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胜利油田集中供热无人值守换热站运行调节问题及经济效益分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-11-07  来源:胜利油田热电联供中心胜中热力大队   作者: 朱铁军 邱春雨  浏览次数:271
核心提示:胜利油田集中供热系统已平稳运行几个采暖季,带来了可观的经济效益和社会效益,而集中供热自控系统的可靠运行是整个供热系统安全
胜利油田集中供热系统已平稳运行几个采暖季,带来了可观的经济效益和社会效益,而集中供热自控系统的可靠运行是整个供热系统安全、经济运行的前提;由于该系统大面积采用附加压力和附加阻力相结合的水力平衡技术,该技术虽有利于节电,但增加了自动调节中振荡的概率和幅度,同时由于热力站工艺方面及工况存在的实际问题造成自控调节难度和技术障碍,所以根据实际工况采取有效的控制策略和针对实际问题的解决是实现热力站无人值守的关键。
1 集中供热系统概况
      胜利油田集中供热工程自2003年开工建设以来,总供暖面积已达870万平方米,运行热力站90座。集中供热自控系统随着投产随即进入调试运行过程,逐步实现了数据采集、手动调节、热力站就地自控、热力站闭环自控、监控中心统一控制,现已达到自动控制无人值守的程度。
      2 自控运行面临的问题
      在供热系统的运行调节中,尤其整个系统和热力站的自控调节,遇到以下诸多问题:
      2.1部分热力站主要设备性能问题的暴露。在运行过程中如讯利、油三北、鲁园、胜华中、运输东、胜华西等热力站存在系统工艺问题导致供暖温度不达标,给自控调节带来难度,2007年热力站工艺问题逐步得以解决。
      2.2热力站超负荷。随着城市建筑面积的不断增大和供热需求的增长,热力站所带的负荷不断加大,热电联供一期工程共有8座热力站不同程度的存在超负荷情况,另有6座热力站趋于满负荷状态,以上两种情况占一期工程投运热力站总数量的40%,给运行调节工作带来不利影响。热力站本身供热能力已不能满足要求,所以只能分阶段定值调节而不能按温度曲线实时调节。
      2.3一级网回水温度的限制。由于受回水管道保温层耐温要求的限制,一级网回水温度不允许超过63℃,对自控调节的范围作了一定限制,使调节幅度变窄。
      2.4首站不能实时和热力站同步调节。因电厂首站与热力隶属于两家不同部门,运行协调工作存在诸多弊端,比如首站不能实时和热力站同步调节,这就给监控中心调节带来难度。因为我们的一级网调节是以首站调节为主热力站调节为辅,所以首站的调节尤为重要。
      2.5系统震荡。当室外气温变化时热力站相应的自动调节,但由于热网从整体上属于大惯性、长时滞、非线性,且存在耦合的多输入-多输出系统。基于已有的控制方法,直接实现这样一个系统的单回路闭环控制是十分困难的,尤其是当东营地区一天之内温差变化在10度以上时,而且存在系统震荡的危险。
      2.6二级网系统存在水力、热力失衡问题。由于热力站与原二级网只进行简单联接,未充分考虑热力站与二级网系统的水力、热力平衡问题,尤其原有锅炉系统是大流量、小温差运行模式,而现有热力站系统为小流量、大温差运行模式,在未对二级网系统进行充分调整的情况下,势必造成部分区域低温不热。
      2.7热力站规模较大,用户供热效果难以平衡。由于热力站规模较大,有10个站面积在30万平方米以上,由于系统存在耦合性,所以调节非常困难,而且调节时对附近热力站和整个管网影响很大。
      2.8附加压力系统中给增压泵赋予了太多功能。增压泵需要完成如下三个功能一是回水增压,
      把资用压头不够的换热站的一级网回水送回热源。二是根据监控中心的指令和系统需求, 调节增压泵的转速. 维持热网平衡。三是二级网供回水平均温度控制,
      根据二级网供回水平均 温度调节一级网增压泵的转速,
      调节一级网的流量,从而维持二级网供水温度为设定值。对于增压泵来说其每个功能有一个集合,三个功能集合的交集点需要摸索。
      2.9大面积采用增压泵。本工程采用了附加压力和附加阻力相结合的调节方式,该系统的突出优点是最大程度的节约电能,系统中几乎没有节流损失;同时也最大程度降低了管网运行压力,降低了工程投资。但是该系统同时也带来了一个最大的缺点:系统的扩容能力和应变能力极差。降温运行带来的供水流量的较大增加将导致大部分热力站增压泵扬程的不足或热力站的资用压头不足,而无法运行;这几个采暖季问题相应的暴露,比如采油院热力站、西五区热力站、西三区热力站等多个热力站的运行状况无法正常运行,更谈不上自控调节。
      2.10一级管网新增热力站与原系统的匹配问题。新增的一级管网的热力站只是简单计算就接入,系统整个平衡遭到破坏,造成末端热力站不热。
      3 热力站控制方案
      3.1系统调节模式
      鉴于存在以上问题,一级管网供热首站采用以分阶段恒供水温度为主的质量综合调节方式,二级管网供热调节采用质调节方式。
      3.2热力站控制策略
      系统采用分布式控制、集中管理、集中监控的控制系统结构。在充分考虑到热力站设备、工艺现状及控制要求的前提下,热力站采用分散控制、中控室集中监控、总体协调的控制方案。即各热力站根据本小区供热的负荷变化和室外温度变化,进行本站一次网供水电动调节阀门(近端)或增压泵(远端)的调节控制,在本站进行监控的同时,将本站的一次网供给水、压力、温度、流量,二次网供回水流量、温度、压力等送往监控中心;监控中心根据环境信息和各热力站送来的工况信息,对全网的水力平衡和热力平衡状况进行分析,根据负荷要求以具体的方式向热源发出热源质、量调节的申请,或者对各热力站发出协调命令,以维持大网的水力平衡。它的优点主要是:(1)整个系统的控制风险分散,即每个控制单元的失效不会引起整个系统的失效。(2)控制效率高,即各单元的控制就地独立实施,速度快,与其它单位的控制互不影响。(3)通讯可靠,由于各热力站的主要控制功能在站内完成,所以整个通讯大网只是设定值和各站监测数据的传送,因此通讯任务被减少到最低,提高了整个网络的通讯可靠性。
      3.2.1主要控制回路
      3.2.1.1二级网供回水温度的调节
      采用两级PID控制器,即将一次侧供热量作为前馈信号,二级供回水温度作为主要控制信号。控制框图如下:
      二级供回水平均温度设定值可以通过操作员在操作面板直接键入或通过查曲线的方式来获得。
      当二级网供水温度测量值与设定值出现偏差时,偏差值就会被传送到第一级PID控制器,第一级PID控制器输出热量信号并作为二级PID控制器的热量设定值。同时,一次侧供水流量、温度和回水温度被传送到控制器的一个计算器,计算结果就是实际的供热值,这个值与热量设定值比较,差值被传送到二级PID控制器,并输出阀门和增压泵的控制信号,使二级供水温度快速达到设定值。采用两级PID控制器确保了系统的快速、稳定、可靠和经济。所有这些功能都通过本地控制器来完成的。
      3.2.1.2二级网循环水泵控制
      在采用按照采暖面积收费期间,根据几个最不利点的运行工况,变频调节二级网循环水泵的转速,以满足最不利点用户的供热需求并实现二级网供热均匀调节,在将来实行分户计量,按照实际的能量消耗收费时,
      根据最不利点的压差,调节二级网循环泵的转速,维持热网的资用压头,满足整个二级网用户的实际热负荷需求 。
      4 无人职守换热站安全运行保障
      4.1  
      一、二级网温度,压力实时监测;在软件上设置高温,高压;低温,低压等异常情况报警。控制器及控制中心会实时处理所有的报警信号,并根据报警的级别安排相应的措施。
      4.2 
      报警控制。以下情况会产生“安全报警”安全报警信号输入为“0”泵故障、变频器故障、电动调节阀故障、二次侧供水压力过高、二次侧回水压力太低、二次侧供水温度太高于设定值,“安全报警”会自动停止有关设备,并且需要来人确认、检修。以下情况会产生“维护报警”安全报警信号断线、二次侧回水压力低、任意泵报警、一二级网过滤器滤网压差、补水流量超过报警值、主断路器故障、“维护报警”可以在设备运行时手动消除。
      4.3 就地保护措施
      除了在控制器及监控中心的软保护之外,换热站还有一些就地,独立于控制回路之外的保护措施。一:二级网供水超高温开关,保护二级网及换热站设备,当二级网供水温度超过报警值时,强制性就地停机并将信号上传到中央管理计算机;二:二级网供水超高压开关,保护二级网及换热站设备,当二级网供水压力超过报警值时,强制性就地停机并将信号上传到中央管理计算机;三:二级网回水超低压开关,保护二级网及换热站设备,尤其是循环泵,当二级网回水压力太低时,停止换热站运行并将信号上传到中央管理计算机。
      5 热力站调节的具体实施及实际问题的解决
      5.1整个热网采用均匀性调节加各热力站不同温度曲线的设定方式。采用均匀性调节加各热力站不同温度曲线的设定方式解决问题1、2、6、9也就是根据每个站设备(换热器和水泵)实际情况、距离首站的位置(考虑温降,首端到末端5度温差)、负荷情况(是否超负荷)、降温运行带来的能力不足、二级管网匹配情况等摸索出每个站的温度曲线,然后均匀调节。对各个热力站增压泵(调节阀)的调节应该以各个热力站彼此之间供热效果相同为目标。
      5.2
      针对问题3、5、7也就是一级网回水温度的限制、系统震荡问题、热力站规模较大问题采用限制幅度,逐渐调匀的调节方式。由于系统的大惯性及传输延迟,因此不能单独热力站分别调节的方法连续调节,否则将引起系统振荡。两次调节的时间间隔不能太短,而应采取“等等看看”的策略,待温度基本达到稳定后再进行下次调整。整个调节不是一两次完成,而是使各热力站二次侧供回水平均温度逐渐趋于一致的动态过程,因此,每次增压泵转速或阀门调节的幅度不能太大,以确保系统的稳定。
      5.3对于问题4的解决方案。每年采暖前,由监控中心向首站发送设计热负荷、设计供回水温度和设计流量数据。监控中心向首站提供当年估算设计热负荷、估算设计供回水温度和估算设计流量数据,通过头几天平均气温与室内平均温度进行测算,修正上述数据,提供当年的供热各参数与气温关系表。集输南热力站是离热电厂最近的设增压泵的热力站,定为控制点。监控中心将控制点集输南热力站的增压泵进出口压差(辅助控制信号)、一级网供水管进口流量和二级网供回水平均温度信号传送给首站。主要由压差信号来辅助控制首站循环水泵的转速及并联出口压力,保证控制点的增压泵工作在预定的压差范围内且二级网供回水平均温度与气温相适应。在管网无故障检修的正常工况下,由平均气温控制首站循环水泵转速和集输南热力站增压泵压差信号控制是一致的。
      5.4引入用户室温实时监测系统为以用户室温达标为最终目的指导热力站的调节。采用在典型(代表型)用户室内安装温度监测变送器通过GPRS技术将用户室温实时传送到监控中心从而有效的指导热力站的调节。
      6 效益分析
      通过采用以上控制策略主要收益如下:
      6.1实现一次网各热力站的热力工况平衡,可获得5%的扩供能力,可消除大部分低温不热户;
      6.2实现热源、热力站的气温补偿调节可节能12%以上;
      6.3合理的控制一级网增压泵和二次网循环泵的运行方案,可节电多达15%;
      6.4实现供热系统运行数据的集中采集与管理,分析、评价供热效果,指导运行调节,实现热力站的无人值守,节省大量的人力资源。
结束语:
      根据上述分析,对于胜利油田集中供热系统的管理模式,在近期采用按面积收费时热网应采用均匀性调节。对各个热力站供水阀门和增压泵的调节应该以各个热力站彼此之间供热效果相同为目标,即最终目标为用户室内温度达标,同时最大程度的创造经济效益和良好的社会效益。
 
 
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