平衡閥在供熱系統(tǒng)上的應(yīng)用
我國供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀：
1 供熱系統(tǒng)水力工況失調(diào)，造成熱用戶冷熱不均，部分室內(nèi)溫度偏高又無法自主控制；
1 低溫大流量運行，輸送能耗、管道散熱損失及管道投資均巨大；
1 供熱系統(tǒng)過于龐大，不易控制，不利節(jié)能；
1 無法實現(xiàn)按建筑物功能分時、分區(qū)、分溫功能；
1 無法實現(xiàn)更加準確的氣候補償。
常規(guī)情況下供熱系統(tǒng)都是閉式管路系統(tǒng)、異程式系統(tǒng)。根據(jù)流量與阻力損失關(guān)系的公式：△P=SG2
△P—壓差或稱阻力損失；S—管段或系統(tǒng)的阻力系數(shù)；G—管段或系統(tǒng)的流量。
可知，流量和阻力是相關(guān)參數(shù)，流量和阻力的調(diào)控互為手段和目的。流量變化必然導致壓力的變化；S值不變的系統(tǒng)，壓差的變化必然起因于流量的改變。
對于供熱系統(tǒng)管道的設(shè)計，設(shè)計人員均按照規(guī)范采用控制經(jīng)濟比摩阻、控制流速的方式選擇管徑，在支線井、入戶井室內(nèi)設(shè)置關(guān)斷閥門。運行初期，很少有相關(guān)人員進行管網(wǎng)調(diào)試，事實上由于調(diào)整一個閥門就會引起連鎖反映，調(diào)整的工作量也是非常繁重。因此根據(jù)外性曲線△P=SG2，由于并聯(lián)的近端支路S值遠小于設(shè)計值，造成總S值遠小于設(shè)計值，熱力站循環(huán)水泵在小揚程大流量工況下運行，使水泵在大軸功率，低效率點運行。嚴重時可能出現(xiàn)軸功率大于電機銘牌功率，電機超額定電流，直至燒電機事故發(fā)生。整個熱網(wǎng)造成近端戶內(nèi)溫度高，而遠端用戶熱量不足。造成的情況我們時常可以遇到。使得運行崗位工作者常對一些水力工況失衡現(xiàn)象形成誤解：1）水泵出力不足，水泵實際揚程小于銘牌揚程，導致遠端過不去水。實際上是由于近端支線阻力小、流量大，造成遠端流量小，水泵工作點偏移在大流量、小揚程、低效率的工作點。2）鍋爐或換熱器阻力大，鍋爐或換熱器廠商標稱阻力都遠小于實際阻力。實際上總循環(huán)水量的加大必然導致鍋爐換熱器等阻力加大。水流量增大40%。3）鍋爐出力不足。實際上流量加大后供回水溫差不可能更大。當然煤質(zhì)和風系統(tǒng)不正常也可能造成鍋爐出力問題。
熱網(wǎng)的初調(diào)節(jié)和平衡閥的使用：
水力工況平衡是指流量的合理分配。在供熱系統(tǒng)中水是熱載體介質(zhì)，水流量的合理分配是熱力工況平衡的基礎(chǔ)。供熱系統(tǒng)設(shè)計人員在進行水力工況計算時是在各分支流量為設(shè)計值的假定下進行的。由于管道的并聯(lián)支路較多，使得運行中實現(xiàn)設(shè)計工況的水力平衡幾乎是不可能的。這樣勢必造成近端阻力系數(shù)不能達到設(shè)計理想狀態(tài)，形成近端流量過大，遠端流量不足的失調(diào)現(xiàn)象。
根據(jù)設(shè)計工況而形成的水壓圖是熱網(wǎng)調(diào)節(jié)的理想工況，在實際運行中為了達到水壓圖的設(shè)計工況，供熱系統(tǒng)的近端需要設(shè)置閥門平衡調(diào)節(jié)而形成。用閥門調(diào)節(jié)近端管路阻力的過程是增加近端管道S值，以達到設(shè)計的阻力值。平衡阻力的閥門若采用平衡閥將大大的降低熱網(wǎng)調(diào)節(jié)的難度，并且在水力工況不改變的情況下，熱網(wǎng)無需調(diào)整。
平衡閥的選擇計算包括：流量特性的選擇和平衡閥口徑的選擇。
1 平衡閥流量特性：平衡閥的阻力應(yīng)為系統(tǒng)總阻力的10%~30%之間，平衡閥應(yīng)參照水壓圖進行；
對于同口徑的平衡閥，應(yīng)優(yōu)先選擇阻力較大的；
為增加平衡閥阻力占系統(tǒng)總阻力的百分比，可適當選擇比管道直徑較小口徑的平衡閥。
2 平衡閥口徑的選擇計算：平衡閥流量系數(shù)Kv的計算公式：
Kv=316Q（/△P/ρ）
Q流量：m3/h；P壓差：Pa；ρ水的密度：g/cm3；
在一般的供熱系統(tǒng)中平衡閥的前后壓降在3kPa（末端用戶）到300kPa（近端用戶）之間，通過平衡閥廠家提供的不同口徑的流量系數(shù)Kv用3kPa的不利壓降△P帶入公式即算出該口徑平衡閥的小可通流量（在全開時）若其值等于、大于設(shè)計流量，則該口徑平衡閥選擇合適。為了提高平衡閥的調(diào)節(jié)精度，節(jié)省投資，一般要求所選閥門的設(shè)計開度在60%~90%之間。建議根據(jù)Kv值在開度75%地方選定閥門。
平衡閥可安裝在供水管路上，也可安裝在回水管路上（每個環(huán)路中只需安裝一處）。對于熱力站的一次環(huán)路側(cè)來說，為方便平衡調(diào)試，建議將平衡閥安裝在水溫較低的回水管路上。總管上的平衡閥，宜安裝在供水總管水泵后（水泵下游），以防止由于水泵前（閥門后）壓力過低，可能發(fā)生水泵氣蝕現(xiàn)象。但是對于大型直聯(lián)管網(wǎng)，供熱半徑很大，外網(wǎng)供回水壓差很大，對平衡閥安裝位置應(yīng)作特別考慮。
例如某供熱管網(wǎng)外網(wǎng)供回水壓差52m水柱，考慮散熱器耐壓能力，末端回水壓力設(shè)定為0.35MPa（35m水柱），前端回水壓力為0.10MPa（10m水柱），而前端供水壓力高達0.62MPa（62m柱），如果平衡閥安裝在回水管上，被控用戶的回水壓力可能接近0.6MPa，必將造成散熱器的壓力損壞；如果平衡閥安裝于供水管上，近端用戶的供水壓力只有十幾米水柱必然導致運行倒空。因此從設(shè)計上應(yīng)采取供回水都安裝閥門的方案，具體作法是入戶口供水管安裝自力式流量控制閥，在地形高差不超出10m的建筑群的分支回水管上安裝手動的平衡閥。這里自力式流量控制閥負責控制分配流量；手動平衡閥調(diào)整壓力，使閥前壓達到0.25MPa的滿水運行工況。自力式流量控制閥只依據(jù)流量大小“盲目”控制壓力，如果安裝回水管上，不待手動調(diào)整壓力，已經(jīng)出現(xiàn)壓力損壞事故。自力閥安裝在供水上未手動調(diào)整壓力時，可能出現(xiàn)運行倒空而影響供熱效果，不可能發(fā)生事故。
3 平衡閥的性能與用途。原有供熱系統(tǒng)是一種平均分配的供熱模式，這種供熱模式一般采取定流量的質(zhì)調(diào)節(jié)供熱方式。而供熱的趨勢是按需供熱，按熱計量收費，即熱用戶可以根據(jù)需要調(diào)整室內(nèi)的供熱溫度。根據(jù)這兩種供熱模式，我們可以確定前一種為靜態(tài)水力平衡或失調(diào)；后一種模式為動態(tài)水力平衡或失調(diào)；靜態(tài)水力失調(diào)是穩(wěn)態(tài)的、根本性的，是系統(tǒng)本身所固有的，是當前我國供熱系統(tǒng)中水力失調(diào)的重要因素。通過在管道系統(tǒng)中增設(shè)靜態(tài)水力平衡設(shè)備（水力平衡閥）對系統(tǒng)管道特性阻力數(shù)比值進行調(diào)節(jié)，使其與設(shè)計要求管道特性阻力數(shù)比值一致，此時當系統(tǒng)總流量達到設(shè)計流量時，各末端設(shè)備流量均同時達到設(shè)計流量，系統(tǒng)實現(xiàn)靜態(tài)水力平衡。
動態(tài)水力失調(diào)是動態(tài)的、變化的，它不是系統(tǒng)本身所固有的，是在系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的。通過在管道系統(tǒng)中增設(shè)動態(tài)水力平衡設(shè)備（流量調(diào)節(jié)器或壓差調(diào)節(jié)器），當其它用戶閥門開度發(fā)生變化時，通過動態(tài)水力平衡設(shè)備的屏蔽作用，使自身的流量并不隨之發(fā)生變化，末端設(shè)備流量不互相干擾，此時系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)水力平衡。
平衡閥具有造價低，元件使用壽命長等優(yōu)點，對支路不多的小型管網(wǎng)也可方便進行水力工況平衡。
平衡閥分為：靜態(tài)平衡閥和動態(tài)平衡閥。
