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集中供热中多模式联合自动化注水的应用分析

2020-08-17 239 上传者：管理员

摘要：主要阐述了多模式联合自动化注水在集中供热系统中的应用,从集中供热注水系统现状,各个注水方式的优劣,自动化控制的功能等方面进行了介绍。并从节能降耗,节约人力,提高效率三方面出发,通过与传统集中供热模式做对比,突显出自动化控制的重要性与优越性。

关键词：
供热系统
注水方式
热力工程
自动控制
集中供热
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1、概述

随着中国经济的持续增长，城市化脚步不断加快，城市采暖系统正在成为人们生活所必须的重要保障。城市采暖系统分为独用锅炉房供热和集中供热两种，集中供热相比独用锅炉房供热具有节能、环保、恒温、清洁、经济、节约土地等诸多优点。集中供热已成为未来城市采暖的发展趋势，其管理模式也在逐渐发生变化。传统的管理模式一般采用有人职守的方式，值班人员24h轮换留守所在热力站并监控设备的运行状态，然后再将运行参数记录上报给调度部门。这种管理模式效率低下，所需人员规模庞大，造成了人力资源的浪费;而且，长时间的连续工作容易使人产生疲劳，尤其在夜间值班，工人精力更加不易集中，极易造成事故发生，危及设备财产安全与生产运行稳定;再者，各个热力站通过电话进行调度调节，无法直观的进行全网平衡，运行调整不够及时准确，难以达到最佳的供热效果，从而浪费了大量能源。现如今的管理模式已经向无人值守的方向发展，而自动化控制的应用则为实现无人值守模式提供了技术支持，使其能够解决传统管理模式的种种问题。自动化控制系统的稳定性、精确性、不间断性可以最大程度的提高工作效率，节约成本。

集中供热系统的热介质有两种:蒸汽和热水。热水介质具有热能效率高，调节方便，蓄热能力强，热稳定性好，输送距离长等优点，被广泛应用于大型集中供热项目之中。热水供热系统在运转中失水是不可避免的，如果不及时注水，系统的压力就会下降，无法保证管网的正常运行。热水网正常运行时会损失一部分水量，发生故障时还会增加额外的水量损失，对这些损失的水量应及时予以补充。

2、现状分析

集中供热管网由一次网和二次网构成。一次网是指从热源到换热站之间的部分，二次网是指从换热站到用户庭院管网的部分。热介质循环所需的动力由循环泵提供。

一、二次网通过换热站隔离开来，相互独立，热量通过换热站进行传递，这样做可以防止二次网发生的失压故障影响到一次网压力，进而影响到全网的供热效果。一二次网各自拥有一套自己的注水系统，当管网压力下降时，其注水系统会将开式储水箱中的软化水通过补水泵注入管网之中，用以保障其压力维持在正常水平。为防止自来水中的钙镁离子造成的结垢影响管道使用寿命，需要先将自来水通过软化罐制成软化水后再进行补给，这就是软化罐注水。有些换热站的失水量较低，可以直接使用一次网中的水来进行补充，省去了软化环节，这就是一补二注水。

热力站目前采用的注水方式如图1所示。

图1热力站目前采用的注水方式

在使用中，热力站一般采用单一的注水方式，或采用软化罐注水，或采用一补二注水。无论采用哪种方式注水，其补水原理都是相似的，都是先在水箱上部开辟进水口，然后在进水口处安装浮球阀用以控制其进水量。补水泵会根据安装于二次回水管路上的压力变送器执行注水操作，当压力值小于设定值下限时启泵，当压力值不小于设定值上限时停泵。

热力站自动控制系统由数据采集变送器、电动调节阀、PLC控制柜构成。数据采集传感器包括温度变送器、压力变送器、超声波流量计，负责将运行参数采集并传回PLC柜。电动调节阀负责调节换热器出口处一次回水管道的流量大小，起到调节二次网水温的作用。PLC柜是站内自控系统的核心，它通过接收各项传感器回传的参数，将站内运行信息实时投放到触摸屏幕上，并可以自行分析和判断所要执行的操作，实现自动化注水、自动控制电动调节阀的开度大小等行为，也可对水泵输出频率的大小进行设置。

3、多模式联合自动化注水的实施方案

3.1 管道与设备改造

将三种注水方式进行整合，设计两个进水侧，分别为一次网进水侧和软化罐进水侧。一次网进水侧从一次回水管上开口并连接管路，其上安装电动关断阀A;软化罐进水侧从软化罐出口处连接管路，其上安装电动关断阀B。之后将两路管道合并，并在合并的管道上安装电磁阀和电动关断阀E。然后再将管路分开，设计两个出水侧，分别为二次网出水侧和水箱出水侧。分开后的管路一趟分支连接二次网进水侧，其位置为二次回水管路循环泵入口前，并于其上安装电动关断阀D;另一趟分支连接开式储水箱上方成为其进水口，并于其上安装电动关断阀C。

另外，将补水泵出口处至二次回水管路循环泵入口前的管道上安装电动关断阀F，并在盖发明之前引一趟管路与一次回水管路相连，并在其上安装电动关断阀G。

改造后的注水方式如图2所示。

图2多模式联合注水方式

3.2 自动化改造

将电磁阀、电动关断阀全部接入PLC柜中。

通过PLC的模拟量输入模块采集压力变送器的压力值与液位变送器的液位值，通过PLC的数字量输出模块控制电磁阀、电动关断阀、补水泵的开关(启停)操作。

编写PLC控制程序，根据所采集到的数据作为参考用以控制电磁阀、电动关断阀、补水泵的相关操作，相关报警点，制定出直接一补二注水、间接一补二注水、软化罐注水、二补一注水四种操作程序。

编写PLC触摸屏程序，使之能够显示出电磁阀操作状态、各电动关断阀操作状态、补水泵操作状态。加入选择控件，通过选择控件对四种注水程序进行切换。加入操作窗口，通过操作窗口可以设置相关报警点与定压点。

4、多模式联合自动化注水的模式与功能

4.1 直接一补二注水模式

在此模式下，电动关断阀ACFG关闭，电动关断阀BD开启，一次网中的水直接注入二次网。电磁阀与电动关断阀E的控制关联二次网回水压力值，当压力值低于定压点下限时，同时开启电磁阀与电动关断阀E，当压力值上升至定压点上限时，关闭电磁阀，当电磁阀失效压力值上升至压力报警点时，关闭电动关断阀E并报警。

4.2 间接一补二注水模式

在此模式下，电动关断阀ADFG关闭，电动关断阀BC开启，一次网中的水先注入开式储水箱，再通过补水泵注入二次网。电磁阀与电动关断阀E关联水箱液位值，当水箱液位低于定压点下限时，同时开启电磁阀与电动关断阀E，当水箱液位上升至定压点上限时，关闭电磁阀，当电磁阀失效水箱液位继续上升至液位报警点时，关闭电动关断阀E并报警。补水泵启停关联二次回水压力值与水箱液位值，当二次回水压力值小于设定值下限时启泵，当二次回水压力值不小于设定值上限时停泵;当水箱液位值不大于报警点时暂停注水操作并强制停泵，当水箱液位值大于报警点时恢复注水操作。

4.3 软化罐注水模式

在此模式下，电动关断阀BDFG关闭，电动关断阀AC开启，软化罐制水后先注入开式储水箱，再通过补水泵注入二次网。电磁阀与电动关断阀E关联水箱液位值，当水箱液位低于定压点下限时，同时开启电磁阀与电动关断阀E，当水箱液位上升至定压点上限时，关闭电磁阀，当电磁阀失效水箱液位继续上升至液位报警点时，关闭电动关断阀E并报警。补水泵启停关联二次回水压力值与水箱液位值，当二次回水压力值小于设定值下限时启泵，当二次回水压力值不小于设定值上限时停泵;当水箱液位值不大于报警点时暂停注水操作并强制停泵，当水箱液位值大于报警点时恢复注水操作。

4.4 二补一注水模式

在此模式下，电动关断阀BCD关闭，电动关断阀FG开启，软化罐制水后先注入开式储水箱，再通过补水泵注入一次网。电磁阀与电动关断阀E关联水箱液位值，当水箱液位低于定压点下限时，同时开启电磁阀与电动关断阀E，当水箱液位上升至定压点上限时，关闭电磁阀，当电磁阀失效水箱液位继续上升至液位报警点时，关闭电动关断阀E并报警。补水泵启停关联一次回水压力值与水箱液位值，当一次回水压力值小于设定值下限时启泵，当一次回水压力值不小于设定值上限时停泵;当水箱液位值不大于报警点时暂停注水操作并强制停泵，当水箱液位值大于报警点时恢复注水操作。

5、结语

采用多模式联合自动化注水后，三种注水方式均使用电磁阀与电动关断阀控制进水，电磁阀作为主要控制手段，可精准控制水箱液位，电动关断阀作为保险，在电磁阀发生故障失效时，可强制切断注水，防止水箱发生溢流事故。在大量用水时，比如供暖前准备阶段对管网进行注水时，可使用软化罐注水;在正常供暖期间，当管网运行不稳定，偶尔出现跑水时，可使用间接一补二注水，既能节约人力成本还能避免因二网跑水造成一网压力不稳;当运行稳定时，直接使用一补二注水，节约能耗成本。当一次管网突发跑水事故，管网压力急剧下降，一次网补水系统已无法维持正常压力，大面积供热系统陷入瘫痪时，需要多个热力站紧急开启二补一进行临时注水，在最短时间内恢复主管网系统正常运行。

在此前，热力站运行时采用单一的注水方式，如需变更则需要动用焊工大改管路，其中产生了大量的材料成本、人力成本以及时间成本。而现在，只需在PLC柜上点击触摸屏切换相应注水程序就可以实现注水方式的切换操作，相关阀门操作依靠程序设定自动完成。采用多模式联合自动化注水极大地提高了工作效率，在减少人工，提升精细化管理，实现自动化操作方面效果显著。在使用中，可根据实际情况灵活调整注水方式。

参考文献：

[1]CJJ/T55—2011,供热术语标准[S].

[2]CJJ/T88—2000,城镇供热系统安全运行技术规程[S].

王堃.多模式联合自动化注水在集中供热中的应用[J].山西建筑,2020,46(16):107-109.