李明雪

(大慶油田礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部物業(yè)管理一公司供熱指揮中心自動化維護室， 黑龍江大慶 163000）

在21世紀，能源問題已被越來越多的國家和地區(qū)所重視，顯然它已成為全人類關(guān)注的重點。在這一方面，我國也不落后，提出了“節(jié)能減排”的要求。因此，在集中供熱能耗方面的改革和技術(shù)的改進已迫在眉睫。

1 健全集中供熱管網(wǎng)的現(xiàn)實意義

換熱站作為連接熱源與用戶極為重要的環(huán)節(jié),其設(shè)計是否合理直接關(guān)系到供熱質(zhì)量。在國家的倡導(dǎo)和供熱企業(yè)的不斷努力下，我國城鎮(zhèn)供熱方式已經(jīng)發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，逐漸發(fā)展為由一個或幾個熱電廠為一個城市提供熱源，市區(qū)內(nèi)由換熱站采用集中供熱形式為各個小區(qū)提供熱量，這就提高了效率、降低了能耗、減少了污染。因此，做好集中供熱管網(wǎng)換熱站自控儀表設(shè)計更為重要。

2 換熱站熱力系統(tǒng)和自控系統(tǒng)的設(shè)計原則

2.1 換熱站熱力系統(tǒng)的設(shè)計原則

2.1.1 若換熱站靠近鍋爐房時，或本身就是鍋爐房的一個組成部分，對于回收凝結(jié)水就很方便，還可以采用鍋爐房的水處理設(shè)備進行補水。此外，熱網(wǎng)補水還可以利用鍋爐的連續(xù)排污來進行，這樣提高了熱的利用效率和有利于管網(wǎng)保護。

2.1.2 若換熱器不能承受熱介質(zhì)的壓力，這時就應(yīng)該安裝減壓設(shè)備；若處于供熱時，就要在安裝清除污垢的儀器，并需安裝切斷閥與旁通管。

2.1.3 當(dāng)熱交換器內(nèi)的循環(huán)水處于靜壓的狀態(tài)時，若介質(zhì)水的溫度比其飽和溫度還要高時，在入口處安裝電磁閥，以確保循環(huán)水泵在不需要工作時能自動關(guān)閉。

2.1.4 熱設(shè)備自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)決定了循環(huán)水的供水溫度。同時還要安裝自動調(diào)節(jié)閥，來調(diào)節(jié)一次熱介質(zhì)的流量，安裝壓力表和溫度計與一次熱介質(zhì)入口與循環(huán)水供回水管出入口。

2.1.5 對于建設(shè)大型換熱站，儀表控制室是其必不可少的組成部分，其功能是方便管理二次儀表和各種監(jiān)控信號設(shè)備。

2.1.6 應(yīng)在工作狀態(tài)下，熱交換器應(yīng)安全有效地運行。熱交換器的臺數(shù)及單臺容量，要有利于熱負荷的調(diào)節(jié)。

2.1.7 若城市供回水干管壓差比較小，在盡量不選用加壓泵的情況下應(yīng)選用水流阻力較小的熱交換器。同時要留有空地以確保檢修時抽管所需要的場地。

2.1.8 為了方便操作和維修，閥門的安裝高度都必須適度、合理；對于安裝儀表的位置，也要盡可能地滿足后期工作中的觀察的位置要求。利用熱力管道必須考慮熱力補償以及其他情況，在可能的條件下，自然補償是最好的選擇。值得注意的是，地下室不宜設(shè)置熱交換站，而且也應(yīng)該盡量避免這種情況的出現(xiàn)。

2.2 換熱站自控系統(tǒng)設(shè)計原則

公司的供熱形式為通過換熱器對集中供熱一次網(wǎng)用戶和二次網(wǎng)進行熱能交換，通過二次網(wǎng)絡(luò)將熱能輸送給用戶。溫度、壓力、流量等參數(shù)通過現(xiàn)場儀表傳感器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準的電信號，變頻器把電機的電流、轉(zhuǎn)速等信號送入PLC，PLC在熱力站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用是對現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)采集和處理，還用來完成對現(xiàn)場的自動化設(shè)備的控制，同時可以控制變頻器的啟停及調(diào)速。觸屏作為現(xiàn)場的人機接口，顯示換熱站的主要參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)，現(xiàn)場的操作指令也可以通過觸屏下達。換熱站自控系統(tǒng)設(shè)計原則概括起來有如下幾點：

2.2.1 在運行中要降低各種能源的消耗，實現(xiàn)效益最大化。因此，設(shè)計一套科學(xué)而有效的工藝控制方案顯得不可或缺。

2.2.2 選用自控設(shè)備必須具備高的性能價格比，以滿足供熱系統(tǒng)規(guī)模及復(fù)雜程度對自控系統(tǒng)提出的要求。

2.2.3 需制定具有針對性的控制策略來確保換熱站自控系統(tǒng)的正常運行。同時在遵循可靠性和便利性的前提條件下，選擇控制系統(tǒng)及配套儀表，以便于后期維護。

2.2.4 對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和兼容性在整個換熱站自控系統(tǒng)的設(shè)計時，應(yīng)必須考慮，此外，還應(yīng)該把系統(tǒng)運行的通用性及可擴展性也作為系統(tǒng)設(shè)計的重要考慮事項。

3 集中供熱管網(wǎng)換熱站自控儀表設(shè)計

3.1 設(shè)計依據(jù)

根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定和相關(guān)技術(shù)要求，集中供熱管網(wǎng)換熱站自控儀表設(shè)計主要是根據(jù)國家有關(guān)部(委)頒布的電氣自控設(shè)計規(guī)范及規(guī)定而定的，同時還要參照自來有關(guān)專業(yè)的用電資料并滿足其相關(guān)控制要求和DCS／PLC系統(tǒng)設(shè)計要求。

3.2 設(shè)計范圍

集中供熱管網(wǎng)換熱站自控儀表設(shè)計的范圍和方向主要在熱網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計上，這是基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上還要對儀表檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)進行設(shè)計，只有把這三個方面的設(shè)計做好了，才算是真正實現(xiàn)了換熱站自控儀表設(shè)計的目的。

3.3 熱網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)

熱網(wǎng)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的組成部分包括調(diào)度中心、通訊系統(tǒng)、現(xiàn)場控制站、現(xiàn)場儀表及執(zhí)行機構(gòu)四大部分。對于調(diào)度中心來說，調(diào)度中心計算機系統(tǒng)通過通訊調(diào)度工作站負責(zé)與各換熱站進行通訊，采集各換熱站的重要數(shù)據(jù)，進行調(diào)度管理。

3.4 換熱站儀表及自控系統(tǒng)

換熱站儀表及自控系統(tǒng)一般隨換熱機組成套供應(yīng)，換熱站主要設(shè)置以下檢測儀表：一級管網(wǎng)的供水流量、供水壓力、供水溫度和回水供水壓力、回水溫度；二級管網(wǎng)的供水流量、供水壓力、供水溫度和回水供水壓力、回水溫度；補給水流量、水箱水位；每一個換熱機組的出口壓力、出口溫度。

3.5 儀表選擇配置

為了方便現(xiàn)場工作，主要設(shè)備及儀表選擇一般如下：

儀表信號傳輸要達到4InA至20InA或標(biāo)準分度的標(biāo)準；集中檢測溫度儀表，要滿足兩線制熱電阻的要求；就地溫度儀表最好采用萬向型雙金屬溫度計，而且還要帶外保護套管；選用智能壓力變送器的壓力變送器；壓力儀表采用不銹鋼的，且精度達到1.5級；流量儀表是高溫型電磁流量計。

4 集中供熱換熱站在線監(jiān)控系統(tǒng)的原理及構(gòu)成

圖1 換熱站現(xiàn)場監(jiān)控示意圖

換熱站現(xiàn)場監(jiān)控如圖1所示。需要監(jiān)控的參數(shù)主要有一次網(wǎng)供回水溫度和壓力、二次網(wǎng)供回水壓力、溫度以及水箱水位等。循環(huán)泵和補水泵主要由變頻器根據(jù)設(shè)定的定壓點壓力進行控制,從而實現(xiàn)二次網(wǎng)供、回水壓力的自動控制。

在實際工程中，PID控制是應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制。它具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便的特點。當(dāng)存在以下兩種情況時：一是被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，二是得不到精確的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。

該系統(tǒng)是基于現(xiàn)場總線技術(shù)開發(fā)的。主要包括硬件和軟件兩大部分。硬件部分主要由現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集監(jiān)控設(shè)備、現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸設(shè)備、終端數(shù)據(jù)處理顯示設(shè)備三大部分組成。軟件部分主要包括兩大功能模塊:實時在線監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

結(jié)語

大規(guī)模、復(fù)雜化和多熱源將成為未來城市集中供熱網(wǎng)發(fā)展特點，而城市發(fā)展使對熱量的需求量也將上升。集中供熱管網(wǎng)換熱站自控儀表設(shè)計將通過對換熱站設(shè)備及參數(shù)的自動控制設(shè)計，提高節(jié)能管理水平和質(zhì)量，降低能源損耗，降低了人們?nèi)∨馁M用。

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