摘要：某工廠存在供暖熱負(fù)荷(冬季)、生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷(全年)，介紹該廠熱力站及二級(jí)管網(wǎng)的系統(tǒng)流程，探討了換熱器、二級(jí)主干線供回水壓差控制策略。

    關(guān)鍵字：熱力站；  二級(jí)管網(wǎng)；  控制策略；  換熱器；  供回水壓差

Control Strategy of Heat-supply Substation with Coexistent Space Heating Load and Process Heating Load

    Abstract: There are space heating load in winter and annual process heating load in a factory. The system flow of the substation and the secondary circuit of the factory are introduced．The control strategies of heat exchanger and pressure difference between supply water and return water in secondary trunk main are discussed.

    Key words: substation；secondary circuit；control strategy；heat exchanger；pressure difference between supply water and return water

1 系統(tǒng)流程

    某高檔轎車(chē)廠位于我國(guó)東北地區(qū)，該廠存在供暖熱負(fù)荷(冬季)、生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷(全年)，熱源為市政熱水。供暖設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為75 MW，供熱對(duì)象為車(chē)間、站房、辦公樓等。生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為25MW，供熱對(duì)象為涂裝車(chē)間生產(chǎn)線。熱力站、二級(jí)管網(wǎng)系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。

    熱力站一級(jí)側(cè)供、回溫度為ll0、70℃，配置兩種供熱能力的管道：夏季供熱能力25 MW，規(guī)格Ø462；冬季供熱能力100MW，規(guī)格Ø820。熱力站采用4臺(tái)換熱能力為25 MW的殼管式換熱器并聯(lián)運(yùn)行。夏季只運(yùn)行一臺(tái)換熱器，冬季根據(jù)用戶負(fù)荷，運(yùn)行l～4臺(tái)換熱器。熱力站二級(jí)側(cè)熱水先經(jīng)主干線送到廠區(qū)的不同區(qū)域，再經(jīng)各支干線送到每個(gè)用戶。支干線1，包括供暖熱負(fù)荷、生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷。支干線2、3，僅包括供暖熱負(fù)荷。二級(jí)側(cè)安裝5臺(tái)二級(jí)循環(huán)泵PU1～PU5。在夏季，二級(jí)循環(huán)泵PU5工作，流量為330 m³／h，揚(yáng)程為25 m。在冬季，二級(jí)循環(huán)泵PU1～PU4工作，單臺(tái)流量為380 m³／h，單臺(tái)揚(yáng)程為50 m，并聯(lián)運(yùn)行。

    廠區(qū)內(nèi)各用戶設(shè)計(jì)供水溫度為90℃，考慮到管道的散熱損耗，二級(jí)側(cè)實(shí)際供水溫度為(92±1)℃。當(dāng)室外溫度或用戶負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)計(jì)算二級(jí)側(cè)供回水壓差并自動(dòng)調(diào)節(jié)，精度為壓差計(jì)算值的±l％。熱力站有2種運(yùn)行模式：生產(chǎn)負(fù)荷模式、供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式，生產(chǎn)負(fù)荷模式只有生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷，供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式包括供暖熱負(fù)荷、生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷。當(dāng)室外溫度高于l7℃時(shí)，切換至生產(chǎn)負(fù)荷模式運(yùn)行。當(dāng)室外溫度低于15℃時(shí)，切換至供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式運(yùn)行。

    定壓補(bǔ)水裝置維持二級(jí)回水靜壓恒定(靜壓測(cè)點(diǎn)為P1)。定壓補(bǔ)水裝置主要包括補(bǔ)水泵、泄水閥、壓力膨脹罐等。二級(jí)循環(huán)泵(PU1～PU5)與二級(jí)回水靜壓連鎖。若二級(jí)回水靜壓正常(不低于50kPa)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)二級(jí)循環(huán)泵；若二級(jí)回水靜壓過(guò)低(低于40 kPa)且持續(xù)30 s，控制系統(tǒng)關(guān)閉所有正在運(yùn)行的二級(jí)循環(huán)泵，并進(jìn)行報(bào)警。

2 換熱器控制

    ①起?？刂七^(guò)程

    以換熱器HE1為例，換熱器的啟動(dòng)控制過(guò)程和關(guān)閉控制過(guò)程如下。換熱器HE1啟動(dòng)控制過(guò)程：當(dāng)換熱器HE1滿足啟動(dòng)條件時(shí)，先緩慢(歷經(jīng)l80 s)打開(kāi)換熱器二級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)閥BV1；然后PID控制器調(diào)節(jié)換熱器一級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)閥RV1、RV2的相對(duì)開(kāi)度使換熱器二級(jí)側(cè)出水溫度(測(cè)點(diǎn)TS1)達(dá)到設(shè)定值。值得注意的是，換熱器二級(jí)側(cè)出水溫度(測(cè)點(diǎn)TS1)的設(shè)置值由80℃緩慢(歷經(jīng)l5 min)上升到92℃，避免在換熱器啟動(dòng)時(shí)由于超調(diào)導(dǎo)致機(jī)械式溫度控制器TL1動(dòng)作關(guān)閉換熱器。換熱器HE1關(guān)閉控制過(guò)程：當(dāng)換熱器HE1滿足關(guān)閉條件時(shí)，先關(guān)閉換熱器一級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)閥RV1、RV2。然后緩慢(歷經(jīng)l80s)關(guān)閉換熱器二級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)閥BV1。

    ②生產(chǎn)負(fù)荷模式

    進(jìn)入生產(chǎn)負(fù)荷模式時(shí)，啟動(dòng)l臺(tái)換熱器。PID控制器控制換熱器一級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)閥的相對(duì)開(kāi)度，使換熱器二級(jí)側(cè)出水溫度達(dá)到設(shè)定值。為了提高控制精度，每臺(tái)換熱器的一級(jí)側(cè)安裝2個(gè)調(diào)節(jié)閥，其中一個(gè)調(diào)節(jié)閥最大相對(duì)開(kāi)度對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)流量的70％，另一個(gè)最大相對(duì)開(kāi)度對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)流量的30％。

    ③供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式

    單臺(tái)換熱器的額定熱功率為25 MW，一級(jí)供、回水溫度為110、70℃，則額定熱功率下單臺(tái)換熱器一級(jí)側(cè)流量為537．5 m³／h。當(dāng)實(shí)際熱功率為額定熱功率的75％時(shí)，流量約403 m³／h。各臺(tái)換熱器的一級(jí)側(cè)流量之和為一級(jí)側(cè)總流量。

    進(jìn)入供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式時(shí)，先啟動(dòng)第一臺(tái)換熱器。然后根據(jù)以下控制策略啟動(dòng)其他換熱器：當(dāng)一級(jí)側(cè)總流量大于403 m³／h并持續(xù)300 s后，啟動(dòng)第2臺(tái)換熱器；大于806 m³／h并持續(xù)300 s后，啟動(dòng)第3臺(tái)換熱器；大于1 209 m³／h并持續(xù)300 s后，啟動(dòng)第4臺(tái)換熱器。

    關(guān)閉換熱器時(shí)，流量控制的滯后量設(shè)定為-80 m³／h，即當(dāng)一次側(cè)總流量小于1 129 m³／h并持續(xù)60 s后，關(guān)閉第4臺(tái)換熱器；小于726 m³／h并持續(xù)60 s后，關(guān)閉第3臺(tái)換熱器；小于3 23 m³／h并持續(xù)60 s后，關(guān)閉第2臺(tái)換熱器。

    ④安全溫度控制

    當(dāng)換熱器二級(jí)側(cè)出水溫度大于機(jī)械式溫度控制器的設(shè)定值(95℃)時(shí)，機(jī)械式溫度控制器動(dòng)作，立即關(guān)閉該換熱器的一級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)閥，并發(fā)出報(bào)警。當(dāng)換熱器二級(jí)側(cè)出水溫度下降到正常溫度后，換熱器一級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)閥重新打開(kāi)。當(dāng)某臺(tái)換熱器一級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉5次后，該換熱器關(guān)閉退出運(yùn)行，并發(fā)出報(bào)警。操作人員經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查處理并復(fù)位后，切換到正常狀態(tài)。

3 二級(jí)主干線供回水壓差控制

    為了降低主干線壓力波動(dòng)的影響，提高供熱穩(wěn)定性，在每個(gè)用戶的熱力入口回水管安裝自力式壓差控制閥，保證各用戶的供回水壓差恒定。在主干線安裝供回水壓差傳感器DP1，用于監(jiān)測(cè)主干線供回水壓差。

    ①生產(chǎn)負(fù)荷模式

    在生產(chǎn)負(fù)荷模式下，二級(jí)循環(huán)泵PU5工作。為了適應(yīng)負(fù)荷變化，提高二級(jí)主干線壓差控制質(zhì)量，采用PID串級(jí)控制方式(一個(gè)PID控制器的輸出值是另一個(gè)PID控制器的設(shè)定值)對(duì)二級(jí)側(cè)主干線供回壓差進(jìn)行控制。

    二級(jí)主干線供回水壓差PID控制器根據(jù)用戶實(shí)際供回壓差(輸入值)、自力式壓差控制閥設(shè)定值(設(shè)定值)，輸出所需的二級(jí)主干線供回水壓差。對(duì)于兩個(gè)以上的用戶，取輸出的最大值。二級(jí)循環(huán)泵PU5轉(zhuǎn)速PID控制器根據(jù)二級(jí)主干線供回水壓差PID控制器的輸出值(設(shè)定值)、二級(jí)主干線供回水壓差傳感器(DPI)實(shí)測(cè)信號(hào)(輸入值)，輸出調(diào)節(jié)二級(jí)循環(huán)泵PU5轉(zhuǎn)速的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)二級(jí)主干線供回水壓差的控制。

    當(dāng)二級(jí)循環(huán)泵PU5出現(xiàn)故障(如變頻器故障、過(guò)載)時(shí)，自動(dòng)切換到另一臺(tái)二級(jí)循環(huán)泵(PU1～PU4)運(yùn)行。雖然切換后的二級(jí)循環(huán)泵功率、揚(yáng)程比PU5大，但通過(guò)變頻調(diào)速控制，可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)主干線供回水壓差控制。當(dāng)二級(jí)循環(huán)泵PU5恢復(fù)正常后，再自動(dòng)切換到PU5運(yùn)行。

    ②供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式

    供暖生產(chǎn)負(fù)荷模式二級(jí)循環(huán)泵PU1～PU4工作，二級(jí)主干線供回水壓差控制原理與生產(chǎn)負(fù)荷模式類(lèi)似。若二級(jí)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速大于等于額定轉(zhuǎn)速的98％且持續(xù)2 min，增加1臺(tái)二級(jí)循環(huán)泵。當(dāng)2臺(tái)及2臺(tái)以上的二級(jí)循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，若二級(jí)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速的60％且持續(xù)2 min，減少1臺(tái)二級(jí)循環(huán)泵。所有正在運(yùn)行的二級(jí)循環(huán)泵以同一轉(zhuǎn)速運(yùn)行。當(dāng)l臺(tái)正在運(yùn)行的二級(jí)循環(huán)泵出現(xiàn)故障(如變頻器故障、過(guò)載)且循環(huán)泵運(yùn)行數(shù)量小于4臺(tái)時(shí)，立即啟動(dòng)備用二級(jí)循環(huán)泵運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

    合理的熱網(wǎng)、熱力站控制策略要有完善的設(shè)備保護(hù)功能，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效。控制策略要與工程實(shí)際需求相適應(yīng)，并在實(shí)踐中加以完善和改進(jìn)。

本文作者：張成禮龐洛明

作者單位：中國(guó)汽車(chē)工業(yè)工程公司自控工程院