近几年各个供暖企业为自身的成本节约及减少污染物排放方面，在做诸多供暖系统的技术改造。本文以渤海石油水电服务公司对东沽石油新村七座换热站进行了整合技术改造为例，浅谈一下如何对换热站进行整合改造，及改造后为企业带来可观的节能效益及社会效益。
1 引言
渤海石油水电公司为贯彻中国海洋石油总公司节能减排的总体精神，对东沽片区的七座供暖换热站（一号换热站、二号换热站、四号换热站、五号换热站、六号换热站、七号换热站、蓝苑换热站）进行整合技术改造，共分二期进行，第一期2008年实施，第二期2009年实施，最终形成了两座换热站。将东沽石油新村80%的供暖负荷整合至供暖热源（锅炉房）附近，即二号换热站与锅炉房合并成为东沽供热中心；余下20%的供暖负荷通过对原有六号换热站进行调整，形成局部换热中心，实现东沽石油新村供暖的经济高效运行。
渤海石油水电公司为贯彻中国海洋石油总公司节能减排的总体精神，对东沽片区的七座供暖换热站（一号换热站、二号换热站、四号换热站、五号换热站、六号换热站、七号换热站、蓝苑换热站）进行整合技术改造，共分二期进行，第一期2008年实施，第二期2009年实施，最终形成了两座换热站。将东沽石油新村80%的供暖负荷整合至供暖热源（锅炉房）附近，即二号换热站与锅炉房合并成为东沽供热中心；余下20%的供暖负荷通过对原有六号换热站进行调整，形成局部换热中心，实现东沽石油新村供暖的经济高效运行。
2 改造原因
渤海石油东沽石油新村家属区、工业区从1970年开始逐步建设，其配套供暖设施和管网也分片逐年建成，截止到2007年，东沽石油新村共有六个家属小区及24家工业单位。一座蒸汽锅炉房（2台燃油蒸汽锅炉，每台20t/h），一座热水锅炉房（2台热水锅炉，每台14MW/h），三口地热井（每口90t/h），七个换热站分片供暖，民用及工业供暖面积约68万平方米。由于历史原因造成了东沽家属区供暖生产存在以下弊端：
（1）半数以上的供热站采用蒸汽换热，致使一次蒸汽输送距离较长、热能损失过大、热效率低，导致锅炉房燃油消耗高。
（2）因一次蒸汽热源输送距离长，每年出现跑、冒、滴、漏现象较多，管网维护费用较高。
（3）片区供暖换热环节较多，换热效率低，供暖运行经济性不高，且换热站设备较多，每年的维护、维修成本较高。
（4）换热环节多造成冬季值守运行网点多，每个换热站“四班三运行”至少需要4人/站×7个站＝28人，人力投入大。
（5）民用和工业用户混合供暖，不利于针对这两种用户的不同需要进行供暖运行经济调节。
（6）换热站与锅炉房分散设置，不利进行运行的集中统筹调节。
渤海石油东沽石油新村家属区、工业区从1970年开始逐步建设，其配套供暖设施和管网也分片逐年建成，截止到2007年，东沽石油新村共有六个家属小区及24家工业单位。一座蒸汽锅炉房（2台燃油蒸汽锅炉，每台20t/h），一座热水锅炉房（2台热水锅炉，每台14MW/h），三口地热井（每口90t/h），七个换热站分片供暖，民用及工业供暖面积约68万平方米。由于历史原因造成了东沽家属区供暖生产存在以下弊端：
（1）半数以上的供热站采用蒸汽换热，致使一次蒸汽输送距离较长、热能损失过大、热效率低，导致锅炉房燃油消耗高。
（2）因一次蒸汽热源输送距离长，每年出现跑、冒、滴、漏现象较多，管网维护费用较高。
（3）片区供暖换热环节较多，换热效率低，供暖运行经济性不高，且换热站设备较多，每年的维护、维修成本较高。
（4）换热环节多造成冬季值守运行网点多，每个换热站“四班三运行”至少需要4人/站×7个站＝28人，人力投入大。
（5）民用和工业用户混合供暖，不利于针对这两种用户的不同需要进行供暖运行经济调节。
（6）换热站与锅炉房分散设置，不利进行运行的集中统筹调节。
3 改造应用主要措施
3.1 通过理论计算，确定二次热源管网的管径及整合后的换热站设备选型。
3.1.1 二次热源水管径确定
因为是改造项目，各片区管网已经成型，考虑到节省投资，只拆除一次热源至换热站的管线，新建二次热源管线与各片区二次供、回水管线进行勾连。
首先根据各片区的供暖面积，采用面积热指标法，考虑到东沽石油新村建筑物多为老建筑，保温效果较差，我们选择建筑物面积热指标为60W/㎡。根据下列公式计算各片区的供暖负荷：
Q=q×F
式中Q—供暖设计热负荷，W；
q—面积热指标，W/m2；
F—供暖面积，m2。
计算出各片区的供暖负荷后，根据下列公式计算各片区二次热源水流量：
3.1 通过理论计算，确定二次热源管网的管径及整合后的换热站设备选型。
3.1.1 二次热源水管径确定
因为是改造项目，各片区管网已经成型，考虑到节省投资，只拆除一次热源至换热站的管线，新建二次热源管线与各片区二次供、回水管线进行勾连。
首先根据各片区的供暖面积，采用面积热指标法，考虑到东沽石油新村建筑物多为老建筑，保温效果较差，我们选择建筑物面积热指标为60W/㎡。根据下列公式计算各片区的供暖负荷：
Q=q×F
式中Q—供暖设计热负荷，W；
q—面积热指标，W/m2；
F—供暖面积，m2。
计算出各片区的供暖负荷后，根据下列公式计算各片区二次热源水流量：
G=Q/c（tg-th）×S3600
式中Q—供暖系统的计算热负荷；
S—漏损系数，S值一般可取1.05；
C—水的质量比热，C=4187J/kg·℃；
tg、th—网路的计算供、回水温度，即在室外计算温度时的网路供、回水温度。
根据供回水温度，计算出每个片区的供出流量。按照供出流量，查热水网路水力计算表，在此需要考虑平均比摩阻，需选定一个经济比摩阻在30～80Pa/m对应的管径。
3.1.2 循环泵选择
各片区二次水计算流量之和即为网路循环泵的流量。循环泵的扬程不应小于热源内部系统的流动阻力，供、回水干管的流动阻力以及最不利用户的内部系统的压力降之和。循环水泵的台数应根据供热系统的规模和运行调节方式确定，一般不少于2台。
3.1.3 补水泵的选择
因为是闭式热水供热系统，正常的补水水量取决于热水供热系统的漏泄水量。在正常情况下一般不超过总水容量的1%。但在选择补水泵时，泵流量除应满足上述热水系统的正常补给水量外，还应考虑发生事故时增加的补给水量，通常不小于正常补给水量的4倍。
补水泵的扬程由下式确定：
H=Hb＋Hxs＋Hys－9.8×103h pa
式中：Hb—系统补水点的压力值，它的数值通过对热水供热系统水压图的分析确定；
Hxs—补水泵吸水管路的阻力损失，Pa；
Hys—补水泵压水管中的阻力损失，Pa；
h—补水水罐最低水位高出系统补水点的高度，m。
3.1.4 换热器的选择
首先确定根据热媒将热量传给被加热水所需要的换热面积，按下式计算：
F=Q/Kk△Tp
Q—被加热水的换热量，kJ/h；
K—换热器的传热系数，kJ/m2h℃；
k—污垢系数，一般取0.8~0.9；
△Tp—加热与被加热流体间的平均温差，℃。
根据所需的换热面积，确定换热器台数。
3.2 为了节约改造投资，合理利用原有设备
本着尽量利用现有设备、设施和管网以较少的改造投资实现改造目的，两次整合改造共利用原有补水泵5台、循环泵9台，板式换热器11台。
3.3 缩短一次热源管线长度，减少一次热源的热能损失
在供热系统中，水作为热媒较蒸汽热能利用效率高。由于在热水系统中没有凝结水和蒸汽泄漏以及二次蒸汽的热损失，因而效率较高，且水的比热大，在水力工况和热力工况短时间内失调时不会显著引起供热状况的波动，又可以按质调节方法进行调节。考虑上述原因，我们将东沽供暖换热的80%份额整合至锅炉房内，整合为中心换热站，使供暖热源供应和换热两个环节最大程度地实现“零”距离设置，减少两者间的热能损失，便于供暖的集中统筹调节，同时利用锅炉司炉工兼职换热站运行，大幅度减少换热站值班人员。
式中Q—供暖系统的计算热负荷；
S—漏损系数，S值一般可取1.05；
C—水的质量比热，C=4187J/kg·℃；
tg、th—网路的计算供、回水温度，即在室外计算温度时的网路供、回水温度。
根据供回水温度，计算出每个片区的供出流量。按照供出流量，查热水网路水力计算表，在此需要考虑平均比摩阻，需选定一个经济比摩阻在30～80Pa/m对应的管径。
3.1.2 循环泵选择
各片区二次水计算流量之和即为网路循环泵的流量。循环泵的扬程不应小于热源内部系统的流动阻力，供、回水干管的流动阻力以及最不利用户的内部系统的压力降之和。循环水泵的台数应根据供热系统的规模和运行调节方式确定，一般不少于2台。
3.1.3 补水泵的选择
因为是闭式热水供热系统，正常的补水水量取决于热水供热系统的漏泄水量。在正常情况下一般不超过总水容量的1%。但在选择补水泵时，泵流量除应满足上述热水系统的正常补给水量外，还应考虑发生事故时增加的补给水量，通常不小于正常补给水量的4倍。
补水泵的扬程由下式确定：
H=Hb＋Hxs＋Hys－9.8×103h pa
式中：Hb—系统补水点的压力值，它的数值通过对热水供热系统水压图的分析确定；
Hxs—补水泵吸水管路的阻力损失，Pa；
Hys—补水泵压水管中的阻力损失，Pa；
h—补水水罐最低水位高出系统补水点的高度，m。
3.1.4 换热器的选择
首先确定根据热媒将热量传给被加热水所需要的换热面积，按下式计算：
F=Q/Kk△Tp
Q—被加热水的换热量，kJ/h；
K—换热器的传热系数，kJ/m2h℃；
k—污垢系数，一般取0.8~0.9；
△Tp—加热与被加热流体间的平均温差，℃。
根据所需的换热面积，确定换热器台数。
3.2 为了节约改造投资，合理利用原有设备
本着尽量利用现有设备、设施和管网以较少的改造投资实现改造目的，两次整合改造共利用原有补水泵5台、循环泵9台，板式换热器11台。
3.3 缩短一次热源管线长度，减少一次热源的热能损失
在供热系统中，水作为热媒较蒸汽热能利用效率高。由于在热水系统中没有凝结水和蒸汽泄漏以及二次蒸汽的热损失，因而效率较高，且水的比热大，在水力工况和热力工况短时间内失调时不会显著引起供热状况的波动，又可以按质调节方法进行调节。考虑上述原因，我们将东沽供暖换热的80%份额整合至锅炉房内，整合为中心换热站，使供暖热源供应和换热两个环节最大程度地实现“零”距离设置，减少两者间的热能损失，便于供暖的集中统筹调节，同时利用锅炉司炉工兼职换热站运行，大幅度减少换热站值班人员。
3.4 工业与民用供暖系统分离，使热源合理调配
改造前工业与民用供暖混供，因供暖时段不同，致使热源很难统一调配。
改造前工业与民用供暖混供，因供暖时段不同，致使热源很难统一调配。
通过改造实现东沽片区的民用和工业供暖系统的基本分离，使供暖运行可以根据民用和工业负荷的不同需要（工作时间工业采暖需求大，非工作时间民用采暖需求大）进行经济调节。
3.5 统一采用板式换热器
整合前，半数以上的换热站采用管壳式换热器，部分采用板式换热器。考虑到板式换热器传热系数高，只需管壳式换热器面积的1/4~1/2即可达到同样的换热效果，且阻力损失小等优势，所以此次改造淘汰了管壳式换热器，将原来换热站旧的板式换热器择优进行翻修继续使用。
3.6 地热资源集中调配
原有三口地热井分别用于供暖及补水，在用水量供大于求时造成了地热能源的极大浪费。整合后在换热站旁利用原有的一座储水池，利用远传系统将地热井水集中输送到储水池中，进行集中调配使用。
3.5 统一采用板式换热器
整合前，半数以上的换热站采用管壳式换热器，部分采用板式换热器。考虑到板式换热器传热系数高，只需管壳式换热器面积的1/4~1/2即可达到同样的换热效果，且阻力损失小等优势，所以此次改造淘汰了管壳式换热器，将原来换热站旧的板式换热器择优进行翻修继续使用。
3.6 地热资源集中调配
原有三口地热井分别用于供暖及补水，在用水量供大于求时造成了地热能源的极大浪费。整合后在换热站旁利用原有的一座储水池，利用远传系统将地热井水集中输送到储水池中，进行集中调配使用。
4 项目实施后的经济效益与社会效益
4.1 经济效益
4.1.1 节约锅炉燃油费约：1000吨/年×3600元/吨（10年渣油单价）＝360万元/年
节约原因：
（1）提高了换热效率；
（2）民用和工业负荷按工作时间和非工作时间分时段进行经济调节。
4.1.2 节约换热站维修成本约：20万元/年
说明：经改造取消的五座换热站每年房屋、设备及设施的维护维修成本平均约20万元。
4.1.3 节约用电约：15.4万度/年×1.00元/度＝15.4万元/年。
说明：通过改造提高了换热循环泵的工作效率，节约水泵用电。
4.1.4 节约人员成本约：8人×12万/年·人＝96万元/年。
4.2 社会效益
减少锅炉烟气中二氧化硫排放3.4吨/年、二氧化碳排放320吨/年、氮氧化物排放3.8吨/年、烟尘排放4吨/年。（上述数据根据天津市塘沽环境保护监测站的《监测报告》（塘环监字［2008］第141号）的数据及相关运行记录推算得出）。
4.1 经济效益
4.1.1 节约锅炉燃油费约：1000吨/年×3600元/吨（10年渣油单价）＝360万元/年
节约原因：
（1）提高了换热效率；
（2）民用和工业负荷按工作时间和非工作时间分时段进行经济调节。
4.1.2 节约换热站维修成本约：20万元/年
说明：经改造取消的五座换热站每年房屋、设备及设施的维护维修成本平均约20万元。
4.1.3 节约用电约：15.4万度/年×1.00元/度＝15.4万元/年。
说明：通过改造提高了换热循环泵的工作效率，节约水泵用电。
4.1.4 节约人员成本约：8人×12万/年·人＝96万元/年。
4.2 社会效益
减少锅炉烟气中二氧化硫排放3.4吨/年、二氧化碳排放320吨/年、氮氧化物排放3.8吨/年、烟尘排放4吨/年。（上述数据根据天津市塘沽环境保护监测站的《监测报告》（塘环监字［2008］第141号）的数据及相关运行记录推算得出）。
结束语：通过此次换热站整合技术改造项目可以看出，换热站整合在响应国家节能减排政策的同时，对于供暖企业来说其经济效益及社会效益是可观的。随着国家“十二五”节能减排综合性工作方案的下达，各个供暖企业的节能减排力度也在逐步加大，特别是像东沽石油新村片区的供暖情况的供暖企业也正在抓紧进行技术改造。本文是笔者对于换热站整合技术改造的实践和总结，希望能给其他供暖企业带来借鉴意义。文中的观点和提法可能难免不妥，恳请专家斧正。--渤海石油水电服务公司 孙立生
参考文献：
［1］供热工程 第二版 机械工业出版社，2009-6-25
［2］换热器设计技术 作者：（美）Ramesh K.Shah 机械工业出版社，2010-4-1，版次：1-1
［1］供热工程 第二版 机械工业出版社，2009-6-25
［2］换热器设计技术 作者：（美）Ramesh K.Shah 机械工业出版社，2010-4-1，版次：1-1
