集中供熱管網換熱站自控儀表設計探討

李明雪

(大慶油田礦區服務事業部物業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所重視，顯然它已成為全人類關注的重點。在這一方面，我國也不落后，提出了“節能減排”的要求。因此，在集中供熱能耗方面的改革和技術的改進已迫在眉睫。

1 健全集中供熱管網的現實意義

換熱站作為連接熱源與用戶極為重要的環節,其設計是否合理直接關系到供熱質量。在國家的倡導和供熱企業的不斷努力下，我國城鎮供熱方式已經發生了根本性的轉變，逐漸發展為由一個或幾個熱電廠為一個城市提供熱源，市區內由換熱站采用集中供熱形式為各個小區提供熱量，這就提高了效率、降低了能耗、減少了污染。因此，做好集中供熱管網換熱站自控儀表設計更為重要。

2 換熱站熱力系統和自控系統的設計原則

2.1 換熱站熱力系統的設計原則

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，對于回收凝結水就很方便，還可以采用鍋爐房的水處理設備進行補水。此外，熱網補水還可以利用鍋爐的連續排污來進行，這樣提高了熱的利用效率和有利于管網保護。

2.1.2 若換熱器不能承受熱介質的壓力，這時就應該安裝減壓設備；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 當熱交換器內的循環水處于靜壓的狀態時，若介質水的溫度比其飽和溫度還要高時，在入口處安裝電磁閥，以確保循環水泵在不需要工作時能自動關閉。

2.1.4 熱設備自動調節系統決定了循環水的供水溫度。同時還要安裝自動調節閥，來調節一次熱介質的流量，安裝壓力表和溫度計與一次熱介質入口與循環水供回水管出入口。

2.1.5 對于建設大型換熱站，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控信號設備。

2.1.6 應在工作狀態下，熱交換器應安全有效地運行。熱交換器的臺數及單臺容量，要有利于熱負荷的調節。

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，地下室不宜設置熱交換站，而且也應該盡量避免這種情況的出現。

2.2 換熱站自控系統設計原則

公司的供熱形式為通過換熱器對集中供熱一次網用戶和二次網進行熱能交換，通過二次網絡將熱能輸送給用戶。溫度、壓力、流量等參數通過現場儀表傳感器轉換成標準的電信號，變頻器把電機的電流、轉速等信號送入PLC，PLC在熱力站控制系統中的應用是對現場儀表的數據采集和處理，還用來完成對現場的自動化設備的控制，同時可以控制變頻器的啟停及調速。觸屏作為現場的人機接口，顯示換熱站的主要參數及設備狀態，現場的操作指令也可以通過觸屏下達。換熱站自控系統設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，實現效益最大化。因此，設計一套科學而有效的工藝控制方案顯得不可或缺。

2.2.2 選用自控設備必須具備高的性能價格比，以滿足供熱系統規模及復雜程度對自控系統提出的要求。

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，選擇控制系統及配套儀表，以便于后期維護。

2.2.4 對于系統的穩定性和兼容性在整個換熱站自控系統的設計時，應必須考慮，此外，還應該把系統運行的通用性及可擴展性也作為系統設計的重要考慮事項。

3 集中供熱管網換熱站自控儀表設計

3.1 設計依據

根據國家有關規定和相關技術要求，集中供熱管網換熱站自控儀表設計主要是根據國家有關部(委)頒布的電氣自控設計規范及規定而定的，同時還要參照自來有關專業的用電資料并滿足其相關控制要求和DCS／PLC系統設計要求。

3.2 設計范圍

集中供熱管網換熱站自控儀表設計的范圍和方向主要在熱網監控調度系統設計上，這是基礎。在此基礎上還要對儀表檢測系統和數據采集控制系統進行設計，只有把這三個方面的設計做好了，才算是真正實現了換熱站自控儀表設計的目的。

3.3 熱網監控調度系統

熱網監控調度系統的組成部分包括調度中心、通訊系統、現場控制站、現場儀表及執行機構四大部分。對于調度中心來說，調度中心計算機系統通過通訊調度工作站負責與各換熱站進行通訊，采集各換熱站的重要數據，進行調度管理。

3.4 換熱站儀表及自控系統

換熱站儀表及自控系統一般隨換熱機組成套供應，換熱站主要設置以下檢測儀表：一級管網的供水流量、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

為了方便現場工作，主要設備及儀表選擇一般如下：

儀表信號傳輸要達到4InA至20InA或標準分度的標準；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控系統的原理及構成

圖1 換熱站現場監控示意圖

換熱站現場監控如圖1所示。需要監控的參數主要有一次網供回水溫度和壓力、二次網供回水壓力、溫度以及水箱水位等。循環泵和補水泵主要由變頻器根據設定的定壓點壓力進行控制,從而實現二次網供、回水壓力的自動控制。

在實際工程中，PID控制是應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制。它具有結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便的特點。當存在以下兩種情況時：一是被控對象的結構和參數不能完全掌握，二是得不到精確的數學模型，系統控制器的結構和參數必須依靠經驗和現場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。

該系統是基于現場總線技術開發的。主要包括硬件和軟件兩大部分。硬件部分主要由現場數據采集監控設備、現場數據轉換和傳輸設備、終端數據處理顯示設備三大部分組成。軟件部分主要包括兩大功能模塊:實時在線監控和網絡遠程監控。系統結構如圖2所示。

圖2 系統結構圖

結語

大規模、復雜化和多熱源將成為未來城市集中供熱網發展特點，而城市發展使對熱量的需求量也將上升。集中供熱管網換熱站自控儀表設計將通過對換熱站設備及參數的自動控制設計，提高節能管理水平和質量，降低能源損耗，降低了人們取暖的費用。

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