单热源供热管网当量区设计模型与方法研究

发布时间：2020-05-07 05:12

【摘要】：在城市集中供热系统飞速发展的过程中,热网作为供热系统中灵活性及复杂性都较高的元部件,在设计阶段往往忽视其可靠性的分析,导致故障事件的频发。阀门作为一种能及时隔离故障区域的元部件,在供热管网设计阶段应被作为一种提高管网可靠性的部件进行布置,但是在现有供热管网的设计体系中并没有涉及到基于可靠性的阀门设计方法,管网的可靠性问题也往往被设计人员所忽略。因此如何更加准确有效的通过阀门的设置对管网进行可靠性优化是我们需要迫切思考的问题。本文根据包含元部件种类的不同将当量区细分为阀门当量区与非阀门当量区,引入虚拟热源及矩阵遍历的概念对管网中的非阀门当量区进行划分,并将复杂的供热管网简化为由多条只包含阀门和非阀门当量区的管线组成的网络结构。同时分别建立单热源枝状和单热源环状简化管线无事故工作概率指标的数学模型,分别分析了热负荷密度、阀门个数、故障流参数及供热时间等对管网可靠性的影响。此外,本文根据影响因素的不同分别建立一定的评价指标对单热源枝状及单热源环状管网中的非阀门当量区进行重要性等级划分。重点关注重要度较高的非阀门当量区所在管线,通过调整管线中阀门的位置分布降低各管线的不可靠性投入从而提高整个供热管网的可靠性。最后根据阀门个数的不同分为完备阀门及定数阀门的管线当量区设计,分别针对单热源枝状管网和单热源环状管网提出较为完善的设计步骤,并以沈阳市某供热管网为例,验证本文中相关结论的正确性。研究表明,管网可靠性的主要影响因素为各个非阀门当量区的数量及规模分布情况,且枝状管网与环状管网的影响情况略有差异。对于枝状管网,可靠性随着非阀门当量区的个数先增大后缓慢减小,且各个非阀门当量区的热负荷密度从热源至末端呈递减趋势且趋势越大,管网越可靠;而对于单热源环状管网,非阀门当量区的个数越多且各个非阀门当量区的当量热负荷与当量长度的乘积分布越均匀,管网越可靠。此外,本文对既有管网提出了步骤为计算非阀门当量区重要度—选定待优化管线—选定形式—阀门优化—可靠性计算的当量区设计方法;对新建管网提出了步骤为拆分管线—计算阀门个数—选定形式—阀门优化—可靠性计算的当量区设计方法。并将该设计方法应用于沈阳市某供热管网的阀门设置中,分别基于规范推荐的1km及1.5km的分段阀间距设计当量区,均得出管网可靠性大于0.96的结果。
【图文】：

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文元素所在行。将该元素所在行管段 ei与该节点 nj划至同一非阀门当量区，删除 nj列；（2）依次遍历上步中所记录的行 ei，并记录其中所有值不为 0 的元素及元素所在列。将该元素所在列节点 nk与该管段 ei划至同一非阀门当量区，删除 ei行；（3）重复步骤（1）~（2），直至所遍历的行或列中没有不为0的元素存在，并删除所遍历的行或列；（4）另选一没有遍历的节点，重复步骤（1）~（3），直至所有行或列被遍历完毕；（5）整合所有非阀门当量区，输出结果。上述矩阵遍历流程详见图 2-7 所示：

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1 1 1 11 11min X( )v v v vp i j v ji i i ivp i i v vil q ql q q q + + 枝状环状(4-3)式中 X—环线管线阀门优化的目标函数。由于每个当量区的 li和 qi由其周围连接的阀门位置所决定，因此对每一种阀门组合形式，li和 qi都有其固定值。为了找出目标函数 Ω 的最小值，运用遍历法对阀门组合形式进行设置，找出该管线上的阀门最优位置组合。其中在对阀门进行位置组合设置的时候，给出以下一些限制公式：diiv vl Lq Q (4-4)式中 vd—管线上给定需要设置的阀门个数。基于上述模型及分析，给出算法示意如图 4-5 所示：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU995.3

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