直供管網(wǎng)的微機監(jiān)控系統(tǒng)
來源：北京瑞斯派克儀器儀表科技發(fā)展中心 閱讀：2337 更新時間：2009-07-02 10:12| 詳細信息 | |||||
| 項目名稱 | 直供管網(wǎng)的微機監(jiān)控系統(tǒng) | ||||
| 建設(shè)地點 | 建設(shè)起始時間 | 建設(shè)結(jié)束時間 | |||
| 建設(shè)性質(zhì) | 新建 | 工程投資 | 廢水性質(zhì) | ||
| 處理規(guī)模 | 進水水質(zhì) | 出水水質(zhì) | |||
| 處理工藝 | 運行費用 | 承包范圍 | |||
工程說明
1. 概述
榮成市直供熱水管網(wǎng)以熱電廠為熱源，總供熱面積達70余萬平米。熱水網(wǎng)供熱型式為直連供熱，共有大大小小建筑物約3000多個。主干線可分為東線、中線和西線，管網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)
平面圖如圖1所示：
實際運行調(diào)節(jié)表明，該直供水網(wǎng)的特性如下：
1） 建筑物數(shù)量多，管網(wǎng)調(diào)節(jié)難度極大
雖然熱水網(wǎng)總供熱面積只有70萬平米，但直供水網(wǎng)中建筑物總個數(shù)即達3000多個，建筑物入口數(shù)量更多，運行中需要調(diào)節(jié)的閥門眾多，加之熱網(wǎng)大慣性、大耦合、穩(wěn)定性差等特點，使得管網(wǎng)調(diào)節(jié)難度很大，技術(shù)含量要求高，管理也較為困難。
2） 部分管道管徑不合理，導致閥門調(diào)節(jié)性能差
由于歷史形成、供熱負荷發(fā)展與規(guī)劃預期發(fā)生偏差等各種因素，管網(wǎng)中部分管道管徑并不合理。管道管徑偏大的閥門，即使閥門關(guān)閉到很小，甚至引起水流的哨叫聲，仍然無法將流量限制到預期值。而當部分水流動的不利區(qū)域中存在管徑較小的情況時，即使做出很大努力進行調(diào)節(jié)，仍然無法將流量增到預期值。
3） 散熱器換熱性能欠佳，管網(wǎng)供回水溫差小、流量大
該直供水網(wǎng)由蒸汽管網(wǎng)逐年改造形成，建筑物中的散熱器采用的蒸汽散熱器在熱水管網(wǎng)中散熱性能欠佳，須采用大流量的運行方式方能有效緩解建筑物中垂直失調(diào)現(xiàn)象。
2. 問題的提出
由于管網(wǎng)實際情況復雜、建筑物數(shù)量眾多，這給管網(wǎng)的運行帶來了很大的難度。運行人員采用分級調(diào)節(jié)壓力的方法進行管網(wǎng)調(diào)節(jié)，將管網(wǎng)上閥門分為五級：
1） 一級閥門（首站總供回水閥門）
2） 二級閥門（主干線供回水閥門）
3） 三級閥門（支干線供回水閥門）
4） 四級閥門（小區(qū)入口閥門）
5） 五級閥門（建筑入口閥門）
近五年來，管網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括供熱面積、各級管道管徑均未發(fā)生較大的變化，故運行人員根據(jù)多年來的運行經(jīng)驗，給出了一級至三級閥門（約50余個）的前后壓力，每當供熱初調(diào)節(jié)時，先調(diào)節(jié)這些閥門使其閥后壓力達預期值，后根據(jù)管網(wǎng)實際運行情況和用戶投訴量細調(diào)四級、五級閥門。當四級、五級閥門調(diào)節(jié)無法解決供熱不熱問題時，再逐次提升閥門調(diào)節(jié)的級數(shù)。
這種運行調(diào)節(jié)方式雖是一種實際可操作、相對較為簡單的運行調(diào)節(jié)方式，但在實際運行中也凸顯了如下幾個弊端：
1） 水平失調(diào)和垂直失調(diào)現(xiàn)象仍較為普遍
熱網(wǎng)運行調(diào)節(jié)沒有完全到位，近端回水溫度高、溫差小而過熱，遠端回水溫度低、溫差大而較冷，且垂直失調(diào)現(xiàn)象較為嚴重。根據(jù)管網(wǎng)實際運行數(shù)據(jù)，直供水網(wǎng)管網(wǎng)水平失調(diào)度約為18%，水平失調(diào)較為嚴重，而位于管網(wǎng)遠端的建筑物由于流量不足，垂直失調(diào)的情況也較為嚴重。［1］
2） 限制了供熱管網(wǎng)的進一步發(fā)展
當管網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化時，如供熱面積大幅度增長、主干線或支干線管徑變化時，運行人員所摸索的經(jīng)驗數(shù)值將不再適用于新的管網(wǎng)，加之熱電聯(lián)產(chǎn)的熱源供熱量并不充足，管網(wǎng)水平和垂直失調(diào)的現(xiàn)象仍較為嚴重，這些因素均成為熱力公司擴大直供水網(wǎng)供熱面積、促進供熱管網(wǎng)進一步發(fā)展的瓶頸。
3. 微機監(jiān)控系統(tǒng)
追求熱力工況穩(wěn)定，既不發(fā)生水平失調(diào)，也不出現(xiàn)垂直失調(diào)，使得各供熱房間室溫均勻一致，是供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)的重要目標。在集中供熱管網(wǎng)中增設(shè)微機監(jiān)控系統(tǒng)、實施熱網(wǎng)均勻性調(diào)節(jié)控制方法已成為解決管網(wǎng)水平失調(diào)、節(jié)約一次能源的有效方法，通過微機監(jiān)控系統(tǒng)，可將管網(wǎng)水平失調(diào)度降低到5%以內(nèi)，節(jié)能率可達10%以上。目前在間連水網(wǎng)中增設(shè)微機監(jiān)控系統(tǒng)是一項比較成熟的技術(shù)，但在直供水網(wǎng)中有效建立微機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)管網(wǎng)自動運行調(diào)節(jié)的工程案例并不多。
在間供管網(wǎng)中，通過換熱站將集中供熱系統(tǒng)劃分為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)系統(tǒng)，一次網(wǎng)和二次網(wǎng)在水力工況上相互獨立［2］。微機監(jiān)控系統(tǒng)則通過熱力站一次網(wǎng)供回水管道上的電動調(diào)節(jié)閥的自動控制實現(xiàn)各熱力站供熱效果基本相同來保持熱力基本平衡。
在直供管網(wǎng)中，可借鑒間供水網(wǎng)微機監(jiān)控系統(tǒng)的思路，通過建立直供站的方法將系統(tǒng)劃分為若干供熱區(qū)，通過電動調(diào)節(jié)閥的自動控制保持各供熱區(qū)之間供熱效果基本相同。但如下幾個問題需進行重點考慮：
1） 系統(tǒng)基本控制方案問題；
2） 直供站數(shù)量、選址和建設(shè)問題
3） 電動調(diào)節(jié)閥的選型問題
本文結(jié)合以上三個問題，簡單分析了直供管網(wǎng)微機監(jiān)控系統(tǒng)的特點。
3.1 均勻性調(diào)節(jié)的基本控制方案和調(diào)節(jié)方法
由于熱網(wǎng)從整體上屬于大慣性、長時滯、非線性，且存在耦合的多輸入－多輸出系統(tǒng)；谝延械目刂品椒，直接實現(xiàn)這樣一個系統(tǒng)的單回路死循環(huán)控制是十分困難的［3］。對于榮成市集中供熱系統(tǒng)的管理模式，在近期采用按面積收費時熱網(wǎng)應(yīng)采用均勻性調(diào)節(jié)。由穩(wěn)態(tài)下的熱平衡方程可以得到，散熱器向房間傳熱應(yīng)與房間向室外的傳熱量相同，由此可知測各直供監(jiān)控站點供回水平均溫度基本上反映了該直供監(jiān)控站點所負責建筑的平均室溫，如果將各個直供監(jiān)控站點的供回水平均溫度調(diào)為一致，則可以近似認為采暖房間的室溫是彼此均勻的？杀ＷC各直供監(jiān)控站點間的均勻供熱，避免由于冷熱不均、為了保證偏冷用戶達到要求而造成過熱用戶的浪費。
這種均勻調(diào)節(jié)一般不會導致系統(tǒng)振蕩。由于各直供監(jiān)控站點所帶的供熱面積不會經(jīng)常改變，并且各建筑物的負荷主要由外溫所決定，因此隨外溫變化各直供監(jiān)控站點的熱負荷同步升高或降低，各直供監(jiān)控站點間熱負荷之比基本不變。因此，系統(tǒng)一旦調(diào)節(jié)均勻，就基本能夠保持，不需要隨溫度變化進行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定運行［4］。
隨著外溫的變化，為保證供熱效果，熱源需統(tǒng)一進行調(diào)節(jié)，這時可以隨外溫降低而升高供水溫度，也可提高總的循環(huán)流量。無論采用哪種方式，都是全面地升高或降低各直供監(jiān)控站點的采暖效果，不會改變其均勻性。只有當個別直供監(jiān)控站點后管網(wǎng)發(fā)生變化，新增添或關(guān)閉一些用戶，庭院管網(wǎng)做某種調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換等，才需要對相應(yīng)直供監(jiān)控站點及相鄰幾個直供監(jiān)控站點的供水閥進行調(diào)節(jié)。均勻性調(diào)節(jié)可將熱網(wǎng)的調(diào)節(jié)與熱源的調(diào)節(jié)分為兩個獨立環(huán)節(jié)分別單獨進行，相互之間基本互不干擾。
3.2 直供站的數(shù)量和選址
在直供水網(wǎng)中，最理想的控制系統(tǒng)是在每個建筑入口設(shè)置控制子站，自動實現(xiàn)所有建筑之間的基本熱力平衡，系統(tǒng)的節(jié)能效果最好，同時可完全取代的運行人員的日常調(diào)節(jié)工作，但由此帶來的問題是投資過大，對榮成直供水網(wǎng)也存在著同樣的問題。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析，初投資、節(jié)能效果均隨直供站數(shù)量的增加而增加，但系統(tǒng)靜態(tài)投資回收年限則隨直供站數(shù)量的增加而有先下降后上升的過程。如下圖所示：
如圖中所示，在直供站數(shù)量約為20－30個時，系統(tǒng)靜態(tài)投資回收年限最小，而在工程實際中，微機監(jiān)控系統(tǒng)的直供站數(shù)量最終選為28個。各直供站的供熱面積大于1萬平米，小于5萬平米。如此各直供站內(nèi)建筑數(shù)量在5－15個左右，減少了直供站內(nèi)運行人員的調(diào)節(jié)工作量。部分直供站選址圖如圖4所示。
3.3 直供站的建設(shè)
為實施管網(wǎng)監(jiān)控工程，需在管道地面上或者閥門井半地面上建設(shè)直供站，該直供站要求能容納電動調(diào)節(jié)閥、控制柜體、壓力、溫度等傳感器和變送器，并能比較方便進行設(shè)備安裝和檢修，并具備一定的防水、防塵和防盜的能力，考慮榮成集中供熱的實際情況，采用了柜體形式。
3.4 電動調(diào)節(jié)閥的選擇
在集中供熱系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)中，電動調(diào)節(jié)閥是最重要的設(shè)備之一，由它們來控制各直供站的溫度，電動調(diào)節(jié)閥的選型不僅會影響系統(tǒng)的投資，而且還會影響控制效果。在選擇調(diào)節(jié)閥口徑時須考慮讓電動調(diào)節(jié)閥工作在其調(diào)節(jié)性能較好的開度范圍內(nèi)，同時保證閥門不發(fā)生水擊或氣蝕。根據(jù)供熱系統(tǒng)的管網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)和設(shè)計流量進行水力計算，計算出各環(huán)路的剩余資用壓頭，從剩余資用壓頭中減去站內(nèi)預留資用壓頭，余下的剩余資用壓頭即為需用閥門消耗掉壓頭。根據(jù)此原則可得出電動調(diào)節(jié)閥口徑表如表1所示。
從表中可看出，絕大部分直供站電動調(diào)節(jié)閥縮徑很大，最多的從250縮至65，但也有個別站采用與管道同管徑的調(diào)節(jié)閥。如此通過水力計算選出的電動調(diào)節(jié)閥既有效減少了投資，同時保證了電動調(diào)節(jié)閥工作在其調(diào)節(jié)性能較好的開度范圍內(nèi)進行可靠的工作。
4. 實際運行效果
對于城市集中供熱系統(tǒng)通過采用微機監(jiān)控、調(diào)度系統(tǒng)，可以及時、準確地控制和調(diào)節(jié)熱網(wǎng)的運行參數(shù)，在滿足熱網(wǎng)中各用戶的室內(nèi)溫度18±2℃的前提下，達到最大限度的節(jié)能效果，提高供熱系統(tǒng)的供熱能力，減少污染物的排放。
在微機監(jiān)控系統(tǒng)投入運行后，通過對電動調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)了最合理、最及時的調(diào)節(jié)，從而避免了人工調(diào)節(jié)在時間上的滯后性和對經(jīng)驗的依賴性。在通過采用微機監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)各直供站的熱力工況平衡后，獲得了15%的擴供能力，消除了大部分低溫不熱戶；通過實現(xiàn)熱源的氣溫補償調(diào)節(jié)節(jié)能15%以上。
5. 小結(jié)
本文結(jié)合榮成直供水網(wǎng)微機監(jiān)控系統(tǒng)的工程實例，介紹了直供管網(wǎng)微機監(jiān)控系統(tǒng)的控制方案、直供站的選址和建設(shè)、電動調(diào)節(jié)閥的選型計算中的特點，并列舉了該工程實例所取得的節(jié)能效果.
