直供管網的微機監控系統
來源：北京瑞斯派克儀器儀表科技發展中心 閱讀：2451 更新時間：2009-07-02 10:12| 詳細信息 | |||||
| 項目名稱 | 直供管網的微機監控系統 | ||||
| 建設地點 | 建設起始時間 | 建設結束時間 | |||
| 建設性質 | 新建 | 工程投資 | 廢水性質 | ||
| 處理規模 | 進水水質 | 出水水質 | |||
| 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以熱電廠為熱源，總供熱面積達70余萬平米。熱水網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，管網拓撲結構
平面圖如圖1所示：
實際運行調節表明，該直供水網的特性如下：
1） 建筑物數量多，管網調節難度極大
雖然熱水網總供熱面積只有70萬平米，但直供水網中建筑物總個數即達3000多個，建筑物入口數量更多，運行中需要調節的閥門眾多，加之熱網大慣性、大耦合、穩定性差等特點，使得管網調節難度很大，技術含量要求高，管理也較為困難。
2） 部分管道管徑不合理，導致閥門調節性能差
由于歷史形成、供熱負荷發展與規劃預期發生偏差等各種因素，管網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域中存在管徑較小的情況時，即使做出很大努力進行調節，仍然無法將流量增到預期值。
3） 散熱器換熱性能欠佳，管網供回水溫差小、流量大
該直供水網由蒸汽管網逐年改造形成，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現象。
2. 問題的提出
由于管網實際情況復雜、建筑物數量眾多，這給管網的運行帶來了很大的難度。運行人員采用分級調節壓力的方法進行管網調節，將管網上閥門分為五級：
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（小區入口閥門）
5） 五級閥門（建筑入口閥門）
近五年來，管網結構包括供熱面積、各級管道管徑均未發生較大的變化，故運行人員根據多年來的運行經驗，給出了一級至三級閥門（約50余個）的前后壓力，每當供熱初調節時，先調節這些閥門使其閥后壓力達預期值，后根據管網實際運行情況和用戶投訴量細調四級、五級閥門。當四級、五級閥門調節無法解決供熱不熱問題時，再逐次提升閥門調節的級數。
這種運行調節方式雖是一種實際可操作、相對較為簡單的運行調節方式，但在實際運行中也凸顯了如下幾個弊端：
1） 水平失調和垂直失調現象仍較為普遍
熱網運行調節沒有完全到位，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，且垂直失調現象較為嚴重。根據管網實際運行數據，直供水網管網水平失調度約為18%，水平失調較為嚴重，而位于管網遠端的建筑物由于流量不足，垂直失調的情況也較為嚴重。［1］
2） 限制了供熱管網的進一步發展
當管網結構發生較大變化時，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驗數值將不再適用于新的管網，加之熱電聯產的熱源供熱量并不充足，管網水平和垂直失調的現象仍較為嚴重，這些因素均成為熱力公司擴大直供水網供熱面積、促進供熱管網進一步發展的瓶頸。
3. 微機監控系統
追求熱力工況穩定，既不發生水平失調，也不出現垂直失調，使得各供熱房間室溫均勻一致，是供熱系統運行調節的重要目標。在集中供熱管網中增設微機監控系統、實施熱網均勻性調節控制方法已成為解決管網水平失調、節約一次能源的有效方法，通過微機監控系統，可將管網水平失調度降低到5%以內，節能率可達10%以上。目前在間連水網中增設微機監控系統是一項比較成熟的技術，但在直供水網中有效建立微機監控系統，實現管網自動運行調節的工程案例并不多。
在間供管網中，通過換熱站將集中供熱系統劃分為一次網和二次網系統，一次網和二次網在水力工況上相互獨立［2］。微機監控系統則通過熱力站一次網供回水管道上的電動調節閥的自動控制實現各熱力站供熱效果基本相同來保持熱力基本平衡。
在直供管網中，可借鑒間供水網微機監控系統的思路，通過建立直供站的方法將系統劃分為若干供熱區，通過電動調節閥的自動控制保持各供熱區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） 系統基本控制方案問題；
2） 直供站數量、選址和建設問題
3） 電動調節閥的選型問題
本文結合以上三個問題，簡單分析了直供管網微機監控系統的特點。
3.1 均勻性調節的基本控制方案和調節方法
由于熱網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。基于已有的控制方法，直接實現這樣一個系統的單回路死循環控制是十分困難的［3］。對于榮成市集中供熱系統的管理模式，在近期采用按面積收費時熱網應采用均勻性調節。由穩態下的熱平衡方程可以得到，散熱器向房間傳熱應與房間向室外的傳熱量相同，由此可知測各直供監控站點供回水平均溫度基本上反映了該直供監控站點所負責建筑的平均室溫，如果將各個直供監控站點的供回水平均溫度調為一致，則可以近似認為采暖房間的室溫是彼此均勻的。可保證各直供監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。
這種均勻調節一般不會導致系統振蕩。由于各直供監控站點所帶的供熱面積不會經常改變，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控站點的熱負荷同步升高或降低，各直供監控站點間熱負荷之比基本不變。因此，系統一旦調節均勻，就基本能夠保持，不需要隨溫度變化進行調節，系統可以長期穩定運行［4］。
隨著外溫的變化，為保證供熱效果，熱源需統一進行調節，這時可以隨外溫降低而升高供水溫度，也可提高總的循環流量。無論采用哪種方式，都是全面地升高或降低各直供監控站點的采暖效果，不會改變其均勻性。只有當個別直供監控站點后管網發生變化，新增添或關閉一些用戶，庭院管網做某種調節和轉換等，才需要對相應直供監控站點及相鄰幾個直供監控站點的供水閥進行調節。均勻性調節可將熱網的調節與熱源的調節分為兩個獨立環節分別單獨進行，相互之間基本互不干擾。
3.2 直供站的數量和選址
在直供水網中，最理想的控制系統是在每個建筑入口設置控制子站，自動實現所有建筑之間的基本熱力平衡，系統的節能效果最好，同時可完全取代的運行人員的日常調節工作，但由此帶來的問題是投資過大，對榮成直供水網也存在著同樣的問題。經技術經濟分析，初投資、節能效果均隨直供站數量的增加而增加，但系統靜態投資回收年限則隨直供站數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，在直供站數量約為20－30個時，系統靜態投資回收年限最小，而在工程實際中，微機監控系統的直供站數量最終選為28個。各直供站的供熱面積大于1萬平米，小于5萬平米。如此各直供站內建筑數量在5－15個左右，減少了直供站內運行人員的調節工作量。部分直供站選址圖如圖4所示。
3.3 直供站的建設
為實施管網監控工程，需在管道地面上或者閥門井半地面上建設直供站，該直供站要求能容納電動調節閥、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 電動調節閥的選擇
在集中供熱系統的自動控制系統中，電動調節閥是最重要的設備之一，由它們來控制各直供站的溫度，電動調節閥的選型不僅會影響系統的投資，而且還會影響控制效果。在選擇調節閥口徑時須考慮讓電動調節閥工作在其調節性能較好的開度范圍內，同時保證閥門不發生水擊或氣蝕。根據供熱系統的管網拓撲結構和設計流量進行水力計算，計算出各環路的剩余資用壓頭，從剩余資用壓頭中減去站內預留資用壓頭，余下的剩余資用壓頭即為需用閥門消耗掉壓頭。根據此原則可得出電動調節閥口徑表如表1所示。
從表中可看出，絕大部分直供站電動調節閥縮徑很大，最多的從250縮至65，但也有個別站采用與管道同管徑的調節閥。如此通過水力計算選出的電動調節閥既有效減少了投資，同時保證了電動調節閥工作在其調節性能較好的開度范圍內進行可靠的工作。
4. 實際運行效果
對于城市集中供熱系統通過采用微機監控、調度系統，可以及時、準確地控制和調節熱網的運行參數，在滿足熱網中各用戶的室內溫度18±2℃的前提下，達到最大限度的節能效果，提高供熱系統的供熱能力，減少污染物的排放。
在微機監控系統投入運行后，通過對電動調節閥實現了最合理、最及時的調節，從而避免了人工調節在時間上的滯后性和對經驗的依賴性。在通過采用微機監控調度系統實現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；通過實現熱源的氣溫補償調節節能15%以上。
5. 小結
本文結合榮成直供水網微機監控系統的工程實例，介紹了直供管網微機監控系統的控制方案、直供站的選址和建設、電動調節閥的選型計算中的特點，并列舉了該工程實例所取得的節能效果.
