供热无人值守换热站设计方案

供热无人值守换热站设计方案

一、 我厂供热现状

目前我厂现有换热站房3个，目前3个换热站房均依靠工作人员24小时值守，导致换热站运行成本居高不下，同时存在大量人员费用与安全隐患等一系列问题。本次改造目标是在现有换热站的基础上，通过局部改造、优化（能保留的保留），实现换热站的集中控制、无人值守，最终达到减员增效、降低运行各项成本的目的。 二、 改造技术要求 1、改造原则 先进性

采用国际领先的工业自动化控制技术和数据存储管理技术，效益高，投资少，所有设备及设备安装须达到国家相应规定的标准，具有科学、先进、便于维修和管理的特点，可以保证在未来5~10年不落后于最新技术的发展。 稳定性

系统注重稳定性和可靠性，图形界面友好，无故障运行时间长。 经济性

减少一次性的投资，并确保系统具有很高的可靠性和极低的故障率，将功能变更、运行与维护费用减至最低限度。 安全性

严密的技术防范措施保障系统安全。在确保供热系统运行安全、可靠的前提与基础上，可以实现其经济性，节约能源。 可靠性

系统对使用环境（温度-25℃~50℃，相对湿度5%~95%）具有良好的适应性，并确保具有极低的故障率。 可扩展性

包含硬件的可扩展性和软件的可扩展性两个方面，升级扩充只需要增加模块，保护投资成本。 2、总体要求

1

利用先进的工业自控技术、计算机技术、通讯技术创建换热站远程监控管理系统，对系统实施更科学、更规范的监控管理，提高中心调度的监控能力。 2.1系统设计原则

根据当前供热的现状及应用需求，供热集中控制监控系统设计原则是以先进性与实用性相结合、产品生命周期长、管理维护方便、系统集成度高和保护投资者利益为主要技术特色，以适应当前应用和后续发展的需要。设计指导思想以“实用、可靠、先进、经济”为基本原则。 易操作

良好、直观的人机界面，充分考虑操作人员的操作习惯，操作人员不需要经过特别专业训练就能够进行使用，工作效率高。 易管理

实现分级管理，授权服务的原则，设置程序管理员，对于不同的级别权限使用进行合理的管理。 易维护

平台的一致性强，便于维护，并具备自诊断功能，支持多种通讯方式：RS232、RS485、TCP/IP网络及GPRS无线通讯等。 保证质量

远程操作与自动控制能及时调节各种参数，并反馈迅速，保证所调温度在用户适宜的温度范围内。系统在调节过程中应流畅，不能无故出现卡涩、停顿等故障。 节约投资

另外在如何保证工程质量的同时，减少投资是每一个工程项目都要面对的问题。要求在保证工程质量、满足供暖要求的前提下，尽量节约改造资金。

三、 系统组成及要求

系统由换热站的自动控制系统、各个换热站与监控中心之间的通讯系统、监控中心管理系统三个部分构成。（以下图为例）

2

系统构成示意图

换热站PLC控制系统可独立完成本地控制。各个换热站利用通讯系统将现场监测数据、运行状态数据传给监控中心管理系统，同时接受监控管理软件进行的运行参数调整。各个换热站与监控中心采用GPRS通讯方式(或专用光纤)。

监控中心管理系统安装在中央调度室的工控机上，通过网络和下位的换热站通讯模块相连，完成换热站运行与管理系统数据之间的数据交换，既可以监视各换热站的运行情况，也可以调整换热站的运行状态。 四、 无人值守换热站的自动控制系统

换热站由汽-水换热器组成的换热系统、循环水泵组成的循环水系统、补水泵组成的补水系统来构成。在控制过程中，需要采集大量的物理量，如压力、温度、流量等模拟量参数，通过PLC控制器对这些参数进行实时采集和处理。换热站PLC控制系统对一次网的电动调节阀、二次网的循环系统、补水系统等控制对象实施控制，实现换热站系统的自动控制（是否采用全自动控制？）。

无人值守换热站的自动控制系统主要完成数据采集、自动控制、参数存储、实时通讯、故障报警等功能。可独立完成本地控制，也可受控于监控中心。

3

1、 换热站数据采集

将站内的温度、压力、流量、水箱水位、电动调节阀状态、补水泵的启停状态、循环泵电流、电压、报警等参数采集、显示并上传监控中心。

换热站监控参数包括：  室外温度

 一次网的供（蒸汽）/回水压力、温度  一次网的流量、热量、累积流量、累积热量  一次网除污器差压  二次网供/回水温度、压力  补水流量、累计流量  水箱液位

 循环泵电压、 电流、功率、频率；  补水泵电压、 电流、功率、频率；  一次网电动调节阀阀门开度；  二次网回水泄压电磁阀状态；  补水电磁阀状态；  补水流量  自来水压力  自来水流量

 循环水泵和补水泵的启停及运行状态等；  运行参数的越限报警； a二次侧供水压力过高 b二次侧供水温度过高 c二次侧回水压力过低 d二次侧回水压力过高 e水箱水位超高、超低 f循环泵电流高报警 g循环泵缺相报警 h停电报警

4

i 自来水停水报警

2、 换热站系统控制

换热站的调节系统采用PID调节控制，通过设定运行参数，控制一次网电动调节阀的开度，实现调节过程，保证用户室内温度达到规定；完成循环水泵进行自动控制，补水泵进行自动控制；水箱水位自动控制；系统停电控制；停水控制。对其故障实现实时报警和连锁启停切换控制。

具体调节控制单元如下：

 换热器二次供水温度调节控制回路

根据本地的气候条件以及供热对象的特性，给出一条室外温度与二次供水、回平均温度之间的对应曲线。控制器通过这条曲线根据室外温度传感器测量的室外温度，通过控制换热器一次供汽管网出口电动调节阀，实现换热器二次侧热水出口温度的自动控制。满足用户室温要求。  除污器控制

根据除污器前后压力差，自动调节控制除污阀门，保证正常工作。  循环泵控制

可设计为循环泵+调节阀控制二次侧进出口压差的设计方案（但不利于节能的目的），因此最好采用变频控制方案。

变频循环泵控制二次网可实现：

(1) 在自动状态下，根据实际供热情况是实现循环泵的开动台数； (2) 变频循环泵变频调速使二次侧进出口压差处于恒定；

(3) 若二次侧回水压力低于预设的回水压力下限值，循环泵自动减速运行；

若二次侧回水压力高于预设的回水压力上限值，循环泵将自动提速运行； (4) 控制回路在手动状态下，操作员可以通过控制柜上的按钮进行启/停、加

/减速控制。  补水调节控制回路

通过二次管网回水压力控制变频补水泵的开启、调节和停止。实现二次回水压力的定压自动控制。

(1) 控制系统在自动状态下，变频补水泵要使二次侧回水压力处于恒定； (2) 当二次侧回水压力低于回水压力下限值时，补水泵自动启动，当二次侧

5

回水压力高于回水压力上限值时，补水泵停止（补水箱水位条件要满足）； (3) 控制回路在手动状态下，操作员可以通过控制柜上的按钮进行启/停、加

/减速控制。

当二次网由于意外原因造成回水压力过高时，则开启回水压力泄压电磁阀。

 补水水箱控制

补水水箱底部侧面安装一台液位变送器，用于测量水箱水位。水箱进水管道上安装一台电磁阀，用于水箱补水。当水箱水位低于设定值时开启电磁阀，当水箱水位高于设定值时关闭电磁阀。

当水箱水位超高时向监控站报警。 当水箱水位超低时向监控站报警。  自来水停水控制

当自来水停水时，系统停运。其控制方式为首先回水压力低时，起动补水泵，当水箱水位超低时，同时自来水无压力，即判断为自来水停水。此时，停补水泵。当回水压力过低时，停一次网电动调节阀、随后停循环泵。  系统停电控制

PLC控制系统柜内安装一台UPS备用电源。当PLC检测到系统突然停电时，关闭一次网电动调节阀、补水电动调节阀。  循环泵异常控制

循环泵异常停运时，PLC控制系统关闭一次网电动调节阀。同时，维持补水系统自动运行。  一次网停水控制

当中心接到电厂停止供汽命令后，对于短时停汽由监控站控制关闭一次网电动调节阀；对于长时间停汽时，除关闭一次网电动调节阀外，同时关闭循环泵，但不停补水系统，维持管网压力。  控制切换

无人值守换热站设计运行方式是全自动运行（是否采用全自动？），当控制系统或设备或需要时，其控制方式可切换为手动运行方式。

6

（1） 手动调节一次管网电动调节阀和补水箱电动调节阀； （2） 手动控制循环泵和补水泵启、停，增、减泵的转速； （3） 除污器手动控制。

3、 换热站设备组成

换热站设备由PLC控制柜、现场电动门柜、现场仪表、执行机构、二次显示仪表及GPRS DTU（或专用光纤）等组成。

a) PLC控制器

西门子PLC控制器具有高可靠性和高稳定性。该系统由CPU模块、模拟量输入模块、显示模块、+24V电源和控制箱等组成。 b) 温度变送器

温度变送器分室外温度变送器、工艺管道温度变送器。

室外温度变送器：测量范围-50℃ 至 +50 ℃；感温元件Pt100；电源电压

24VDC输出信号4-20mA。

工艺管道温度变送器：测量范围0℃ 至 +500 ℃；感温元件Pt100；电源

电压24VDC输出信号4-20mA。

c) 压力变送器

压力量程1.0 MPa（1.6 MPa）、精度等级优于0.5级；工作电压24VDC输出信号4-20mA。 d) 液位变送器

量程2米（6米）、精度等级优于0.2级；工作电压24VDC输出信号4-20mA。 e) 电动调节阀

换热站作为量调（或质调）用的电动调节阀其重要性毋庸置疑，能否达到用户满意的调节效果及节能降耗效果，电动调节阀的选用至关重要。

选用电子式电动调节阀，供电电压为220VAC，输入4~20mA，反馈4~20mA。同时电动调节阀应具有以下几个特点：

 精度高：调节阀电动执行机构可以具有定位精度在1%以上。

 可靠性高：电动调节阀长期无故障运行是保证供热系统可靠运行的关键。

7

 抗压差能力强：不能出现前后压差较大时会出现无法开启或会出现较大

的振动。

 调节性能好：调节阀可调量程比为1∶50以上，方能满足用户的供热需

求。

 泄露量小：泄漏量应满足10-5~10-6。  体积小  性价比高

 引进国外先进技术，性能优越，价格适宜，性价比高。 f）变频器

输入电压：380VAC 50Hz/60Hz 输出频率0.1~600 Hz

输出容量：根据具体情况而定

控制方式：为无感矢量控制技术/VF控制/输出功率（转矩）控制 调速范围：1：100

模拟输入：0~5/10V，4~20mA

模拟输出：pwm信号经滤波后输出，可设定pwm脉冲输出（10V） 另外，应具有保护功能，显示功能，RS-485串口等功能。 g）流量热量计

流量计选用电磁流量计，若需测量热量配对铂电阻。

流量计要求：测量介质导电率＞20uS/cm，精度1.0级以上，工作温度-25~150℃，220VAC50 Hz供电，RS-485接口，4~20 Ma输出功能。 h）GPRS DTU（或专用光纤）

GPRS DTU用于传输信号的无线通讯模块。

四、 换热站监控中心管理系统

在中央控制室的安装了监控中心远程监控管理系统，该系统主要用于监控和

8

调整各个换热站运行，包括以下几个方面的内容：

 工艺流程总图显示

在画面中通过编程实现模拟显示整个换热站现场进汽供水的全过程，并且在换热器本体上实时显示各工艺段的运行情况，包括该工艺流程图、所有的设备状态、所有的工艺参数以及各控制回路的详细参数等。以便于操作者能及时准确的掌握换热站的具体运行情况，能够对现场设备的故障进行实时诊断。  调节回路显示

包括所有调节回路，可修改设定值、控制方式、调节参数等。  设定值显示、报警记录

包括所有调节回路及顺控回路等的设定值、控制方式、调节参数及报警值等。

对于如进汽流量、供水压力、回水压力、供水温度、循环泵三相电流、电压等一些重要的模拟量输入参数进行实时报警，当处于监控下的任何一个变量超出预先设定的安全值时，立即进行声光报警，通过报警一览表对话框可以检查报警超出的范围以及错误来源，并对此采取相应的措施。  标准功能画面显示

包括实时报警显示、历史报警显示、趋势曲线显示、操作记录显示等。  报表显示和打印

用户可以随心所欲地编制各种各样的报表，并可以进行打印。  历史数据的存储与检索

对重要的数据进行在线存储。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式来检索历史数据。  历史趋势

在此画面中除了实时显示变量的变化趋势，操作员还可以检查过去的过程数据记录，通过对过去历史趋势的比较进而可以对变量未来的发展趋势做进一步的预测。

9

 远程组态

在监控计算机上可以对换热站的运行方式进行远程组态，必要时直接远程操作换热站的设备，如停泵、调整调节阀开度等工作。此项功能需要较高的工程师权限，一般工作人员不能使用。  系统的安全管理

对重要设备的操作、重要参数的修改均会自动记录，包括登录的操作员、对设备进行的操作、时间以及修改前的参数值、修改后的参数等，以利于进行管理及事故分析；

另外，系统设置为多用户方式，各类用户均有自己的用户名和密码，对应不同的安全级别，决定了操作员可观察的范围、可使用的功能、可修改的参数等。

五、远程视频监控

在中央控制室还应安装视频监控系统，实现人工操作与视频监控的同步，及时发现现场出现的意外状况。

（1）云台与电动镜头的控制，可进行预置位、巡航、轨迹的设置与调用，可实现自动或手动360度全视角监控；

（2）具有夜视功能，在夜间也能够实现监控；

（3）具有报警输入、移动侦测报警、遮挡报警、报警联动输出等报警功能； （4）自动存储视频记录，采用PS标准封装的码流存储格式。支持定时和事件两组视频编码参数。支持按事件查询录像文件。支持冗余录像。

（5）视频记录设置为24小时不间断存储视频记录时，硬盘可存储6个站1个月的记录，设置为移动侦测记录即有人进入或有物体移动时存储视频记录时，可大大提高硬盘存储记录的时间，一般可存储一个采暖季的记录。

10

无人值守换热站设备

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 设备名称 流量计算仪 中心站路由器 远程数据采集系统软件 工程师站 操作员站 就地控制系统 合计 安装调试费 税金 总计 型号厂家 数量 单价 3台 1个 1套 3台 3台 3台 总价 备注 注： 就地控制系统含控制柜、内部PLC控制系统、直流电源、UPS、通讯模块、继电器、手/自动切换、调节、报警指示等。

注：1、三台换热站蒸汽压力1.3MPa，温度230℃；中坪、机械厂换热站蒸汽压力0.6MPa

左右。供热循环水温度60℃左右。 2、估价单位为万元。

11

中坪换热站 设备一览表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 名称 温度变送器 压力变送器 电动调节阀 温度变送器 压力变送器 电磁流量计 电磁阀 压力变送器 温度变送器 压力变送器 电接点压力表 变频器 电磁阀 变频器 液位变送器 电磁阀 压力变送器 压力变送器 电力参数采集 电力参数采集 室外温度变送器 就地控制柜 电动门 电动门控制柜 安装位置 一次管网供汽管 一次管网供汽管 一次管网供汽管 一次管网回水管 一次管网回水管 二次管网供水管 规格型号 0-300℃ 1.6Mpa 0-100℃ 1.6Mpa 1级 台数 单价 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 1 4 1 1 1 2 5 4 1 1 46 1 总价 12

二次管网供水管除污器 二次管网供水管除污器 1.6MP 二次网总供、回水管 二次网总供、回水管 二次网总回水管 二次网循环泵 二次网回水管 补水泵 软水罐 补水供水管 自来水供水管 补水泵进出口管 循环泵 补水泵 室外墙壁上 换热站控制室 换热器、供热管等 就地现场指定安装 0-100℃ 1.0Mpa YX-150 6米 1.0Mpa 1.0Mpa ZT-2 ZT-2 SWC 合计

三台换热站设备一览表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 名称 温度变送器 压力变送器 电动调节阀 温度变送器 压力变送器 电磁流量计 电磁阀 压力变送器 温度变送器 压力变送器 安装位置 一次管网供汽管 一次管网供汽管 一次管网供汽管 一次管网回水管 一次管网回水管 二次管网供水管 二次管网供水管除污器 二次管网供水管除污器 二次网总供、回水管 二次网总供、回水管 规格型号 0-300℃ 1.6Mpa 0-100℃ 1.6Mpa 1级 1.6MP 0-100℃ 1.0Mpa YX-150 台数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 1 1 2 2 2 1 1 44 1 单价 总价 13

电接点压力表 二次网总回水管 变频器 电磁阀 变频器 液位变送器 电磁阀 压力变送器 压力变送器 二次网循环泵 二次网回水管 补水泵 软水罐 补水供水管 自来水供水管 补水泵进出口管 6米 1.0Mpa 1.0Mpa ZT-2 ZT-2 SWC 电力参数采集 循环泵 电力参数采集 补水泵 室外温度变送器 就地控制柜 电动门 室外墙壁上 换热站控制室 换热器、供热管等 电动门控制柜 就地现场指定安装 合计

机械厂换热站设备一览表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 名称 温度变送器 压力变送器 电动调节阀 温度变送器 压力变送器 电磁流量计 电磁阀 压力变送器 温度变送器 压力变送器 电接点压力表 变频器 电磁阀 变频器 液位变送器 电磁阀 压力变送器 压力变送器 变频器 电力参数采集 电力参数采集 电力参数采集 室外温度变送器 电动门控制柜 电动门 安装位置 一次管网供汽管 一次管网供汽管 一次管网供汽管 一次管网回水管 一次管网回水管 二次管网供水管 二次管网供水管除污器 二次管网供水管除污器 二次网总供、回水管 二次网总供、回水管 二次网总回水管 二次网循环泵 二次网回水管 补水泵 除氧水箱 补水供水管 自来水供水管 补水泵进出口管 除氧水泵 除氧水泵 循环泵 补水泵 室外墙壁上 就地现场指定安装 换热器、供热管等 规格型号 0-300℃ 1.6Mpa 0-100℃ 1.6Mpa 1级 1.6MP 0-100℃ 1.0Mpa YX-150 台数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 2 1 1 1 2 3 2 3 2 1 1 31 单价 总价 2米 1.0Mpa 1.0Mpa ZT-2 ZT-2 ZT-2 SWC 合计

14

15