供热系统采用微机控制与调节设备相结合的探讨

　　供热系统采用微机控制与调节设备相结合的探讨
　　摘　要　 热网系统不平衡造成“近热远冷”；采用SNI城市热网控制系统后一次网的自动控制；采用自力式流量控制阀以后二次网的调节，从而保证整个系统的正常运行。
　　廊坊市开发区热力公司现担负开发区近150多个企事业单位、部队及居民小区的供热任务。热用户有常年生产用蒸汽的；有常年供生活热水的；还有冬季供暖的，而且热用户也较复杂。有东方大学城、中日合资的立邦漆涂料公司、河北省经贸洽谈会的主会场—经贸大厦及展厅，还有中国人民解放军导弹部队驻地等等。总计供暖面积约320万平方米。建有四个燃煤锅炉房。其中1＃供热站（管委会站）和3＃供热站（大学城站）各担负近50万平方米的供暖任务；2＃站为工业生产区站，4＃站为清华科技园站，都属于新建供热站。其中1＃供热站建有两个换热站和5个配热站；3＃供热站建有3个换热站和4个配热站。由于开发区规化范围较大，而且单位又比较分散，所以造成管线较复杂，远近不一，管径不匹配。开始管径都偏大，到后来有的还不够用，使得整个热网系统不容易控制更不好平衡。
　　1、 供热管网控制与调节的重要性开发区热网刚投入运行初期，由于是政府管理，从投资规模、运行费用到热费收缴等工作都是管委会直接操办，也不提成本核算、经济分析。加之供热负荷也较小，因此用户不热的现象也体现不出来。到2003年时供暖面积已达近100万平方米，这时从热源到热用户一系列问题全暴露出来了。首先是一次网热源控制问题，特别是到冬季，生产要用汽，供暖也要用汽换热。那么蒸汽如何分配、如何平衡、又如何控制、又如何准确计量等等，没有一个合适的手段，造成生产、生活双方“争汽”的现象；再则有些用户私自开口接入热源也无法掌握；特别是二次网，由于没有细致的调节控制手段，造成流量分配不均，供热管网存在严重的水平失调现象。近端用户室温过热，而远端用户又偏冷。如国际展览中心距换热站较远，又是管网末端而且建筑结构又较复杂。由于前端控制的不细造成该用户室温始终达不到要求。天冷时还得开空调进行补充。因此如何实时观测，掌握、控制整个系统从热源到换热站及热用户各点的运行工况；如何发现系统故障并能及时报警；如何发现整个系统各个部位供热参数是否运行正常，以便指导调度中心正确指挥运行等等，是我们必须解决的当务之急。
　　2、 热网控制与调节系统的建立与构成
　　2.1 系统的建立目前供热系统控制与调节的方法很多，但用哪种办法更适合我单位的情况，我们进行了多方面的调查与论证。遵照有关专家的论点“考虑到投资与管理，最好的系统应是一次网微机控制和二次网合理使用上述调节设备的结合”。我们也采取了从锅炉房到换热站、分配站以及蒸汽用户（大户）的微机控制；而二次网则采用自力式流量控制阀及手动平衡阀进行调节的方案。基于以上思路2004年初我们与哈尔滨工业大学合作安装了“SNI城市供热管网系统”，当年底投入运行。
　　2.2 系统的构成系统为两级分布式结构，即由管理调度监控中心和热力站现场控制组成。调度监控中心对热源、热力站、分配站、热用户统一监测与调度。整个监控系统由集散控制系统（简称DCS）和数据采集监控系统（简称SCADA）组成。通过GPRS网络系统进行数据的传输。由于GPRS是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP.GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享。因此收集的数据可通过GPRS系统与公司各有关部门如公司领导、调度中心、技术部门、运行管理部门的微机进行联网，可进行实时监控。
　　2.3 系统的功能
　　2.3.1 及时检测参数，了解系统运行工况通过网络系统了解并掌握一次网系统（蒸汽系统）的热负荷情况，各用户或换热站负荷的变化情况，整个系统温度、压力、流量等参数的收集，为调节控制提供基础资料。
　　2.3.2 均匀调节流量、消除冷热不均为了解决热用户争抢热量，造成冷热不均的矛盾。采用就地现场控制加集中监控“合二为一”的方案。当供热量变化时由调度室的中央集中控制系统向各热力站统一发布调度指令。根据已制定的一次网质调节温控表及二次网设定的回水温控曲线实现热量（流量）的平均分配。
　　2.3.3 合理匹配工况、保证按需供热利用手工操作使热量达到平均分配是很困难的。利用计算机自动控制系统则可通过软件开发配置供热系统特性识别和工况优化分析程序。利用前几天供热系统实测的供、回水温度、压力变化、流量和室外温度，就可预测当天的最佳运行工况。
　　2.3.4 及时诊断故障及报警，确保安全运行配置故障诊断专家系统，通过对供热系统运行参数的分析，对热网、热源和热用户中发生泄露、堵塞等故障能及时诊断，并指出故障位置，以便及时检修。
　　2.3.5 调度控制系统生产调度中心可根据生产情况，热网运行工况及时发布调度指令，指挥整个供热系统的正常运行。
　　2.3.6 健全运行档案，实现量化管理建立了信息数据库，对各种技术资料、运行数据进行分析，并根据需要打印所需参数，贮存历史数据，为技术经济分析提供原始资料。
　　3、 一次网自动控制的运行3.1生产用汽的控制、调节与计量我公司的一次网全部为蒸汽管网，蒸汽有生产用汽也有生活用汽。到冬季供暖期时如何调整各用户的用汽量，又如何方便准确地计量。以前我们都派人反复调节各用汽单位的主控阀门，而且流量计还经常出问题，计量不准造成热用户意见较大。微机自动化投产后，调度根据各生产单位近两年夏季或冬季用汽量情况，编制相应的用汽量日耗表，根据表格画出控制曲线。调度就可根据用汽量变化情况对各配热站下达调度指令。各配热站都装有电动调节阀，可通过调节阀来调整流量的大小。而且各配热站及主要用汽大户（如立邦漆）的蒸汽计量也都通过微机进行了联网，随时可进行监控、记录。当用户不用汽时调度或控制室人员可直接通过微机将这些用户的阀门关闭。
　　3.2 生活用汽的控制、调节与计量3.2.1 生活用热水、蒸汽的控制开发区生活用热水时间不尽相同。有的单位24小时不停，如贵宾楼、立邦漆、外企联谊中心等。而普通住宅又只是每天晚上才供。据此调度编制了生活热水用汽一览表也编制了曲线。这些数据变化较小，因此将数据输入微机后可自动进行调节控制用汽量的大小。
　　3.2.2 生活用采暖蒸汽的控制为了保证冬季采暖期时蒸汽的供应，我们将四个锅炉房的蒸汽管网都环在了一起以便进行互补。由于采暖用户的标准不同，所以用汽量也不尽相同。如何进行控制首先根据设计要求及运行实际。我们编制了供热概算热指标。一般情况下（京津地区设计室外温度为-9℃）。取单位热指标为55W/m2，亦即单位供暖建筑面积室内外温差为1℃时热耗量qV＝1.89W/m2.根据qV便可求出不同室外温度时的单位建筑面积概算热指标。（见表1）
　　根据热负荷公式：Q＝3.6AqV便可计算出各种温度下的热负荷。
　　又根据蒸汽供暖热负荷计算公式：
　　q＝Q/r×10-3（t/h）便可求得蒸汽流量。
　　上两式中：
　　Q—热负荷kW/h、W/m2 A—采暖建筑面积m2 qV—热指标W/m2 q—蒸汽流量t/h r—汽化潜热kcal/kg（当表压为0.4MPa时为504.21kcal/kg）。
　　表2为1＃供热站的南站部分。供暖面积约25.4万平方米。
　　每个换热站都通过计算编制相对应的热负荷及流量控制表格。根据这些数据调度可根据负荷变化情况通过微机直接指挥锅炉房控制室及配热站增加或减少供汽量。保证整个一次网的正常运行。
　　4、二次网系统的调节由于二次网范围较大，建筑结构也较复杂，有的环路上厂房、宿舍、，楼房、平房全有，因此集中调节很困难。我们采取了“分散细化调节，集中监测控制”的办法。
　　4.1 分散细化调节为了达到整个系统的平衡，我们在原来各换热站、配热站分区控制调节的基础上，进行了细化控制调节。即在每个用户的单体入户全部安装了流量控制阀。特别是距换热站较近的用户安装的更细。按照用户单体的性质和类型，重新核准后设定所需流量。如有些距热源较近的临街的商店，虽然总入户（DN100）上有调节阀门，但由于单体较多而且面积都不大，还有的商店还不想采暖，因此我们在每个单体入户的立管（DN32）上全都安装了流量控制阀。在各个单体都能调节和控制以后，二次网的运行则采用质调节的手段就方便多了。为此我们通过计算编制了二次网运行曲线。
　　根据外网供、回水温度计算公式：
　　t1=ti+0.5（t1′+t2′-2ti）Φr1/（1+B）+0.5（t1′-t2′）Φr t2=ti+0.5（t1′+t2′-2ti）Φr1/（1+B）-0.5（t1′-t2′）Φr式中：Φr—相对热负荷W，Φr = （ti- to）/（ti -to′）
　　B—与散热器及连接方式有关的系数。四柱散热器B=0.35 ti—供暖室内计算温度℃to—室外温度℃to′—供暖室外计算温度℃t1，t2—二次网供、回水温度℃t1′，t2′—二次网的设计供、回水温度95/70℃在设计散热器时，设计人员通常采用设计供、回水温度为95℃/70℃。但在最终确定散热器的面积时通常有15—20%的余量。因而散热器的温度与室温的实际温差比设计温度低15—20%也能满足需要。也即供水温度在76℃。回水温度56℃时更能反映实际运行情况。因此根据以上公式计算结果如下表。
　　根据以上表格绘制了温控曲线。
　　4.2 集中调度控制一次网有热负荷控制表，二次网有温控曲线，二次网单体又都安装了完善的调节设备，而且二次网的循环泵又都是变频控制，调度就可利用微机统一下达运行指令，各换热站及配热站都可很方便地调整自已的运行状态。
　　5、运行效果及设想自2004年冬季我们采用以上方法运行以后，效果很好，首先是冬季用汽量大时原有用户都没有争抢汽源的现象了，而且由于蒸汽计量双方都可见到有据可查，也就不相互说不清了；再则无论哪个换热站出现问题（如换热器堵塞、流量变化等）都可通过微机及时发现及时解决；同时二次网进行了调节使整个系统流量分配更加均衡。消除了“近热远冷”的现象。同时1＃站的南北换热站各节省了一台循环泵。从2005年4月份统计报表与往年对比单位煤耗（标煤）从原来的32.6kg/m2·a下降到29.2kg/m2·a；水耗从原来的225kg/m2·a下降到175kg/m2·a；电耗从原来的7.65kw·h/m2·a下降到6.25kw·h/m2·a.收费率也达到了95%以上。
　　在今后的运行中我们还需解决好如下几方面的问题：
　　1、进一步完善一次网的微机控制系统。这套系统由于是第一年运行，因此还存在一些问题。如锅炉燃烧的自控如何与换热站热负荷变化相匹配的问题。
　　2、自控系统切换为手动控制的时机，安全运行等问题。
　　3、在一次网自控基础上如何与二次网自控相匹配的问题。
　　4、 分户热计量以后整个系统的控制、调节、监测、运行等问题。
　　总之我们认为一次网的控制及二次网的细化调节是目前大面积供热系统热网平衡的较为有效的手段。