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勝利油田集中供熱無人值守換熱站運行調節問題及經濟效益分析

放大字體  縮小字體 發布日期:2012-11-07  來源:勝利油田熱電聯供中心勝中熱力大隊   作者: 朱鐵軍 邱春雨  瀏覽次數:377
核心提示:勝利油田集中供熱系統已平穩運行幾個采暖季,帶來了可觀的經濟效益和社會效益,而集中供熱自控系統的可靠運行是整個供熱系統安全
勝利油田集中供熱系統已平穩運行幾個采暖季,帶來了可觀的經濟效益和社會效益,而集中供熱自控系統的可靠運行是整個供熱系統安全、經濟運行的前提;由于該系統大面積采用附加壓力和附加阻力相結合的水力平衡技術,該技術雖有利于節電,但增加了自動調節中振蕩的概率和幅度,同時由于熱力站工藝方面及工況存在的實際問題造成自控調節難度和技術障礙,所以根據實際工況采取有效的控制策略和針對實際問題的解決是實現熱力站無人值守的關鍵。
1 集中供熱系統概況
      勝利油田集中供熱工程自2003年開工建設以來,總供暖面積已達870萬平方米,運行熱力站90座。集中供熱自控系統隨著投產隨即進入調試運行過程,逐步實現了數據采集、手動調節、熱力站就地自控、熱力站閉環自控、監控中心統一控制,現已達到自動控制無人值守的程度。
      2 自控運行面臨的問題
      在供熱系統的運行調節中,尤其整個系統和熱力站的自控調節,遇到以下諸多問題:
      2.1部分熱力站主要設備性能問題的暴露。在運行過程中如訊利、油三北、魯園、勝華中、運輸東、勝華西等熱力站存在系統工藝問題導致供暖溫度不達標,給自控調節帶來難度,2007年熱力站工藝問題逐步得以解決。
      2.2熱力站超負荷。隨著城市建筑面積的不斷增大和供熱需求的增長,熱力站所帶的負荷不斷加大,熱電聯供一期工程共有8座熱力站不同程度的存在超負荷情況,另有6座熱力站趨于滿負荷狀態,以上兩種情況占一期工程投運熱力站總數量的40%,給運行調節工作帶來不利影響。熱力站本身供熱能力已不能滿足要求,所以只能分階段定值調節而不能按溫度曲線實時調節。
      2.3一級網回水溫度的限制。由于受回水管道保溫層耐溫要求的限制,一級網回水溫度不允許超過63℃,對自控調節的范圍作了一定限制,使調節幅度變窄。
      2.4首站不能實時和熱力站同步調節。因電廠首站與熱力隸屬于兩家不同部門,運行協調工作存在諸多弊端,比如首站不能實時和熱力站同步調節,這就給監控中心調節帶來難度。因為我們的一級網調節是以首站調節為主熱力站調節為輔,所以首站的調節尤為重要。
      2.5系統震蕩。當室外氣溫變化時熱力站相應的自動調節,但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;谝延械目刂品椒,直接實現這樣一個系統的單回路閉環控制是十分困難的,尤其是當東營地區一天之內溫差變化在10度以上時,而且存在系統震蕩的危險。
      2.6二級網系統存在水力、熱力失衡問題。由于熱力站與原二級網只進行簡單聯接,未充分考慮熱力站與二級網系統的水力、熱力平衡問題,尤其原有鍋爐系統是大流量、小溫差運行模式,而現有熱力站系統為小流量、大溫差運行模式,在未對二級網系統進行充分調整的情況下,勢必造成部分區域低溫不熱。
      2.7熱力站規模較大,用戶供熱效果難以平衡。由于熱力站規模較大,有10個站面積在30萬平方米以上,由于系統存在耦合性,所以調節非常困難,而且調節時對附近熱力站和整個管網影響很大。
      2.8附加壓力系統中給增壓泵賦予了太多功能。增壓泵需要完成如下三個功能一是回水增壓,
      把資用壓頭不夠的換熱站的一級網回水送回熱源。二是根據監控中心的指令和系統需求, 調節增壓泵的轉速. 維持熱網平衡。三是二級網供回水平均溫度控制,
      根據二級網供回水平均 溫度調節一級網增壓泵的轉速,
      調節一級網的流量,從而維持二級網供水溫度為設定值。對于增壓泵來說其每個功能有一個集合,三個功能集合的交集點需要摸索。
      2.9大面積采用增壓泵。本工程采用了附加壓力和附加阻力相結合的調節方式,該系統的突出優點是最大程度的節約電能,系統中幾乎沒有節流損失;同時也最大程度降低了管網運行壓力,降低了工程投資。但是該系統同時也帶來了一個最大的缺點:系統的擴容能力和應變能力極差。降溫運行帶來的供水流量的較大增加將導致大部分熱力站增壓泵揚程的不足或熱力站的資用壓頭不足,而無法運行;這幾個采暖季問題相應的暴露,比如采油院熱力站、西五區熱力站、西三區熱力站等多個熱力站的運行狀況無法正常運行,更談不上自控調節。
      2.10一級管網新增熱力站與原系統的匹配問題。新增的一級管網的熱力站只是簡單計算就接入,系統整個平衡遭到破壞,造成末端熱力站不熱。
      3 熱力站控制方案
      3.1系統調節模式
      鑒于存在以上問題,一級管網供熱首站采用以分階段恒供水溫度為主的質量綜合調節方式,二級管網供熱調節采用質調節方式。
      3.2熱力站控制策略
      系統采用分布式控制、集中管理、集中監控的控制系統結構。在充分考慮到熱力站設備、工藝現狀及控制要求的前提下,熱力站采用分散控制、中控室集中監控、總體協調的控制方案。即各熱力站根據本小區供熱的負荷變化和室外溫度變化,進行本站一次網供水電動調節閥門(近端)或增壓泵(遠端)的調節控制,在本站進行監控的同時,將本站的一次網供給水、壓力、溫度、流量,二次網供回水流量、溫度、壓力等送往監控中心;監控中心根據環境信息和各熱力站送來的工況信息,對全網的水力平衡和熱力平衡狀況進行分析,根據負荷要求以具體的方式向熱源發出熱源質、量調節的申請,或者對各熱力站發出協調命令,以維持大網的水力平衡。它的優點主要是:(1)整個系統的控制風險分散,即每個控制單元的失效不會引起整個系統的失效。(2)控制效率高,即各單元的控制就地獨立實施,速度快,與其它單位的控制互不影響。(3)通訊可靠,由于各熱力站的主要控制功能在站內完成,所以整個通訊大網只是設定值和各站監測數據的傳送,因此通訊任務被減少到最低,提高了整個網絡的通訊可靠性。
      3.2.1主要控制回路
      3.2.1.1二級網供回水溫度的調節
      采用兩級PID控制器,即將一次側供熱量作為前饋信號,二級供回水溫度作為主要控制信號?刂瓶驁D如下:
      二級供回水平均溫度設定值可以通過操作員在操作面板直接鍵入或通過查曲線的方式來獲得。
      當二級網供水溫度測量值與設定值出現偏差時,偏差值就會被傳送到第一級PID控制器,第一級PID控制器輸出熱量信號并作為二級PID控制器的熱量設定值。同時,一次側供水流量、溫度和回水溫度被傳送到控制器的一個計算器,計算結果就是實際的供熱值,這個值與熱量設定值比較,差值被傳送到二級PID控制器,并輸出閥門和增壓泵的控制信號,使二級供水溫度快速達到設定值。采用兩級PID控制器確保了系統的快速、穩定、可靠和經濟。所有這些功能都通過本地控制器來完成的。
      3.2.1.2二級網循環水泵控制
      在采用按照采暖面積收費期間,根據幾個最不利點的運行工況,變頻調節二級網循環水泵的轉速,以滿足最不利點用戶的供熱需求并實現二級網供熱均勻調節,在將來實行分戶計量,按照實際的能量消耗收費時,
      根據最不利點的壓差,調節二級網循環泵的轉速,維持熱網的資用壓頭,滿足整個二級網用戶的實際熱負荷需求 。
      4 無人職守換熱站安全運行保障
      4.1  
      一、二級網溫度,壓力實時監測;在軟件上設置高溫,高壓;低溫,低壓等異常情況報警?刂破骷翱刂浦行臅䦟崟r處理所有的報警信號,并根據報警的級別安排相應的措施。
      4.2 
      報警控制。以下情況會產生“安全報警”安全報警信號輸入為“0”泵故障、變頻器故障、電動調節閥故障、二次側供水壓力過高、二次側回水壓力太低、二次側供水溫度太高于設定值,“安全報警”會自動停止有關設備,并且需要來人確認、檢修。以下情況會產生“維護報警”安全報警信號斷線、二次側回水壓力低、任意泵報警、一二級網過濾器濾網壓差、補水流量超過報警值、主斷路器故障、“維護報警”可以在設備運行時手動消除。
      4.3 就地保護措施
      除了在控制器及監控中心的軟保護之外,換熱站還有一些就地,獨立于控制回路之外的保護措施。一:二級網供水超高溫開關,保護二級網及換熱站設備,當二級網供水溫度超過報警值時,強制性就地停機并將信號上傳到中央管理計算機;二:二級網供水超高壓開關,保護二級網及換熱站設備,當二級網供水壓力超過報警值時,強制性就地停機并將信號上傳到中央管理計算機;三:二級網回水超低壓開關,保護二級網及換熱站設備,尤其是循環泵,當二級網回水壓力太低時,停止換熱站運行并將信號上傳到中央管理計算機。
      5 熱力站調節的具體實施及實際問題的解決
      5.1整個熱網采用均勻性調節加各熱力站不同溫度曲線的設定方式。采用均勻性調節加各熱力站不同溫度曲線的設定方式解決問題1、2、6、9也就是根據每個站設備(換熱器和水泵)實際情況、距離首站的位置(考慮溫降,首端到末端5度溫差)、負荷情況(是否超負荷)、降溫運行帶來的能力不足、二級管網匹配情況等摸索出每個站的溫度曲線,然后均勻調節。對各個熱力站增壓泵(調節閥)的調節應該以各個熱力站彼此之間供熱效果相同為目標。
      5.2
      針對問題3、5、7也就是一級網回水溫度的限制、系統震蕩問題、熱力站規模較大問題采用限制幅度,逐漸調勻的調節方式。由于系統的大慣性及傳輸延遲,因此不能單獨熱力站分別調節的方法連續調節,否則將引起系統振蕩。兩次調節的時間間隔不能太短,而應采取“等等看看”的策略,待溫度基本達到穩定后再進行下次調整。整個調節不是一兩次完成,而是使各熱力站二次側供回水平均溫度逐漸趨于一致的動態過程,因此,每次增壓泵轉速或閥門調節的幅度不能太大,以確保系統的穩定。
      5.3對于問題4的解決方案。每年采暖前,由監控中心向首站發送設計熱負荷、設計供回水溫度和設計流量數據。監控中心向首站提供當年估算設計熱負荷、估算設計供回水溫度和估算設計流量數據,通過頭幾天平均氣溫與室內平均溫度進行測算,修正上述數據,提供當年的供熱各參數與氣溫關系表。集輸南熱力站是離熱電廠最近的設增壓泵的熱力站,定為控制點。監控中心將控制點集輸南熱力站的增壓泵進出口壓差(輔助控制信號)、一級網供水管進口流量和二級網供回水平均溫度信號傳送給首站。主要由壓差信號來輔助控制首站循環水泵的轉速及并聯出口壓力,保證控制點的增壓泵工作在預定的壓差范圍內且二級網供回水平均溫度與氣溫相適應。在管網無故障檢修的正常工況下,由平均氣溫控制首站循環水泵轉速和集輸南熱力站增壓泵壓差信號控制是一致的。
      5.4引入用戶室溫實時監測系統為以用戶室溫達標為最終目的指導熱力站的調節。采用在典型(代表型)用戶室內安裝溫度監測變送器通過GPRS技術將用戶室溫實時傳送到監控中心從而有效的指導熱力站的調節。
      6 效益分析
      通過采用以上控制策略主要收益如下:
      6.1實現一次網各熱力站的熱力工況平衡,可獲得5%的擴供能力,可消除大部分低溫不熱戶;
      6.2實現熱源、熱力站的氣溫補償調節可節能12%以上;
      6.3合理的控制一級網增壓泵和二次網循環泵的運行方案,可節電多達15%;
      6.4實現供熱系統運行數據的集中采集與管理,分析、評價供熱效果,指導運行調節,實現熱力站的無人值守,節省大量的人力資源。
結束語:
      根據上述分析,對于勝利油田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。對各個熱力站供水閥門和增壓泵的調節應該以各個熱力站彼此之間供熱效果相同為目標,即最終目標為用戶室內溫度達標,同時最大程度的創造經濟效益和良好的社會效益。
 
 
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