供熱系統(tǒng)采用微機(jī)控制與調(diào)節(jié)設(shè)備相結(jié)合的探討

　　摘　要　 熱網(wǎng)系統(tǒng)不平衡造成“近熱遠(yuǎn)冷”；采用SNI城市熱網(wǎng)控制系統(tǒng)后一次網(wǎng)的自動(dòng)控制；采用自力式流量控制閥以后二次網(wǎng)的調(diào)節(jié)，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　廊坊市開(kāi)發(fā)區(qū)熱力公司現(xiàn)擔(dān)負(fù)開(kāi)發(fā)區(qū)近150多個(gè)企事業(yè)單位、部隊(duì)及居民小區(qū)的供熱任務(wù)。熱用戶有常年生產(chǎn)用蒸汽的；有常年供生活熱水的；還有冬季供暖的，而且熱用戶也較復(fù)雜。有東方大學(xué)城、中日合資的立邦漆涂料公司、河北省經(jīng)貿(mào)洽談會(huì)的主會(huì)場(chǎng)—經(jīng)貿(mào)大廈及展廳，還有中國(guó)人民解放軍導(dǎo)彈部隊(duì)駐地等等�？傆�(jì)供暖面積約320萬(wàn)平方米。建有四個(gè)燃煤鍋爐房。其中1＃供熱站（管委會(huì)站）和3＃供熱站（大學(xué)城站）各擔(dān)負(fù)近50萬(wàn)平方米的供暖任務(wù)；2＃站為工業(yè)生產(chǎn)區(qū)站，4＃站為清華科技園站，都屬于新建供熱站。其中1＃供熱站建有兩個(gè)換熱站和5個(gè)配熱站；3＃供熱站建有3個(gè)換熱站和4個(gè)配熱站。由于開(kāi)發(fā)區(qū)規(guī)化范圍較大，而且單位又比較分散，所以造成管線較復(fù)雜，遠(yuǎn)近不一，管徑不匹配。開(kāi)始管徑都偏大，到后來(lái)有的還不夠用，使得整個(gè)熱網(wǎng)系統(tǒng)不容易控制更不好平衡。

　　1、 供熱管網(wǎng)控制與調(diào)節(jié)的重要性開(kāi)發(fā)區(qū)熱網(wǎng)剛投入運(yùn)行初期，由于是政府管理，從投資規(guī)模、運(yùn)行費(fèi)用到熱費(fèi)收繳等工作都是管委會(huì)直接操辦，也不提成本核算、經(jīng)濟(jì)分析。加之供熱負(fù)荷也較小，因此用戶不熱的現(xiàn)象也體現(xiàn)不出來(lái)。到2003年時(shí)供暖面積已達(dá)近100萬(wàn)平方米，這時(shí)從熱源到熱用戶一系列問(wèn)題全暴露出來(lái)了。首先是一次網(wǎng)熱源控制問(wèn)題，特別是到冬季，生產(chǎn)要用汽，供暖也要用汽換熱。那么蒸汽如何分配、如何平衡、又如何控制、又如何準(zhǔn)確計(jì)量等等，沒(méi)有一個(gè)合適的手段，造成生產(chǎn)、生活雙方“爭(zhēng)汽”的現(xiàn)象；再則有些用戶私自開(kāi)口接入熱源也無(wú)法掌握；特別是二次網(wǎng)，由于沒(méi)有細(xì)致的調(diào)節(jié)控制手段，造成流量分配不均，供熱管網(wǎng)存在嚴(yán)重的水平失調(diào)現(xiàn)象。近端用戶室溫過(guò)熱，而遠(yuǎn)端用戶又偏冷。如國(guó)際展覽中心距換熱站較遠(yuǎn)，又是管網(wǎng)末端而且建筑結(jié)構(gòu)又較復(fù)雜。由于前端控制的不細(xì)造成該用戶室溫始終達(dá)不到要求。天冷時(shí)還得開(kāi)空調(diào)進(jìn)行補(bǔ)充。因此如何實(shí)時(shí)觀測(cè)，掌握、控制整個(gè)系統(tǒng)從熱源到換熱站及熱用戶各點(diǎn)的運(yùn)行工況；如何發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障并能及時(shí)報(bào)警；如何發(fā)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部位供熱參數(shù)是否運(yùn)行正常，以便指導(dǎo)調(diào)度中心正確指揮運(yùn)行等等，是我們必須解決的當(dāng)務(wù)之急。

　　2、 熱網(wǎng)控制與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的建立與構(gòu)成

　　2.1 系統(tǒng)的建立目前供熱系統(tǒng)控制與調(diào)節(jié)的方法很多，但用哪種辦法更適合我單位的情況，我們進(jìn)行了多方面的調(diào)查與論證。遵照有關(guān)專家的論點(diǎn)“考慮到投資與管理，最好的系統(tǒng)應(yīng)是一次網(wǎng)微機(jī)控制和二次網(wǎng)合理使用上述調(diào)節(jié)設(shè)備的結(jié)合”。我們也采取了從鍋爐房到換熱站、分配站以及蒸汽用戶（大戶）的微機(jī)控制；而二次網(wǎng)則采用自力式流量控制閥及手動(dòng)平衡閥進(jìn)行調(diào)節(jié)的方案�；�于以上思路2004年初我們與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作安裝了“SNI城市供熱管網(wǎng)系統(tǒng)”，當(dāng)年底投入運(yùn)行。

　　2.2 系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)為兩級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，即由管理調(diào)度監(jiān)控中心和熱力站現(xiàn)場(chǎng)控制組成。調(diào)度監(jiān)控中心對(duì)熱源、熱力站、分配站、熱用戶統(tǒng)一監(jiān)測(cè)與調(diào)度。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由集散控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱DCS）和數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱SCADA）組成。通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。由于GPRS是一種新的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶提供高速無(wú)線IP.GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享。因此收集的數(shù)據(jù)可通過(guò)GPRS系統(tǒng)與公司各有關(guān)部門(mén)如公司領(lǐng)導(dǎo)、調(diào)度中心、技術(shù)部門(mén)、運(yùn)行管理部門(mén)的微機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　2.3 系統(tǒng)的功能

　　2.3.1 及時(shí)檢測(cè)參數(shù)，了解系統(tǒng)運(yùn)行工況通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)了解并掌握一次網(wǎng)系統(tǒng)（蒸汽系統(tǒng)）的熱負(fù)荷情況，各用戶或換熱站負(fù)荷的變化情況，整個(gè)系統(tǒng)溫度、壓力、流量等參數(shù)的收集，為調(diào)節(jié)控制提供基礎(chǔ)資料。

　　2.3.2 均勻調(diào)節(jié)流量、消除冷熱不均為了解決熱用戶爭(zhēng)搶熱量，造成冷熱不均的矛盾。采用就地現(xiàn)場(chǎng)控制加集中監(jiān)控“合二為一”的方案。當(dāng)供熱量變化時(shí)由調(diào)度室的中央集中控制系統(tǒng)向各熱力站統(tǒng)一發(fā)布調(diào)度指令。根據(jù)已制定的一次網(wǎng)質(zhì)調(diào)節(jié)溫控表及二次網(wǎng)設(shè)定的回水溫控曲線實(shí)現(xiàn)熱量（流量）的平均分配。

　　2.3.3 合理匹配工況、保證按需供熱利用手工操作使熱量達(dá)到平均分配是很困難的。利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)則可通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)配置供熱系統(tǒng)特性識(shí)別和工況優(yōu)化分析程序。利用前幾天供熱系統(tǒng)實(shí)測(cè)的供、回水溫度、壓力變化、流量和室外溫度，就可預(yù)測(cè)當(dāng)天的最佳運(yùn)行工況。

　　2.3.4 及時(shí)診斷故障及報(bào)警，確保安全運(yùn)行配置故障診斷專家系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)供熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的分析，對(duì)熱網(wǎng)、熱源和熱用戶中發(fā)生泄露、堵塞等故障能及時(shí)診斷，并指出故障位置，以便及時(shí)檢修。

　　2.3.5 調(diào)度控制系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度中心可根據(jù)生產(chǎn)情況，熱網(wǎng)運(yùn)行工況及時(shí)發(fā)布調(diào)度指令，指揮整個(gè)供熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　2.3.6 健全運(yùn)行檔案，實(shí)現(xiàn)量化管理建立了信息數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)各種技術(shù)資料、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)需要打印所需參數(shù)，貯存歷史數(shù)據(jù)，為技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析提供原始資料。

　　3、 一次網(wǎng)自動(dòng)控制的運(yùn)行3.1生產(chǎn)用汽的控制、調(diào)節(jié)與計(jì)量我公司的一次網(wǎng)全部為蒸汽管網(wǎng)，蒸汽有生產(chǎn)用汽也有生活用汽。到冬季供暖期時(shí)如何調(diào)整各用戶的用汽量，又如何方便準(zhǔn)確地計(jì)量。以前我們都派人反復(fù)調(diào)節(jié)各用汽單位的主控閥門(mén)，而且流量計(jì)還經(jīng)常出問(wèn)題，計(jì)量不準(zhǔn)造成熱用戶意見(jiàn)較大。微機(jī)自動(dòng)化投產(chǎn)后，調(diào)度根據(jù)各生產(chǎn)單位近兩年夏季或冬季用汽量情況，編制相應(yīng)的用汽量日耗表，根據(jù)表格畫(huà)出控制曲線。調(diào)度就可根據(jù)用汽量變化情況對(duì)各配熱站下達(dá)調(diào)度指令。各配熱站都裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可通過(guò)調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)整流量的大小。而且各配熱站及主要用汽大戶（如立邦漆）的蒸汽計(jì)量也都通過(guò)微機(jī)進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)，隨時(shí)可進(jìn)行監(jiān)控、記錄。當(dāng)用戶不用汽時(shí)調(diào)度或控制室人員可直接通過(guò)微機(jī)將這些用戶的閥門(mén)關(guān)閉。

　　3.2 生活用汽的控制、調(diào)節(jié)與計(jì)量3.2.1 生活用熱水、蒸汽的控制開(kāi)發(fā)區(qū)生活用熱水時(shí)間不盡相同。有的單位24小時(shí)不停，如貴賓樓、立邦漆、外企聯(lián)誼中心等。而普通住宅又只是每天晚上才供。據(jù)此調(diào)度編制了生活熱水用汽一覽表也編制了曲線。這些數(shù)據(jù)變化較小，因此將數(shù)據(jù)輸入微機(jī)后可自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制用汽量的大小。

　　3.2.2 生活用采暖蒸汽的控制為了保證冬季采暖期時(shí)蒸汽的供應(yīng)，我們將四個(gè)鍋爐房的蒸汽管網(wǎng)都環(huán)在了一起以便進(jìn)行互補(bǔ)。由于采暖用戶的標(biāo)準(zhǔn)不同，所以用汽量也不盡相同。如何進(jìn)行控制首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求及運(yùn)行實(shí)際。我們編制了供熱概算熱指標(biāo)。一般情況下（京津地區(qū)設(shè)計(jì)室外溫度為-9℃）。取單位熱指標(biāo)為55W/m2，亦即單位供暖建筑面積室內(nèi)外溫差為1℃時(shí)熱耗量qV＝1.89W/m2.根據(jù)qV便可求出不同室外溫度時(shí)的單位建筑面積概算熱指標(biāo)。（見(jiàn)表1）

　　根據(jù)熱負(fù)荷公式：Q＝3.6AqV便可計(jì)算出各種溫度下的熱負(fù)荷。

　　又根據(jù)蒸汽供暖熱負(fù)荷計(jì)算公式：

　　q＝Q/r×10-3（t/h）便可求得蒸汽流量。

　　上兩式中：

　　Q—熱負(fù)荷kW/h、W/m2 A—采暖建筑面積m2 qV—熱指標(biāo)W/m2 q—蒸汽流量t/h r—汽化潛熱kcal/kg（當(dāng)表壓為0.4MPa時(shí)為504.21kcal/kg）。

　　表2為1＃供熱站的南站部分。供暖面積約25.4萬(wàn)平方米。

　　每個(gè)換熱站都通過(guò)計(jì)算編制相對(duì)應(yīng)的熱負(fù)荷及流量控制表格。根據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)度可根據(jù)負(fù)荷變化情況通過(guò)微機(jī)直接指揮鍋爐房控制室及配熱站增加或減少供汽量。保證整個(gè)一次網(wǎng)的正常運(yùn)行。

　　4、二次網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)由于二次網(wǎng)范圍較大，建筑結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，有的環(huán)路上廠房、宿舍、，樓房、平房全有，因此集中調(diào)節(jié)很困難。我們采取了“分散細(xì)化調(diào)節(jié)，集中監(jiān)測(cè)控制”的辦法。

　　4.1 分散細(xì)化調(diào)節(jié)為了達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的平衡，我們?cè)谠瓉?lái)各換熱站、配熱站分區(qū)控制調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了細(xì)化控制調(diào)節(jié)。即在每個(gè)用戶的單體入戶全部安裝了流量控制閥。特別是距換熱站較近的用戶安裝的更細(xì)。按照用戶單體的性質(zhì)和類型，重新核準(zhǔn)后設(shè)定所需流量。如有些距熱源較近的臨街的商店，雖然總?cè)霊簦―N100）上有調(diào)節(jié)閥門(mén)，但由于單體較多而且面積都不大，還有的商店還不想采暖，因此我們?cè)诿總�(gè)單體入戶的立管（DN32）上全都安裝了流量控制閥。在各個(gè)單體都能調(diào)節(jié)和控制以后，二次網(wǎng)的運(yùn)行則采用質(zhì)調(diào)節(jié)的手段就方便多了。為此我們通過(guò)計(jì)算編制了二次網(wǎng)運(yùn)行曲線。

　　根據(jù)外網(wǎng)供、回水溫度計(jì)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—相對(duì)熱負(fù)荷W，Φr = （ti- to）/（ti -to′）

　　B—與散熱器及連接方式有關(guān)的系數(shù)。四柱散熱器B=0.35 ti—供暖室內(nèi)計(jì)算溫度℃to—室外溫度℃to′—供暖室外計(jì)算溫度℃t1，t2—二次網(wǎng)供、回水溫度℃t1′，t2′—二次網(wǎng)的設(shè)計(jì)供、回水溫度95/70℃在設(shè)計(jì)散熱器時(shí)，設(shè)計(jì)人員通常采用設(shè)計(jì)供、回水溫度為95℃/70℃。但在最終確定散熱器的面積時(shí)通常有15—20%的余量。因而散熱器的溫度與室溫的實(shí)際溫差比設(shè)計(jì)溫度低15—20%也能滿足需要。也即供水溫度在76℃�；厮疁囟�56℃時(shí)更能反映實(shí)際運(yùn)行情況。因此根據(jù)以上公式計(jì)算結(jié)果如下表。

　　根據(jù)以上表格繪制了溫控曲線。

　　4.2 集中調(diào)度控制一次網(wǎng)有熱負(fù)荷控制表，二次網(wǎng)有溫控曲線，二次網(wǎng)單體又都安裝了完善的調(diào)節(jié)設(shè)備，而且二次網(wǎng)的循環(huán)泵又都是變頻控制，調(diào)度就可利用微機(jī)統(tǒng)一下達(dá)運(yùn)行指令，各換熱站及配熱站都可很方便地調(diào)整自已的運(yùn)行狀態(tài)。

　　5、運(yùn)行效果及設(shè)想自2004年冬季我們采用以上方法運(yùn)行以后，效果很好，首先是冬季用汽量大時(shí)原有用戶都沒(méi)有爭(zhēng)搶汽源的現(xiàn)象了，而且由于蒸汽計(jì)量雙方都可見(jiàn)到有據(jù)可查，也就不相互說(shuō)不清了；再則無(wú)論哪個(gè)換熱站出現(xiàn)問(wèn)題（如換熱器堵塞、流量變化等）都可通過(guò)微機(jī)及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)解決；同時(shí)二次網(wǎng)進(jìn)行了調(diào)節(jié)使整個(gè)系統(tǒng)流量分配更加均衡。消除了“近熱遠(yuǎn)冷”的現(xiàn)象。同時(shí)1＃站的南北換熱站各節(jié)省了一臺(tái)循環(huán)泵。從2005年4月份統(tǒng)計(jì)報(bào)表與往年對(duì)比單位煤耗（標(biāo)煤）從原來(lái)的32.6kg/m2·a下降到29.2kg/m2·a；水耗從原來(lái)的225kg/m2·a下降到175kg/m2·a；電耗從原來(lái)的7.65kw·h/m2·a下降到6.25kw·h/m2·a.收費(fèi)率也達(dá)到了95%以上。

　　在今后的運(yùn)行中我們還需解決好如下幾方面的問(wèn)題：

　　1、進(jìn)一步完善一次網(wǎng)的微機(jī)控制系統(tǒng)。這套系統(tǒng)由于是第一年運(yùn)行，因此還存在一些問(wèn)題。如鍋爐燃燒的自控如何與換熱站熱負(fù)荷變化相匹配的問(wèn)題。

　　2、自控系統(tǒng)切換為手動(dòng)控制的時(shí)機(jī)，安全運(yùn)行等問(wèn)題。

　　3、在一次網(wǎng)自控基礎(chǔ)上如何與二次網(wǎng)自控相匹配的問(wèn)題。

　　4、 分戶熱計(jì)量以后整個(gè)系統(tǒng)的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)測(cè)、運(yùn)行等問(wèn)題。

　　總之我們認(rèn)為一次網(wǎng)的控制及二次網(wǎng)的細(xì)化調(diào)節(jié)是目前大面積供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)平衡的較為有效的手段。