在工作壓力的1.15倍狀態(tài)下，穩(wěn)壓2小時(shí)，壓力降不得超過(guò)0.03MPa，同時(shí)檢查各連接處不得滲漏。對(duì)試壓管道應(yīng)采取安全有效的固定保護(hù)措施,但接頭部位必須明露。此項(xiàng)試驗(yàn)在各末端開口處用管帽封堵,所有配水器具、水表均不安裝。為了能正確地辨別隱蔽管道的真實(shí)位置,隱蔽后的管道應(yīng)在地面用紅色油漆標(biāo)識(shí)管道位置,防止在土建和其他工種施工過(guò)程中破壞管道。（3）管道通水及沖洗消毒（1）管道通水水壓試驗(yàn)全部合格后,在供水設(shè)備具備供水條件,減壓裝置已調(diào)至規(guī)定的數(shù)值,各用戶末端的配水器具安裝完畢,室內(nèi)外排水系統(tǒng)和設(shè)施均具備使用條件的情況下,可進(jìn)行全系統(tǒng)通水試驗(yàn)。其目的在于檢驗(yàn)供水系統(tǒng)的供水能力、水壓是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范規(guī)定。（2）管道沖洗消毒給水管道系統(tǒng)在驗(yàn)收前應(yīng)進(jìn)行通水沖洗。沖洗水流速宜>2m/s,沖洗時(shí)應(yīng)不流死角,每個(gè)配水點(diǎn)龍頭都應(yīng)打開,在系統(tǒng)最低點(diǎn)設(shè)放水口,直至沖洗出口處排水水質(zhì)與進(jìn)水相當(dāng)為止。管道沖洗完在使用前應(yīng)采用游離氯濃度為20～30mg/L的水灌滿管道進(jìn)行消毒,含氯水在管中應(yīng)靜置24h以上。管道消毒后，用飲用水沖洗，并經(jīng)衛(wèi)生監(jiān)督管理部門取樣檢驗(yàn)，水質(zhì)符合現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》后，方可交付使用。材料的節(jié)約1、管件的合理使用由于PE管配件的價(jià)格比較昂貴，在管道安裝中盡量減少管配件的使用，尤其是管徑較大的干立管更應(yīng)注意管件的合理使用質(zhì)量控制措施在施工前,先進(jìn)行包括工程特點(diǎn)、設(shè)計(jì)要求及本工藝規(guī)定內(nèi)容的施工技術(shù)交底。增強(qiáng)施工人員的質(zhì)量意識(shí),調(diào)集責(zé)任心強(qiáng)、經(jīng)驗(yàn)豐富的人員參與施工。設(shè)立專職質(zhì)檢員進(jìn)行過(guò)程控制。保管好各類施工機(jī)具,特別是要保證熱熔焊接機(jī)處于良好的工作狀態(tài)。設(shè)置嚴(yán)密的質(zhì)量控制體系,實(shí)行分級(jí)控制,每道工序都要進(jìn)行檢查,合格后方可進(jìn)入下道工序。一、溝槽開挖（1）溝槽開挖前工作開槽前要認(rèn)真調(diào)查了解地上地下障礙物，以便開槽時(shí)采取妥善加固保護(hù)措施，根據(jù)業(yè)主方提供的地下管線資料和我公司的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)況地下管線情況，采取有效措施加以保護(hù)。（2）溝槽開挖形式根據(jù)設(shè)計(jì)圖中設(shè)計(jì)管道的規(guī)格及埋置深度以及規(guī)范要求來(lái)確定溝槽開挖的形式。（3）開挖方法a.土方開挖采用機(jī)械開挖，槽底預(yù)留20cm由人工清底。開挖過(guò)程中嚴(yán)禁超挖，以防擾動(dòng)地基。對(duì)于有地下障礙物的地段由人工開挖，嚴(yán)禁破壞。b.溝槽開挖盡量按先深后淺順序進(jìn)行，以利排水。c.挖槽土方處置，按現(xiàn)場(chǎng)暫存、場(chǎng)外暫存、外棄相結(jié)合的原則進(jìn)行。開槽土方凡適宜回填的土選擇妥善位置進(jìn)行堆放，但不得覆蓋測(cè)量等標(biāo)注，均暫存于現(xiàn)場(chǎng)用于溝槽回填?；靥钔潦┕で爸贫ê侠硗练秸{(diào)配計(jì)劃，作好土方平衡少土方外運(yùn)及現(xiàn)場(chǎng)土方調(diào)運(yùn)。d.開槽后及時(shí)約請(qǐng)各有關(guān)人員驗(yàn)槽，槽底合格后方可進(jìn)行下道工序。如遇槽底土基不符合設(shè)計(jì)要求，及時(shí)與設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位及地勘部門聯(lián)系，共同研究基底處理措施，方可進(jìn)行下道工序。二、下管在溝槽檢底后，經(jīng)核對(duì)管節(jié)、管件位置無(wú)誤后立即下管。下管時(shí)注意承口方向保持與管道安裝方向一致，同時(shí)在各接口處掏挖工作坑，工作坑大小為方便管道撞口安裝為宜。七、檢查第一節(jié)管與第二節(jié)管安裝要準(zhǔn)確，管子承口朝來(lái)水方向。安完第一節(jié)管后，用鋼絲繩和手板葫蘆將它鎖住，以防止脫口。安裝后，檢查插口推入承口的位置是否符合要求，用探尺插入承插口間隙中檢查膠圈位置是否正確，并檢查膠圈是否撞勻。八、安裝注意事項(xiàng)（1）管子需要截短時(shí)，插口端加工成坡口形狀，割管必須用球墨鑄鐵管專用切割機(jī)，嚴(yán)禁采用氣焊。（2）上膠圈之前注意，不能把潤(rùn)滑劑刷在承口內(nèi)表面，不然會(huì)導(dǎo)致接口失敗。十、溝槽回填（1）水壓試驗(yàn)前，除接口處管道回填至管頂50cm以上（2）管道兩側(cè)回填高差不超過(guò)20cm。（3）回填分層進(jìn)行。管道兩側(cè)和管頂以上50cm用木夯夯實(shí)，每層虛鋪厚度不大于20cm；管頂以上50cm至地面用蛙式打夯機(jī)夯實(shí)，每層虛鋪厚度20-25cm；應(yīng)做到夯夯相連，一夯壓半夯。（4）分段回填時(shí)，相鄰兩段接茬呈階梯形。（5）回填土不得有石塊、房渣土等不能夯實(shí)的土質(zhì)。十一、水壓試驗(yàn)（1）進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)統(tǒng)一指揮，明確分工，對(duì)后背、支墩、接口、排氣閥等都應(yīng)規(guī)定專人負(fù)責(zé)檢查，并明確規(guī)定發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。（2）管道接口完成后，用短管甲、短管乙及盲板將試壓管段兩端及三通處封閉，試壓管段除接口外填土至管頂以上50cm并夯實(shí)。做好后背及閘門、三通等管件加固。由低點(diǎn)進(jìn)水，高點(diǎn)排氣，注滿水后浸泡24小時(shí)后，在試驗(yàn)壓力下10min降壓不大于0.05Mpa時(shí)，為合格。（3）水壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)逐步升壓，.每次升壓以0.2Mpa為宜，每次升壓以后，穩(wěn)壓檢查沒(méi)有問(wèn)題時(shí)再繼續(xù)升壓。（4）水壓實(shí)驗(yàn)時(shí)，后背、支撐、管端等附近不得站人，檢查應(yīng)在停止升壓時(shí)進(jìn)行。五、工程質(zhì)量（一）質(zhì)量目標(biāo)及保證體系本標(biāo)工程施工質(zhì)量目標(biāo)是“合格”等級(jí)，在監(jiān)理工程師和本公司的監(jiān)督下開展工作。項(xiàng)目經(jīng)理為質(zhì)量總負(fù)責(zé)，全面負(fù)責(zé)施工質(zhì)量的控制，施工員、質(zhì)檢員、施工班組長(zhǎng)、測(cè)量員按質(zhì)量體系程序文件要求，各自做好本職工作。（二）質(zhì)量保證措施1、遵循“信譽(yù)至上、質(zhì)量第一”的宗旨。嚴(yán)格按設(shè)計(jì)和施工圖紙標(biāo)準(zhǔn)精心組織施工，并接受業(yè)主和監(jiān)理工程師對(duì)施工質(zhì)量的檢查與監(jiān)督。2、加強(qiáng)對(duì)職工、民工的質(zhì)量意識(shí)教育，牢固樹立“質(zhì)量第一”的觀念，發(fā)揚(yáng)創(chuàng)優(yōu)傳統(tǒng)，做好技術(shù)措施交底工作，層層落實(shí)質(zhì)量管理崗位責(zé)任制。3、推行