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摘要：管网的可靠性研究在国外已经有所发展，并且越来越受到各国学者的重视，针对管网可靠性的影响因素以及在设计中的应用等问题均有所研究和涉及，因此需要借鉴国外在可靠性方面先进的理念，来发展我国的可靠性研究。
关键词：枝状管网；供热系统；可靠性；设计
中图分类号：TU833 文献标识码：A
1 课题来源及研究的目的和意义
随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，人们越来越关心自身所居住的环境。而供热系统的发展，满足了人们在寒冷条件下，追求高舒适度的要求，改善了人们生活的环境状况，同时使人们在严寒的条件下，依然可以顺利地生活和工作，并且随着能源紧张和城市大气污染问题的日益严重，集中供热系统也越来越多的国家受到了重视，并迅速发展。
20世纪80年代以前,从我国北方采暖地区大城市来看,以分散锅炉房供暖比重最大。据对29个大中城市集中供热方式的统计显示,分散锅炉房供热占我国总供暖面积的84%。20世纪80年代以后,我国的供热事业进入到综合发展阶段。热电联产、热交换站以及相配套的尖峰锅炉房等集中供热系统在许多城市相继建成。建设部综合财务司2004年6月发布的“2003年城市建设统计公报”显示,2003年集中供热取得新成绩,据统计集中供热面积18.9亿m2,比2002年增长21.2%。
集中供热系统通常可分为三大部分：热源、输配系统与用户。输配管网是连接热源与用户的通道，是热载体借以传送的手段。输配管网又可有输送与分配的区别。输送管网指的是担当载体输送任务的管网；分配管网指的是具有向各用户分配载体支线的管网，输配管网对供热的安全性有重要的保证作用。当管道发生事故或故障时，势必会破坏对供热设施的正常供热，从而就有可能恶化劳动条件以及影响居民的休憩，并会导致社会性的后果。在这些后果之中，首先是破坏正常劳动条件和居民生活，这也是居民致病和降低劳动生产率的直接原因之一，社会性后果无法进行经济估量，但其影响会很大。
热力管网作为城镇公用市政事业的一种，它量大，面广，结构比较复杂，因而造价昂贵，在整个供热系统中的造价约占百分之三四十，有的甚至可能高达百分之五十，因而，热力管网设计的可靠性以及经济性将会对城镇供热事业整体造价产生巨大影响。规划、设计合理与否，直接关系到供热工程投资，在很大程度上也会影响管理单位的运行成本。从而，管网的可靠性研究就显得十分必要。
作为目前城市供热较为适宜的系统形式，为了保证其社会和经济效果，在设计阶段就应当把热网可靠性的问题作为一项重要的指标来考虑，以此作为方案比较、系统选择的依据，在过去由于对热网可靠性的研究不足，不能从定量的、科学角度将其指标具体化，而只能靠定性、靠经验，甚至只有当系统故障以后才去弥补，带有较大的盲目性。如果能够正确提出符合我国国情的关于枝状管网可靠性的计算方法，以及正确的设计理念，无疑，这将对进一步搞好热网设计，减少经济损失有着积极的意义。
2 国外研究现状
目前，可靠性作为一门新的学科与综合技术已逐渐深入到许多生产技术领域并贯穿于系统的规划、设计、制造（或施工）、运行管理与维修的全过程。它现在不仅是现代设计法的阶段与组成部分之一，同时也是考虑其它现代设计法问题的主要出发点。在许多生产技术部门，同性能、成本、社会效益一样，可靠性已成为一项十分重要的评价指标，是技术经济分析的基础，因此可靠性分析已经成为系统科学运行管理的重要内容和手段之一。
在国外，供热系统的可靠性研究始于上世紀60年代。首先是俄罗斯学者Ионин.А.А所领导的研究小组在70年代用四个采暖季的时间对莫斯科三个有代表性的供热小区进行了统计、实测，得到一些故障数据，并首次提出了用故障流参数、热网可靠性指标等来研究和评价热网的可靠性，还给出了一些研究热网可靠性的理念、方法技术措施。
其次是莫斯科动力设计研究院的热力网设计规范主编Я.А.Ковылянский所领导的小组，他提出了关于热网可靠性评价指标不同的观点，并针对管道的可靠性和将可靠性评价结果应用于系统设计中的有关问题进行了探。
与此同时，瑞典专家Kovylyanskij.Ya.A等人对管道的可靠性以及可靠性评价应用于系统设计中的相关问题也进行了探讨，而丹麦的Popyrin.L.S对城市热网设计中应考虑的可靠性因素进行了相关研究以及Grachev. Yu.G.等人针对供热系统质量评价方法及其应用进行了论述。
综上所述，管网的可靠性研究在国外已经有所发展，并且越来越受到各国学者的重视，针对管网可靠性的影响因素以及在设计中的应用等问题均有所研究和涉及，因此需要借鉴国外在可靠性方面先进的理念，来发展我国的可靠性研究。
3 国内研究现状
在相关文献中，作者就管网可靠性的不同方面进行了论述，首先澄清了有关热网可靠性的一些基本概念，并就有关热网可靠性的一些参数的确定提出了参考方法，这些文献主要是针对以下问题进行了论述：在管段上设置分段阀，对管网进行合理的分段，提高管网的可靠性；由于管道的修复时间与房间的冷却时间之间的关系，当管道的修复时间大于房间最大允许的冷却时间，管道就需要进行备用，所以就房间的冷却时间与管网可靠性之间的关系，作者进行了详尽的论述；并针对现有的可靠性评价指标体系中存在的不足之处进行了分析。而随着可靠性的发展，新的计算方法和理念也被不断地引入进来，在文献[1]中，作者引入最大熵原理对元部件的可靠性指标参数进行了求解，同时在文献[2]中，作者将频谱分析引入到管网的可靠性分析当中，从而给读者提供了新的思路，使读者可以从不同的角度考虑可靠性参数的确定问题。随着可靠性的不断发展，在许多实际工程中也得到了广泛地应用，使的管网设计更加趋于合理化，在文献[3,4]中，介绍了应用可靠性分析进行管网设计和改造的工程实例。
从以上的论述可以看到，管网的可靠性问题已经引起了我国学者的重视，但是在我国枝状管网的发展中还存在不少问题，枝状管网的供热范围越来越大，同时枝状管网的最大管径也随着管网规模的扩大也日愈增大，在有些时候甚至高达1000mm~1200mm，这些都加大了枝状管网的不可靠性，尤其是最大管径的增大，如果不采取措施的话，这样的管道故障将带来难以估计的后果；同时枝状管网还存在阀门设置不当等因素，而阀门的正确设置将有利于减少故障时被关断的用户量，缩小事故的影响范围。
4 应用概述
图1-1是一典型的枝状管网供热系统，热源通过无备用的干、支线管向用户供热。可以看到，如果该枝状管网在未采取任何可以提高管网可靠性措施时（例如设置分段阀等），元件的任何一个故障都将造成管网停止供热，从而影响到全部的热用户，同时由于热网元件的寿命总是有限的，系统在经过一段时间的运行后出现故障是难免的，况且热网元件故障的出现又是偶然事件，事先又无法预知。因而对管网采取必要的措施，例如设置分段阀、增加管道备用或采用多热源供热等，将有效地减小事故的影响面积和停止供热的用户数量。
图1 1 枝状管网平面图
因此，需要研究采取一系列措施来减少故障时停止供热的时间和影响范围，同时增加枝状管网的可靠性：由于管道故障的修复时间是和管径的大小有关的，一般情况下，管径越大，修复时间越长；管径越小，需要修复的时间越短，因此，在满足设计要求的情况下，尽量减小供热管道的最大直径，将有助于在管网故障时缩短用户停止供热时间，提高管网的可靠性；安装合理数量的分段阀和截止阀，在枝状管网的主干线上，增加分段阀的数量，可使故障状态下被切断的热负荷占总热负荷的相对值减小，这对提高热网的可靠性是有利的，但同时事故状态次数会有所增加，热网的可靠性也将随之下降，一般情况下，前者的贡献要大于后者，所以安装必要的分段阀可以起到控制事故大小，提高管网可靠性的作用；可以把热源置于热负荷中心位置，由于最远用户离热源过远，从而导致管线较长，增加了最远用户被切断的可能性，不利于枝状管网的可靠性。另外，由于热源在热负荷中心，干线的最大直径也会有所减小，这将有助于提高枝状管网可靠性；当系统负荷较大或管线太长时，可以在可能的情况下考虑两个或两个以上的热源供热，在这种情况下，由于每个热源的热负荷总量将有所降低，从而当热网故障时，两个热源可以互为备用，从而将有效地减小事故的影响面积。
参考文献：
【1】谭羽非, 王晓霞. 最大熵原理与供热系统元部件可靠性的研究. 煤气与热力. 2003, 23(7):387~390
【2】蔡启林, 刘施玲. 供热系统可靠性综合评价指标探讨. 煤气与热力. 1993,13(3):46~50
【3】陈永铭, 彭晓峰. 区域供热系统可靠性优化分析. 区域供热.2003,2:17~21
【4】赵书盈, 冯 钧. 郑州热电厂供热系统可靠性研究与改进. 热力发电. 2001,(5):10~12
作者简介：杨进，男，1982年9月生，工程师，石家庄市裕华东路55号，邮编050011。
关键词：枝状管网；供热系统；可靠性；设计
中图分类号：TU833 文献标识码：A
1 课题来源及研究的目的和意义
随着国民经济的发展，人民生活水平的提高，人们越来越关心自身所居住的环境。而供热系统的发展，满足了人们在寒冷条件下，追求高舒适度的要求，改善了人们生活的环境状况，同时使人们在严寒的条件下，依然可以顺利地生活和工作，并且随着能源紧张和城市大气污染问题的日益严重，集中供热系统也越来越多的国家受到了重视，并迅速发展。
20世纪80年代以前,从我国北方采暖地区大城市来看,以分散锅炉房供暖比重最大。据对29个大中城市集中供热方式的统计显示,分散锅炉房供热占我国总供暖面积的84%。20世纪80年代以后,我国的供热事业进入到综合发展阶段。热电联产、热交换站以及相配套的尖峰锅炉房等集中供热系统在许多城市相继建成。建设部综合财务司2004年6月发布的“2003年城市建设统计公报”显示,2003年集中供热取得新成绩,据统计集中供热面积18.9亿m2,比2002年增长21.2%。
集中供热系统通常可分为三大部分：热源、输配系统与用户。输配管网是连接热源与用户的通道，是热载体借以传送的手段。输配管网又可有输送与分配的区别。输送管网指的是担当载体输送任务的管网；分配管网指的是具有向各用户分配载体支线的管网，输配管网对供热的安全性有重要的保证作用。当管道发生事故或故障时，势必会破坏对供热设施的正常供热，从而就有可能恶化劳动条件以及影响居民的休憩，并会导致社会性的后果。在这些后果之中，首先是破坏正常劳动条件和居民生活，这也是居民致病和降低劳动生产率的直接原因之一，社会性后果无法进行经济估量，但其影响会很大。
热力管网作为城镇公用市政事业的一种，它量大，面广，结构比较复杂，因而造价昂贵，在整个供热系统中的造价约占百分之三四十，有的甚至可能高达百分之五十，因而，热力管网设计的可靠性以及经济性将会对城镇供热事业整体造价产生巨大影响。规划、设计合理与否，直接关系到供热工程投资，在很大程度上也会影响管理单位的运行成本。从而，管网的可靠性研究就显得十分必要。
作为目前城市供热较为适宜的系统形式，为了保证其社会和经济效果，在设计阶段就应当把热网可靠性的问题作为一项重要的指标来考虑，以此作为方案比较、系统选择的依据，在过去由于对热网可靠性的研究不足，不能从定量的、科学角度将其指标具体化，而只能靠定性、靠经验，甚至只有当系统故障以后才去弥补，带有较大的盲目性。如果能够正确提出符合我国国情的关于枝状管网可靠性的计算方法，以及正确的设计理念，无疑，这将对进一步搞好热网设计，减少经济损失有着积极的意义。
2 国外研究现状
目前，可靠性作为一门新的学科与综合技术已逐渐深入到许多生产技术领域并贯穿于系统的规划、设计、制造（或施工）、运行管理与维修的全过程。它现在不仅是现代设计法的阶段与组成部分之一，同时也是考虑其它现代设计法问题的主要出发点。在许多生产技术部门，同性能、成本、社会效益一样，可靠性已成为一项十分重要的评价指标，是技术经济分析的基础，因此可靠性分析已经成为系统科学运行管理的重要内容和手段之一。
在国外，供热系统的可靠性研究始于上世紀60年代。首先是俄罗斯学者Ионин.А.А所领导的研究小组在70年代用四个采暖季的时间对莫斯科三个有代表性的供热小区进行了统计、实测，得到一些故障数据，并首次提出了用故障流参数、热网可靠性指标等来研究和评价热网的可靠性，还给出了一些研究热网可靠性的理念、方法技术措施。
其次是莫斯科动力设计研究院的热力网设计规范主编Я.А.Ковылянский所领导的小组，他提出了关于热网可靠性评价指标不同的观点，并针对管道的可靠性和将可靠性评价结果应用于系统设计中的有关问题进行了探。
与此同时，瑞典专家Kovylyanskij.Ya.A等人对管道的可靠性以及可靠性评价应用于系统设计中的相关问题也进行了探讨，而丹麦的Popyrin.L.S对城市热网设计中应考虑的可靠性因素进行了相关研究以及Grachev. Yu.G.等人针对供热系统质量评价方法及其应用进行了论述。
综上所述，管网的可靠性研究在国外已经有所发展，并且越来越受到各国学者的重视，针对管网可靠性的影响因素以及在设计中的应用等问题均有所研究和涉及，因此需要借鉴国外在可靠性方面先进的理念，来发展我国的可靠性研究。
3 国内研究现状
在相关文献中，作者就管网可靠性的不同方面进行了论述，首先澄清了有关热网可靠性的一些基本概念，并就有关热网可靠性的一些参数的确定提出了参考方法，这些文献主要是针对以下问题进行了论述：在管段上设置分段阀，对管网进行合理的分段，提高管网的可靠性；由于管道的修复时间与房间的冷却时间之间的关系，当管道的修复时间大于房间最大允许的冷却时间，管道就需要进行备用，所以就房间的冷却时间与管网可靠性之间的关系，作者进行了详尽的论述；并针对现有的可靠性评价指标体系中存在的不足之处进行了分析。而随着可靠性的发展，新的计算方法和理念也被不断地引入进来，在文献[1]中，作者引入最大熵原理对元部件的可靠性指标参数进行了求解，同时在文献[2]中，作者将频谱分析引入到管网的可靠性分析当中，从而给读者提供了新的思路，使读者可以从不同的角度考虑可靠性参数的确定问题。随着可靠性的不断发展，在许多实际工程中也得到了广泛地应用，使的管网设计更加趋于合理化，在文献[3,4]中，介绍了应用可靠性分析进行管网设计和改造的工程实例。
从以上的论述可以看到，管网的可靠性问题已经引起了我国学者的重视，但是在我国枝状管网的发展中还存在不少问题，枝状管网的供热范围越来越大，同时枝状管网的最大管径也随着管网规模的扩大也日愈增大，在有些时候甚至高达1000mm~1200mm，这些都加大了枝状管网的不可靠性，尤其是最大管径的增大，如果不采取措施的话，这样的管道故障将带来难以估计的后果；同时枝状管网还存在阀门设置不当等因素，而阀门的正确设置将有利于减少故障时被关断的用户量，缩小事故的影响范围。
4 应用概述
图1-1是一典型的枝状管网供热系统，热源通过无备用的干、支线管向用户供热。可以看到，如果该枝状管网在未采取任何可以提高管网可靠性措施时（例如设置分段阀等），元件的任何一个故障都将造成管网停止供热，从而影响到全部的热用户，同时由于热网元件的寿命总是有限的，系统在经过一段时间的运行后出现故障是难免的，况且热网元件故障的出现又是偶然事件，事先又无法预知。因而对管网采取必要的措施，例如设置分段阀、增加管道备用或采用多热源供热等，将有效地减小事故的影响面积和停止供热的用户数量。
图1 1 枝状管网平面图
因此，需要研究采取一系列措施来减少故障时停止供热的时间和影响范围，同时增加枝状管网的可靠性：由于管道故障的修复时间是和管径的大小有关的，一般情况下，管径越大，修复时间越长；管径越小，需要修复的时间越短，因此，在满足设计要求的情况下，尽量减小供热管道的最大直径，将有助于在管网故障时缩短用户停止供热时间，提高管网的可靠性；安装合理数量的分段阀和截止阀，在枝状管网的主干线上，增加分段阀的数量，可使故障状态下被切断的热负荷占总热负荷的相对值减小，这对提高热网的可靠性是有利的，但同时事故状态次数会有所增加，热网的可靠性也将随之下降，一般情况下，前者的贡献要大于后者，所以安装必要的分段阀可以起到控制事故大小，提高管网可靠性的作用；可以把热源置于热负荷中心位置，由于最远用户离热源过远，从而导致管线较长，增加了最远用户被切断的可能性，不利于枝状管网的可靠性。另外，由于热源在热负荷中心，干线的最大直径也会有所减小，这将有助于提高枝状管网可靠性；当系统负荷较大或管线太长时，可以在可能的情况下考虑两个或两个以上的热源供热，在这种情况下，由于每个热源的热负荷总量将有所降低，从而当热网故障时，两个热源可以互为备用，从而将有效地减小事故的影响面积。
参考文献：
【1】谭羽非, 王晓霞. 最大熵原理与供热系统元部件可靠性的研究. 煤气与热力. 2003, 23(7):387~390
【2】蔡启林, 刘施玲. 供热系统可靠性综合评价指标探讨. 煤气与热力. 1993,13(3):46~50
【3】陈永铭, 彭晓峰. 区域供热系统可靠性优化分析. 区域供热.2003,2:17~21
【4】赵书盈, 冯 钧. 郑州热电厂供热系统可靠性研究与改进. 热力发电. 2001,(5):10~12
作者简介：杨进，男，1982年9月生，工程师，石家庄市裕华东路55号，邮编050011。