[发明专利]一种基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统及方法

权利要求书

1.一种基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，其特征在于：包括蒸汽热网主管线(1)、若干热用户支线(2)、焓降法测试段(3)、热源点(4)、若干热用户(5)、过热段温度传感器(6)、源端热力参数监测系统(7)、用户端热力参数监测系统(8)、若干环境温度监测点(9)和监测控制终端(10)；热源点(4)与蒸汽热网主管道(1)相连，热用户(5)通过热用户支线(2)与蒸汽热网主管线(1)相连；蒸汽热网主管线(1)的起始位置设有过热段温度传感器(6)，蒸汽热网主管线(1)上的热源点(4)与过热段温度传感器(6)之间的部分管段为焓降法测试段(3)；热源点(4)上设有源端热力参数监测系统(7)，热用户(5)上分别设有用户端热力参数监测系统(8)，蒸汽热网主管道(1)上布置有若干环境温度监测点(9)；过热段温度传感器(6)、源端热力参数监测系统(7)、用户端热力参数监测系统(8)以及环境温度监测点(9)的数字信号分别与监测控制终端(10)相连。

2.根据权利要求1所述的基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，其特征在于：所述源端热力参数监测系统(7)和用户端热力参数监测系统(8)均包含温度传感器(11)、压力传感器(12)和质量流量计(13)。

3.根据权利要求1所述的基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，其特征在于：所述焓降法测试段(3)的管道长度大于等于700m或焓降法测试段(3)始末端的蒸汽温差大于等于3℃。

4.根据权利要求1所述的基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，其特征在于：所述过热段温度传感器(6)处的蒸汽过热度大于等于60℃。

5.根据权利要求1所述的基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，其特征在于：所述焓降法测试段(3)内包含至少一个蒸汽热网主管线(1)上所具备的各类管道附件。

6.根据权利要求1所述的基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统，其特征在于：所述蒸汽热网主管线(1)为单热源或多热源的枝状供热管网。

7.一种如权利要求1所述的基于冷凝系数的蒸汽热网水击风险评估系统的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、测试段蒸汽过热特征判断：监测控制终端(10)以源端热力参数监测系统(7)的压力值为参照，基于流量和管道尺寸特征计算过热段温度传感器(6)处的压力，并比较过热段温度传感器(6)温度及其对应的饱和温度，判断是否满足蒸汽过热度大于等于60℃且过热段温度传感器(6)与源端热力参数监测系统(7)之间的温差是否大于等于3℃的必要条件；

S2、基于热平衡法的热通量测试与计算：当步骤S1中的条件满足时，监测控制终端(10)通过源端热力参数监测系统(7)的蒸汽温度t_s、压力p_s和流量G_s，过热段温度传感器(6)的蒸汽温度t_e以及求得的过热段温度传感器(6)处的压力，得到焓降法测试段(3)始末端的焓值及焓差h_s-h_e，进而得到焓降法测试段(3)的散热热通量q_h：

式中，G_s为流量值；A_s为焓降法测试段管道外表面积；

S3、热网平均散热损失修正：首先，监测控制终端(10)通过热段温度传感器(6)的温度t_e、源端热力参数监测系统(7)温度t_s、各用户端热力参数监测系统(8)的温度t_i以及环境温度监测点(9)的温度t_a，得到由于管线沿程蒸汽温度下降带来的温度修正系数ε：

式中：Ave(t_s,t_e,t_i)为过热段温度传感器(6)温度t_e、源端热力参数监测系统(7)温度t_s以及各用户端热力参数监测系统(8)温度t_i的平均值，℃；Ave(t_s,t_e)为过热段温度传感器(6)温度t_e、源端热力参数监测系统(7)温度t_s的平均值，℃；

进而，建立焓降法测试段(3)的散热热通量q_h与被测蒸汽热网上的平均散热热通量q_t之间的关系：

q_t＝ε·q_h

S4、热网总冷凝量计算：监测控制终端(10)通过源端热力参数监测系统(7)和各用户端热力参数监测系统(8)的蒸汽热力参数，计算源端热力参数监测系统(7)的蒸汽焓值h_s和各用户端热力参数监测系统(8)的蒸汽焓值h_i；对源端热力参数监测系统(7)和各用户端热力参数监测系统(8)的压力值取平均，求取平均压力下的饱和蒸汽焓值h_w，建立散热损失与被测蒸汽热网的蒸汽总冷凝量ΔG的定量关系：

式中：A为被测管线的总表面积，m²；G_i为各用户端热力参数监测系统(8)的流量值；

从而得到热网总冷凝量ΔG；

S5、蒸汽热网的冷凝系数η计算：监测控制终端(10)通过源端热力参数监测系统(7)的流量值G_s和各用户端热力参数监测系统(8)的流量值G_i，计算蒸汽热网的实际管损量ΔG₁：

ΔG₁＝G_s-∑G_i

进而计算被测蒸汽热网的冷凝系数η：

S6、热网水击风险评估：设定冷凝系数阈值为η₁和η₂，其中η₁η₂；当蒸汽热网的冷凝系数η大于η₂时，水击风险提示等级最低，系统运行安全；当蒸汽热网的冷凝系数η大于η₁、小于η₂时，热网水击风险上升，系统提示风险等级上升；当蒸汽热网的冷凝系数η小于η₁时，监测控制终端(10)进行水击风险最高。