引言

当前，供热管网压力控制多采用传统手动调节或简单自动控制模式，存在调节滞后、精度不足、适应性差等问题，难以应对复杂工况下的压力波动。随着自动控制技术与传感技术的发展，研发科学有效的压力波动抑制策略及高性能自动调节装置，成为解决供热管网运行难题、推动集中供热系统向高效化、智能化发展的关键。本文通过系统分析压力波动的产生机制，明确影响波动的核心因素，提出多维度抑制策略，设计结构合理、响应迅速的自动调节装置，结合实验数据验证其可行性与优越性，为供热管网压力控制提供理论与实践参考。

一、供热管网压力波动的产生机理及影响因素

1.1 压力波动的产生机理

供热管网压力波动本质是管网内水力失衡与能量传递不稳定的外在表现，其产生核心是管网系统中供回水温差、流量变化与阻力损失之间的动态失衡。在闭式循环供热系统中，水泵提供的动力与管网阻力形成动态平衡，维持系统压力稳定；当这一平衡被打破时，管网内压力会出现异常波动。

压力波动主要分为两类：一是瞬时波动，多由突发工况引发，表现为压力在短时间内骤升或骤降，如水泵启停、阀门误操作、管网泄漏等，此类波动冲击力强，易对管道和设备造成直接损坏；二是持续波动，由工况持续变化引发，表现为压力在一定范围内反复波动，如热负荷变化、管网阻力变化等，此类波动虽冲击力较弱，但长期存在会加剧设备磨损，导致供热不均。

1.2 压力波动的主要影响因素

供热管网压力波动的影响因素复杂多样，可分为系统自身因素、运行工况因素与环境因素三类，各因素相互作用，共同导致压力波动的产生与加剧。

系统自身因素主要包括管网结构与设备性能。管网布局不合理、管道直径不均匀、弯头与阀门过多，会增加局部阻力损失，导致流体流动不畅，引发压力波动。

运行工况因素是引发压力波动的主要诱因，其中热负荷变化与流量调节不当影响最为显著。热负荷随室外温度、用户用热需求变化而动态调整，当热负荷骤增或骤减时，若流量调节不及时，会导致管网内供回水压差失衡，引发压力波动。

1.3 压力波动的危害

压力波动对供热管网系统的危害贯穿运行全过程，主要体现在设备损耗、供热质量与能耗三个方面。设备层面，压力骤升会导致管道超压，引发管道破裂、阀门损坏，压力骤降会导致水泵汽蚀，缩短水泵使用寿命，长期波动会加剧管道腐蚀与设备磨损，增加运维成本；供热质量层面，压力波动会导致水力失调，使近端用户供热量过剩、远端用户供热量不足，出现冷热不均现象，降低用户供暖体验；能耗层面，压力波动会导致水泵运行效率下降，为维持系统稳定需消耗更多电能，同时热量损失增加，导致供热能耗上升。

为明确压力波动的具体影响，通过对某集中供热管网的运行数据进行统计，得到压力波动幅度与设备损耗、能耗的关联数据，如下表所示。

表1 压力波动幅度与设备损耗、能耗的关联数据

由表1可知，随着压力波动幅度的增大，水泵故障率、管道腐蚀速率与单位面积供热能耗均呈显著上升趋势。当压力波动幅度超过15kPa时，水泵故障率达到15.3%，管道腐蚀速率提升至0.087mm/a，单位面积供热能耗增至26.5kWh/㎡，较波动幅度≤5kPa时增加42.5%，充分说明压力波动对供热管网运行的严重危害，亟需采取有效的抑制策略与调节措施。

二、供热管网压力波动抑制策略

2.1 管网结构优化策略

管网结构不合理是导致压力波动的根本因素之一，通过优化管网结构，减少阻力损失，可从源头抑制压力波动。管网结构优化主要包括管道布局优化、管径匹配与局部阻力控制三个方面。

管道布局优化需遵循“就近供热、路径最短”原则，减少管道迂回与分支，避免过长距离输送导致的压力损耗与波动；对于地形起伏较大的区域，合理设置中继泵站，平衡管网各段压力，避免因地形高差导致的压力失衡。管径匹配需根据热负荷分布与流量需求，科学确定各段管道直径，确保管道内流体流速处于合理范围，避免流速过快导致的阻力增加，或流速过慢导致的介质淤积，进而引发压力波动。

2.2 运行工况优化策略

运行工况变化是引发压力波动的主要诱因，通过优化运行工况，实现热负荷、流量与压力的动态平衡，可有效抑制压力波动。运行工况优化主要包括热负荷预测与流量精准调节、补水系统优化两个方面。

热负荷预测与流量精准调节需基于实时监测数据，结合室外温度、用户用热需求等因素，建立热负荷预测模型，提前预判热负荷变化趋势，进而动态调节管网流量。采用变流量运行模式，根据热负荷变化实时调整水泵转速，改变流量输出，确保供回水压差稳定；在管网关键节点设置压力监测点，实时采集压力数据，当压力出现异常波动时，及时调整流量，抑制波动加剧。

补水系统优化需确保系统静压稳定，避免补水量不足或过量引发压力波动。采用变频补水装置，根据系统压力实时调整补水泵转速，控制补水量，使系统静压维持在设计范围内；设置膨胀水箱，吸收管网内介质因温度变化产生的体积膨胀，平衡系统压力，减少压力波动。

2.3 应急防控策略

针对瞬时压力波动，需制定完善的应急防控策略，快速响应、及时处置，避免波动扩大造成设备损坏与供热中断。应急防控策略主要包括异常监测、快速处置与应急保障三个方面。

异常监测需在管网关键节点、水泵、阀门等设备处安装压力传感器与报警装置，实时监测压力变化，当压力波动超过允许范围时，及时发出报警信号，提醒运维人员处置；同时，建立管网运行监控平台，实现压力数据的实时采集、分析与存储，为应急处置提供数据支撑。

快速处置需针对不同类型的瞬时波动制定针对性处置方案：当发生压力骤升时，及时开启泄压阀，释放管网内多余压力，同时降低水泵转速，减少动力输出；当发生压力骤降时，及时启动备用补水泵，增加补水量，同时检查管网是否存在泄漏，若有泄漏及时封堵；当水泵、阀门等设备故障引发压力波动时，及时切换备用设备，停止故障设备运行，进行检修。

为验证所提抑制策略的有效性，选取某集中供热管网进行对比实验，分别采用传统控制策略与本文提出的综合抑制策略，监测管网压力波动情况，实验数据如下表所示。

表2 不同控制策略下管网运行参数对比

由表2可知，采用本文提出的综合抑制策略后，管网平均压力波动幅度从11.8kPa降至4.2kPa，压力波动超标率从23.5%降至3.8%，水泵运行效率从72.3%提升至85.7%，单位面积供热能耗从22.5kWh/㎡降至18.2kWh/㎡，各项运行参数均得到显著改善，充分验证了所提抑制策略的有效性与优越性。

三、供热管网压力自动调节装置设计

3.1 装置设计原则与总体结构

自动调节装置的设计需遵循“精准调节、快速响应、稳定可靠、节能环保”的原则，结合供热管网压力波动的特点，实现对管网压力的实时监测、自动调节与异常报警，确保管网压力稳定在设计范围内。

装置总体结构分为监测模块、控制模块、执行模块与报警模块四个部分，各模块协同工作，完成压力调节任务。监测模块负责实时采集管网压力、流量、温度等关键参数；控制模块对监测数据进行分析处理，根据压力波动情况生成调节指令；执行模块根据调节指令动作，实现流量与压力的调节；报警模块在压力异常时发出报警信号，提醒运维人员处置。

3.2 各模块详细设计

3.2.1 监测模块

监测模块是自动调节装置的基础，负责采集管网运行过程中的关键参数，为压力调节提供数据支撑。监测模块主要由压力传感器、流量传感器、温度传感器与数据采集器组成。

压力传感器选用高精度扩散硅压力传感器，测量范围为0-2.5MPa，精度等级为0.4级，能够实时采集管网内供回水压力数据，测量误差小、响应速度快；流量传感器选用超声波流量传感器，测量范围为0-100m³/h，精度高、无压力损失，可实时采集管网流量数据；温度传感器选用铂电阻温度传感器，测量范围为-20℃-150℃，精度为±0.5℃，用于采集供回水温度数据，辅助判断热负荷变化。

数据采集器负责将各传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，进行滤波、放大处理后，传输至控制模块，同时存储监测数据，便于后续查询与分析。监测模块采用分布式布局，在管网供回水主干管、关键分支节点及水泵出口处设置监测点，确保压力数据采集的全面性与准确性。

3.2.2 控制模块

控制模块是自动调节装置的核心，负责对监测数据进行分析处理，生成调节指令，控制执行模块动作。控制模块采用PLC控制器作为核心部件，搭配触摸屏人机交互界面，实现参数设置、数据显示与手动/自动模式切换。

PLC控制器选用高性能可编程逻辑控制器，具备强大的逻辑运算与数据处理能力，能够实时接收监测模块传输的数据，对比预设的压力阈值，判断压力是否存在异常波动。当压力高于预设上限时，控制器生成降压调节指令；当压力低于预设下限时，生成升压调节指令；当压力处于正常范围时，维持当前运行状态。

3.2.3 执行模块

执行模块根据控制模块生成的调节指令，实现对管网流量与压力的调节，主要由变频水泵、电动调节阀与泄压阀组成。

变频水泵选用高效节能变频离心泵，根据控制模块的指令，通过改变电机供电频率，调整水泵转速，进而改变流量输出，实现压力调节。变频水泵具有调节范围广、响应速度快、能耗低等优点，能够精准匹配管网流量需求，维持压力稳定。

3.2.4 报警模块

报警模块负责在管网压力异常时发出报警信号，提醒运维人员及时处置，主要由声光报警器与信号传输模块组成。当监测模块采集到的压力数据超过预设阈值时，控制模块发送报警信号至声光报警器，声光报警器发出声音与灯光报警；同时，信号传输模块将报警信号传输至管网运行监控平台，通知运维人员远程处置。报警模块还可设置报警阈值分级，根据压力波动幅度发出不同等级的报警信号，便于运维人员区分处置优先级。

3.3 装置性能测试

为验证自动调节装置的性能，将装置安装于某集中供热管网关键节点，进行为期30天的性能测试，监测装置的调节精度、响应速度与运行稳定性，测试数据如下表所示。

表3 自动调节装置性能测试数据

由表3可知，自动调节装置的实际测试值均满足设计指标，调节精度达到±0.8kPa，响应时间为3.2s，能够快速响应压力波动；连续运行30天无故障，运行稳定性良好；报警准确率达到99.2%，能够及时发现压力异常；能耗降低率达到18.7%，实现了节能环保的目标。测试结果表明，该自动调节装置调节精准、响应迅速、运行稳定，能够有效抑制供热管网压力波动，满足管网运行需求。

四、结论

本文围绕供热管网压力波动抑制策略及自动调节装置展开研究，通过分析压力波动的产生机理与影响因素，提出了管网结构优化、运行工况优化与应急防控相结合的综合抑制策略，设计了由监测模块、控制模块、执行模块与报警模块组成的自动调节装置，通过实验测试得出以下结论：

1. 供热管网压力波动主要由系统自身结构、运行工况与环境因素共同引发，瞬时波动与持续波动均会对管网设备、供热质量与能耗造成严重危害，压力波动幅度越大，危害越显著。

2. 本文提出的综合抑制策略能够有效降低管网阻力，实现热负荷、流量与压力的动态平衡，快速处置瞬时压力波动，将压力波动幅度控制在允许范围，显著提升管网运行稳定性与节能效果。

3. 设计的自动调节装置调节精准、响应迅速、运行稳定，能够实时监测管网压力变化，自动完成压力调节与异常报警，各项性能指标均满足设计要求，可有效适配供热管网的运行需求。

参考文献：

[1]刘志杨. 集中供热换热站智能控制系统优化方案[J]. 智能建筑电气技术,2025,19(5):91-93.

[2]王延敏,李志伟,刘俊杰,等. 基于室温监测反馈的集中供热按需调控技术研究[J]. 暖通空调,2024,54(10):44-51.

[3]杨植. 关于供热管网水力平衡的自动调节探讨[J]. 建筑工程技术与设计,2021(16):2613-2614.

[4]裴俊强. 基于图论的供热管网水力计算研究[J]. 暖通空调,2025,55(3):164-170.