毕业论文_胜利油田热力系统运行优化问题研究

中图分类号F2734单位代码10425学号G0908061胜利油田热力系统运行优化问题研究学科专业工业工程研究方向热力系统运行优化研究作者姓名崔滨指导教师孙淑萍二一二年三月CANDIDATEXXXSUPERVISORXXXSCHOOLOFECONOMICS美国中部主要为电采暖，南部主要为空调采暖制冷美国北部也有一部分地区采用电采暖，但更多地区则采用燃油或燃气采暖。欧洲则是北欧丹麦、芬兰、瑞典主要以集中热水供暖为主娜威石油、电资源丰富，主要采用集中热水供暖、电采暖冰岛地热资源丰富，主要采用地热采暖瑞典的主要为热泵供暖。西欧的英国主要采取集中供热法国以电采暖为主。南欧的意大利、葡萄牙夏季炎热、冬季相对温暖，一般采用空调供暖。东欧国家、俄罗斯夏季温度较低，冬季却非常严寒，集中供热是其主要的供暖方式。14论文拟采用的研究方法及技术路线在掌握大量国内外研究资料以及油田热力系统现状的基础上，论文主要采用以下几种研究方法（1）专家访谈与实地调查通过对熟悉热力行业的专家进行访谈调查和对油田热力企业实地调查，获取油田热力系统运行的相关信息；（2）比较分析通过比较分析，确定油田热力系统优化运行的目标，在此基础上构建油田热力企业战略发展的路径以及实施措施。当前国内针对热力系统的节能技术研究日趋成熟，比较先进的利用太阳能供暖的技术还在研究完善阶段。目前仅在天津市少量试点，热电联供中心与胜利发电厂合作在油田运发小区25居民楼进行了太阳能试点，所得效果比较理想。但由于是对老区房屋还要进行墙体保温、中空窗户更换，导致投资较大，平均每户要超过2万元。因此在成本未下降之前，近期大面积推广太阳能供暖技术的可能性不大。目前国内对于目前热力系统的改造主要基于以下四点1对于城区集中区域实行集中供暖，有条件的可以实施热电联产，实现余热供暖，从而节约能源；（2）应用先进的科学技术和节能技术改造，综合利用自动控制、远程监控、电伴热、水力平衡等先进技术和设备，对热力系统实施锅炉燃烧自动控制、供热管网水力平衡、电伴热取代蒸汽锅炉、锅炉房运行远程监控及室温远程监测、锅炉烟气余热利用等节能技术改造项目，实现锅炉充分燃烧、供热水力平衡、系统科学调节，以此增加锅炉热效率，使热力系统运行更趋于科学、高效、优化；（3）用燃煤锅炉取代燃油锅炉；（4）由于近年来国家加强了节能减排力度，因此远离城区的小于10吨的燃煤锅炉属于取缔范围之内，因此建议利用水源热泵技术和地热相结合的方式供暖。2热力系统优化相关理论技术概述21供热系统概述集中供热系统自1877年美国开始采用，到现在为止已有一百多年的历史。在集中供热网的运行调节和调控这一领域，北欧的一些国家调控手段较完善，调控设备质量高，控制技术成熟，取得了较好的效果，但是这些国家的集中供热系统需要造价较高的调控设备，而且需在住房建筑方面进行相应的建设，总体投资较大，我国大部分地区的集中供热系统不宜采用这些国家的调节与控制方法。我国的科研人员提出了适合我国国情的采暖系统规划设计和调控手段，在热电联产、集中供热等方面取得了长足进步。但在供、换热站热效率与供暖指标、以及环保指标等方面还和欧美发达国家存在一定的差距，其中重要的原因之一是供热网络系统的参数检测、传输与控制方案构成有待采用新技术进行提升。集中供热系统包括供热站热电厂、锅炉、换热站、传输管网和用户几部分组成，其中，换热站是供热网络向用户供热的连接场所，目前大型热电联产系统大多采用间接连接的供热方式。热电厂提供的高温过热蒸汽经电厂换热站汽一水换热器形成高温热水，由一次管网送至各换热站，高温热水再由板式换热器水一水换热器形成供暖热水由二次管网送至用户。由于各热力站之间水力、热力工况相互影响，过去采用的各热力站独立调节的方法在控制效果上不太理想。按建筑物使用性质的不同，供暖制度可分为两大类其一是连续供暖制度，即24小时内都是使用时间，要求室内平均温度全天都保持设计温度。其二是间歇供暖，即每天并不是24小时供暖，甚至每周内也不是每天都要求供暖，只要求在使用时间内的室内平均温度保持设计温度，其它时间可以降低温度。传统调节方案包括两点热源侧温度调节，根据外温和换热站热负荷和运行情况的变化，调节一次网的供回水温度；热源流量均匀调节，热源侧调节各换热站一次网侧的高温热水流量，将热量按设计的在全网内均匀分配，实现均衡供热。基于上述观点，工程上已涌现了许多检测控制方法。目前，大部分采暖热交换系统的运行方式是在整个采暖季中根据气候分阶段进行阶梯式流量调节，在每个流量调节阶段中配合进行供水温度调节。为保证室温度稳定且具有一定的舒适感，换热站的出水温度在整个采暖季中变化幅度较大，变化的速度和气候的变化及用户建筑的保温特性有关H1。当二次水流量较大时，滞后时间小，二次回水温度高；当二次水流量较小时，滞后时间大，流速慢，二次回水温度底。集中供热网由于存在非线性、时变性、大的时间滞后环节等因素，同时各热力子站之间的流量调节具有交互耦合性，管网的很多参数又是随着具体情况而改变的，很难建立过程的精确数学模型，使传统控制理论的应用受到限制。目前，城市集中供热系统所存在的主要问题是运行的室外管网多为枝状管网，近热远冷，水力工况失调，导致只能用大流量超负荷供热来保证供热标准；室内多采用单管系统。各热用户不能根据室内温度调节热量，造成热能浪费；目前城市供热系统大多数不能根据室外温度变化而适时有效地调节供热流量和供水温度。同时随着人民生活水平的提高，对供热质量的要求也越来越高，主要表现在以下几个方面稳定供热不论室外天气如何变化，室内应始终保持温差在一定的范围例如2之内。均衡供热不论接近还是远离热源的用户，都能保证温度稳定，特别是当天气寒冷且热源不充足时，用户的室温亦应是均衡的。按需供热保证在外温或者用户负荷发生变化时，系统总供、需热量相匹配，以达到保证热量并降低成本，节约能源的要求。22供热系统的构成供热系统是由热能转换（热源）、热能输配和热能消费三大部分组成的。热源的热能发生装置和变换装置有热电厂、锅炉房和其它转换装置等。目前，我国的能源以煤为主，燃油，燃气次之，还有核能、电能、地热能等多种热源。热能输配部分主要是由管网传输、分配、回收和控制等元件组成。热能消费部分主要是工业用热包括产品工艺用热、辅助生产用热；民用用热包括生活设施用热和采暖设备用热等。1从结构上讲，一方面，热源、热网传输、采暖用户这三大部分构成一个严密的供热系统、任何一部分或该部分的子系统出现故障或停运，都将影响整个系统的正常运行；另一方面，这三部分相对比较独立，都有各自的独立系统。热源有自身的规律，其内部有许多相应的配套系统，热能发生或转换效率的高低，主要由其内部的子系统和发生装置本身所决定。热源的转换效率与锅炉容量大小，锅炉配套水平，计量监测仪表，工人操作技能和管理水平等因素有关。管网从功能上讲，它只有传输作用，实际上管网有许多并联环路，压力、流量按热负荷分配比较复杂。水力工况直接影响供热系统的热力工况，水力工况失调影响传输效率的降低，也直接影响供热系统效能的发挥。热用户由于用热设备是由工艺条件所决定的，其用热设备种类繁杂，形式多种多样，导致用热效率高低不。采暖用热，由于建筑采暖性质不同，建筑结构亦直接影响供热系统。因此，供热系统是一个系统工程。1供热系统要达到减少损失、节省热能的目的，必须对能源转换、输送、使用等各个环节，用系统工程的观点去考虑，才能分清问题的主次和应采取的步骤、方法。制订全面适合的规划，不仅着眼于一台设备的改造和提高，而且要从整个系统去开展工作，才能获得较大的节能效果，提高能源利用率。123供热系统存在的主要问题231供热系统的能源效率低（1）锅炉房的综合效率低胜利油田热力系统多数锅炉房使用年限超过15年，部分超过20年，锅炉及附属设施老化严重，耗能大，受投资连年减少的影响，设备更新换代较慢。（2）管网输送效率低，管网热损失大受施工工艺和施工质量及水力失衡的影响，管网传输热损失比较大，阀井池和膨胀器等部位成为冒汽点，据初步统计胜利油田热力系统仅一级网冒汽点已经超过了100个，部分一级热网损失超过了10，致使部分集中供热系统不能实现大温差、小流量的节能运行模式，为防止冒汽点冒汽转而不得已采用大流量、小温差的运行模式，例如河口城区的集中供热系统就是如此。（3）用热设备效率低（4）供热系统的能源利用率低受传统设计工艺影响，燃油锅炉房炉前伴热系统普遍采用穿心管蒸汽伴热方式以期达到最佳雾化效果，然而仅此蒸汽伴热就需单独运行一台24T/H蒸汽锅炉，极大地浪费了能源。232环保重视不够普遍存在污染问题，2012年1月1日起国家制定新的SO2和烟尘排放标准，而胜利油田热力系统按照新标准普遍存在超标排放问题，急需更新改造。233供暖标准低（1）室内温度偏低，又无调控手段受老式房屋建筑普遍未采用节能保温设计，当按照优化的供暖曲线运行时室内温度明显偏低；当提温运行时，部分节能保温建筑温度偏高，浪费大量能源。（2）间歇供暖，室温波动大根据室外温度的变化调节燃烧状况可依据PLC自控系统的智能调节解决人工的间歇供暖温度，达到运行优化、节约能源的目的。（3）采暖时间短124提高供热系统综合效益的途径241用系统工程的观点统一考虑供热系统的综合效益1提高供热系统的综合效益，要对能源转换、输送、使用、管理等各个环节，用系统工程的观点统一考虑，才能分清主次，从而采取相应的步骤，制定出合理的规划，争取有好的效益。242供暖系统采用的节能技术1一、积极推广热网设计，采用先进的流量调节元件过去的热网设计不管阀门的功能如何，一律采用传统的闸阀和截止阀，给运营管理的初调节带来困难。为了解决热网水力不平衡引起的热力不平衡，应进行系统水力平衡计算，按管路阀门的功能，积极推广使用线性流量特征或百分比流量特性的调节阀。管路阀门的功能，积极推广使用线性流量特性或百分比流量特性的调节阀，如平衡阀P8F16，P18F16、调配阀RHV25200和自力式流量调节阀等，为运行管理创造物质条件。运行管理应认真做好初调节，在运行调节中采用由室外、室内、供回水温度传感器、温度变送器、多路开关、计算机、双数字显示及温度越限报警等部件组成的智能采暖系统量化管理仪器，提高供暖质量，节约能源。结构如下图所示。工作原理上图中手动调节阀阀口流量系数K值，由手动改变开度设置，流经自力式流量控制阀流量GKVV阀口流量如P2P3不变，则G不变，如此可以保证手动调节阀每一个开度唯一对应一个不变的流量。各开度和流量的关系由试验台试验标定。P2P3的值由自力平衡阀控制在一定范围内，其控制机理为自力平衡阀阀塞的每一个静止位置都有下列力的平衡关系P2P3N/SS薄膜工作面积N弹簧力特制的弹簧保证在自力平衡阀阀塞的全位移行程内，弹簧力最大变化率仅为5，则流量的最大偏差小于3，计入数显精度等因素，综合流量偏差小于5。控制热负荷指标热负荷基数偏大，锅炉、水泵，散热器及管道等选用都偏大，不但增大建设初投资和占地面积还加大了供暖运行成本，浪费了能源。二、应用变频调速节能蒸汽锅炉的给水、供油泵、外网补水、鼓（引）风机拟采用变频技术，以确保控制系统的准确性和先进性。通过风机系统特性曲线图可以看出随着流量的增加，风机的静态压力下降。现假定风机效率最大时的工作点是A点，当需减少风机的供风量时，过去经常采取调节阀门的方式，增加系统阻力来满足要求（见工作点B），这种方法不但不能节能，反而会加快风机的效率损耗；采用变频调速技术后，当上述工况出现时，就可通过变频调速装置，降低异步电机转速，使系统重新达到平衡（见工作点C），从C点可看出，电机转速虽然降低了，但对风机效率影响不大。风量速度降低阻力增加系统特性风机特性风机系统特性曲线图风机的风量与转速的一次方成正比，而轴功率与转速的立方成正比，因此，当风机的风量在较大的范围内频繁发生变化时，采用变频调速装置对风机转速加以控制，将会取得非常显著的节电效果。例如当风机的风量要求为100时，阀门完全打开，此时阀门调节与变频调节的耗电量一样，为1，当风机的风量要求降到80时，若使用阀门调节，风机耗电量不变；若使用变频调速，风机耗电量为0830512与阀门调节相比，耗电量降低了488。水泵与风机工作原理类似，采用变频技术调速具有同样效果。变频器安装相当简单，把它与风机或水泵电力线路串联，改变电力交流电工作频率。如下图采用补水变频调速定压，维持恒压点，压力恒定不变是供暖系统正常的基本前提，但因定压设备存在安装或运行操作不当等问题，往往“定压”运行实际上变成了“变压”运行。由于膨胀水箱定压受使用范围的局限，定压罐价格昂贵、操作复杂，因而，压力BCA变频器配电柜（50HZ）水泵或风机（30HZ）控制信号补水泵定压得到广泛的应用，但补水泵连续运行费电，间歇运行压力波动大。补水泵变频调速定压，省电且补水压力稳定，运行可靠，无人管理，因此受到普遍的欢迎。较大型工业锅炉应积极采用微机监控，以提高锅炉热效率。根据锅炉平时负荷情况，在可能的情况下，锅炉鼓风机、引风机的风量、风压调节，应由自控风门开度改为变频调速技术。当锅炉负荷在低负荷运行时，鼓风机、引风机电机改为变频调整，锅炉辅机将大幅度节电，一般节电为3050当锅炉负荷经常处于满负荷额定负荷的情况，则辅机改为变频调速意义不大。三、室外供热系统控制方式选择外网的集中控制应立足于国情，采用以自力式装置为主并配以简单控制装置的形式，以尽量少的投资达到基本控制功能。自力式控制装置主要有两种形式一种为差压控制器一种为流量限制器。差压控制器在变流量系统中保持压力恒定；流量限制器限制相连用户的流量，避免用户间的争流现象。在国外的供热系统中，压差控制器是与热量计、温控阀相配套的主要设备。通常要求，不但在热力站、热入口安装，甚至在室内各立管上都要安装压差控制器。由于这种压差控制器价格很贵，因此，确定其合理的使用范围就显得非常必要。安装压差控制器的基本功能是消耗掉多余压头，保证要求的资用压头，以满足配套设备正常工作。如在换热器前安装压差控制器，可防止换热器内水流速过大，超过允许压降。在限流器亦称自力式温控阀、流量调节阀、平衡阀调节阀、温控阀前安装压差控制器，一般有三个作用1保证工作压差不超过最大允许压差；2保证通过的流量限制在最大流量范围以内；3保证不产生噪音和气蚀现象。下面分别从传统的集中式热力站和调节灵活的分散式小型热力站出发，针对不同的室内系统形式，分析适合热计量的室外供热系统应采取的控制模式。四、采用集中式热力站的室外供热系统（1）室内采暖系统为单管跨越式当采用集中式热力站时，对于室内为单管的供热系统，为同时满足未调节用户和被调节用户流量的要求，用户入口应加流量限制器控制流量恒定。同时用户压力必将增加，即作用在被调节用户温控阀上的压差增加，但由于单管系统温控阀设计压降较小，即使压降增加，温控阀仍可正常工作。所以单管系统加跨越管后能适合具有温控阀的可调节供热系统。但单管系统要求定流量的特点，将增加水泵电耗。（2）室内采暖系统为双管系统对于采用集中式热力站的供热系统，若室内系统为双管系统，为同时满足未调节用户和被调节用户的要求，应在用户入口处设差压控制器，且应选择差压控制器与用户串联的方式。循环泵应采用变频控制，水泵变频后，各用户流量、压降均达到设计要求，降低了节点压力；同时水泵转速的大幅度降低，充分体现了交流量系统的节能效益。五、采用分散的小型热力站的室外供热系统（1）室内系统为单管跨越式系统由于单管系统要求定流量的特点，二次循环泵应定流量运行。由于系统小，室内温控阀调节后系统阻力虽有增加，但相对二次循环泵而言较小，而且单管温控阀设计压降小，温控阀本身不易产生噪声。控制上，不必设如流量限制器等控制设备，只要二次循环泵定流量运行即可保证用户要求。（2）室内系统为双管系统对于室内为双管的采暖系统，循环泵应采用调速控制，在实现节能运行的同时，降低温控阀调节产生的过高压降，此时各立管可不必安装自动平衡阀。若循环泵不采用调速控制，对阻力较大的系统，当循环泵扬程恒定时，随着流量的降低，作用在温控阀上的压降将随之增大。若无任何压差控制，温控阀处有产生噪声的危险。六、供热系统的微计算机监控概述在生产和科学技术的发展过程中，自动控制起着重要作用。自动控制的含义是十分广泛的，任何正在运行中的设备和正在进行中的过程，没有人的直接干预而能自动地达到人们所预期效果的切技术手段都称为自动控制。在热工过程中，自动控制主要包含以下几个主要内容1自动检测自动检查和测量反映热工过程运行工况的各种参数，如温度、流量、压力等，以监视热工过程的进行情况和趋势。2顺序控制根据预先拟定的程序和条件，自动地对设备进行一系列操作。3自动保护在发生故障时，能自动报警，并自动采取保护措施，以防事故进步扩大或保护设备使之不受严重破坏。4自动调节有计划地调整热工参数，使热工过程在给定的工况下运行。任何热工过程，为满足生产的需要，为保证生产的安全、经济，就要求热工过程在预期的工况下进行。但由于各种因素的干扰、影响，必须通过自动调节，克服运行工况的偏离。因此，自动调节是最经常起作用的一种自动控制职能，所以有的文献把自动调节称为自动控制。1供热系统自动监控的必要性3由于我国供热系统管理运行跟不上供热规模的发展，绝大多数系统仍处于手工操作阶段，从而影响了集中供热优越性的充分发挥。主要反映在缺少全面的参数测量手段，无法对运行工况进行系统的分析判断；系统工况失调难以消除，造成用户冷热不均匀；供热参数未能在最佳工况下运行，供热量与需热量不匹配；故障发生时，不能及时诊断报警，影响可靠运行；数据不全，难以量化管理。计算机自动监控，恰好弥补了上述不足。概括起来，可以实现如下五个方面的功能（1）及时检测参数，了解系统工况通常的供热系统，由于不装或仅装少量遥测仪表，调度很难随时掌握系统的水压图和温度分布状况，结果对运行工况“情况不明，心中无数”，致使调节处于盲目状态。实现计算机自动检测，可通过遥测系统全面及时测量供热系统的温度、压力、流量等参数。由于供热系统安装了“眼睛”，运行人员即可“居调度室而知全局”。全面了解供热运行工况，是一切调节控制的基础。（2）均匀调节流量，消除冷热不均对于一个比较复杂的供热系统，特别是多热源、多泵站的供热系统，投运的热源、泵站数量或投运的方式不同，对系统水力工况的影响也不同。因此，消除水力工况失调的工作，不是单靠系统投运前的一次性初调节就能一劳永逸的。这样，系统在运行过程中，经常的流量均匀调节是必不可少的。除自力式调节阀外，其他手动调节阀将无能为力。计算机监控系统，则可随时测量热力站或热用户入口处的回水温度或供回水平均温度，通过电动调节阀实现温度调节，达到流量的均匀分配，进而消除冷热不均现象。（3）合理匹配工况，保证按需供热供热系统出现热力工况失调，除因水力工况失调外，还有一个重要因素，即系统的总供热量与当时系统的总热负荷不一致，从而造成全网的平均室温或者偏高或者偏低。当“供大于需”时，供热量浪费；当“需大于供”时，影响供热效果。在手工操作中，保证按需供热是相当困难的。计算机监控系统可以通过软件开发，配置供热系统热特性识别和工况优化分析程序。该软件可以根据前几天供热系统的实测供回水温度、循环流量和室外温度，预测当天的最佳工况供回水温度、流量匹配，进而对热源和热力网实行直接自动控制或运行指导。（4）及时诊断故障，确保安全运行目前我国在供热系统上尚无完备的故障诊断系统，系统故障常常发展到相当严重的程度才被发现，既影响了正常供热，也增加了检修难度。计算机监控系统可以配置故障诊断专家系统，通过对供热系统运行参数的分析，即可对热源、热力网和热用户中发生的泄漏、堵塞等故障进行及时诊断，并指出故障位置，以便及时检修，保证系统安全运行。当然对于计算机监控系统本身也可以进行故障诊断，发现问题，及时处理。（5）健全运行档案，实现量化管理由于计算机监控系统可以建立各种信息数据库，能够对运行过程的各种信息数据进行分析，根据需要打印运行日志、水压图、煤耗、水耗、电耗、供热量等运行控制指标。还可存贮、调用供回水温度、室外温度、室内平均温度，压力、流量、故障记录等历史数据，以便查巡、研究。由于计量能力大大提高，因而健全了运行档案，为量化管理的实现提供了物质基础。供热系统的计算机自动监控，由于具备上述功能，不但可以改善供热效果，而且能大大提高系统的热能利用。一般在手动调节的基础上，供热系统还能再节能1020左右。七、计算机与仪表控制的对比4锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。工业锅炉采用微机控制和原有的仪表控制方式相比具有以下明显优势（1）直观而集中的显示锅炉各运行参数。（2）可以按需要随时打印或定时打印，能对运行状况进行准确地记录，便于事故追查和分析，防止事故的瞒报漏报现象；（3）在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数；（4）减少了显示仪表。（5）提高锅炉的热效率。（6）作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。（7）锅炉是一个多输入多数出、非线性动态对象，诸多调解量和被调量问存在着耦合通道。（8）锅炉微机控制系统经扩展后可构成分级控制系统，可与工厂内其他节点构成工业以太网。这是企业现代化管理不可缺少的。综合以上所述种种优点可以预见采用计算机控制锅炉系统是行业的大势所趋。八、计算机监控系统的分类3目前通用的有如下几种计算机监控系统。（1）计算机直接数字控制系统简称DDC直接数字控制系统DIRECTDIGITALCONTROL简称DDC，计算机通过模拟量输入通道AI和开关量输入通道DI采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道AO和开关量输出通道DO直接控制生产过程。因此DDC系统是一个闭环控制系统，是计算机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式。计算机在对调节对象进行直接数字控制时，可根据被调参数的给定值和测量值的偏差等信号，通过规定的数学模型的运算，按一定的控制规律（如PID即比例积分微分调节），再算出调节量的大小或状态，以断续形式直接控制执行机制（如电动调节阀等）动作，实现计算机直接对调节对象（如供热系统）进行闭环控制。由于计算机要对几个甚至几十个回路进行控制，因而对一个控制回路来说，送到执行机构上的控制信号是断续的。当控制信号中断时，则必须保持原来执行调节机构的位置不变。所以，DDC控制系统实质上是一种断续控制系统。只要将采样周期取得足够短，断续形式也就接近于连续的模拟调节了。（2）监督控制系统简称SCC该控制系统是用来指挥DDC控制系统的计算机系统。SCC计算机系统的作用是根据测得生产过程中某些信息，及其他相关信息如大气变化因素、节能要求、材料来源及价格等等，按照预定数学模型进行计算，确定出最合理值，去自动调整DDC直控机的设定值，从而使生产过程处于最优状态下运行。由于SCC系统中计算机不是直接对生产过程进行控制，只是进行监督控制和决定直控系统的最优设定值，因此叫监督控制系统，以作为DDC系统的上级控制系统。（3）分级控制系统将各种不同功能或类型计算机分级连接的控制系统称为分级控制系统。在分级控制系统中除了直接数字控制和监督控制外，还有集中管理的功能。这些集中管理级计算机称为MIS级，其主要功能是进行生产的计划、调度并指挥SCC级进行工作。这一级可视企业的规模大小又分设有公司管理级、工厂管理级等。分级控制系统是工程大系统，所要解决的问题不是局部最优化的问题，而是一个工厂、一个公司的总目标或任务的最优化问题。最优化的目标可以是质量最好，产量最高，原料和能耗量小，可靠性最高等指标，它反映了技术、经济等多方面的要求。（4）分布式计算机监控系统分布式监控系统又可叫集散控制系统DCS，是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通讯网络技术、CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透发展而产生的。DCS系统是随着现代大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统，它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能。是完成过程控制、过程管理的现代化设备。由于计算机技术的发展，特别是单片机、单板机技术迅速发展和普及，可以将不同要求的工艺系统配以一个DDC计算机子系统，子系统的任务就可以简化专一，子系统之间地理位置相距可远、可近，用以实现分散控制为主，再由通讯网络，将分散各地的各子系统的信息传送到集中管理计算机，进行集中监视与操作，集中优化管理为辅的功能。分布式系统中各子系统之间可以进行信息交换，此时各子系统处于同等地位。各子系统之间也可不进行信息交换，它们与集中管理计算机之间为主从关系。分布式系统的控制任务分散，而且各子系统任务专一，可以选用功能专一，结构简单的专控机。它们可由单片机、单板机构成，由于电子元件少，提高了子系统的可靠性。分布式微机监控系统在国内外已广泛应用，有各种不同型号的产品，但其结构都大同小异，皆是由微处理机单片机、单板机为核心的基本调节器、高速数据通讯通道、CRT显示操作站和监督计算机等组成。与常规的集中式控制系统相比有如下特点1实现了分散控制。它使得系统控制危险性分散、可靠性高、投资减小、维护方便。2实现集中监视、操作和管理。使得管理与现场分离，管理更能综合化和系统化。3采用网络通信技术，这是DCS的关键技术，它使得控制与管理都具实时性，并解决系统的扩充与升级问题。25供热相关技术251PLC技术在锅炉中的应用现今锅炉控制技术仍比较落后，电机的控制主要依靠值班人员的手动操作，控制过程繁琐，并且无法对锅炉供水温度和管网压力变化做出实时的反应。为了改善这种状况，将PLC技术引入锅炉房的控制中的应用越来越引起人们的广泛关注。PLC又被称做可编程逻辑控制器PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER，是一种针对于自动化实时控制的数位逻辑控制器。OPC是以OLECOMDCOM技术为基础，采用客户服务器模式，为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准。这个标准定义了应用MICROSO操作系统在基于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法。其实质是在硬件供应商和软件开发商之间建立了一套完整的“规则”，只要遵循这套规则，数据交互对两者来说都是透明的，硬件供应商无需考虑应用程序的多种需求和传输协议，软件开发商也无需解硬件的实质和操作过程。这样不但避免了开发的重复性，也提高了系统的开放性和互操作性。由于它广泛采取了微机技术以实现各种控制功能，继而解决了使用传统的控制电路难以解决的问题，可以达到对锅炉系统的精确控制。OPC技术的实现由两部分组成，OPC服务器部分及OPC客户应用部分。通过COM接口，OPC客户程序可以和一个或多个提供商的OPC服务器连接。同时一个OPC服务器也可以同多个客户程序相连，形成多对多的关系。任何支持OPC的产品都可以无缝地实现系统集成。OPC服务器是一个典型的现场数据源程序，它收集现场设备数据信息通过标准的OPC接口传送给OPC客户端应用。OPC客户应用是一个典型的数据接收程序，如人机界面软件HMI、数据采集与处理软件SCADA等。OPC客户应用通过OPC标准接口与OPC服务器通信，获取OPC服务器的各种信息。符合OPC标准的客户应用可以访问来自任何生产厂商的OPC服务器程序。OPC作为一项逐渐成形的技术已得到国内外厂商的高度重视，许多公司都在原来产品的基础上增加了对OPC的技术支持。由于统一了数据访问的接口，使控制系统进一步走向开放，实现信息的集成和共享，用户能够得到更多的方便。OPC技术改变了原有的控制系统模式，符合OPC规范的软硬件的广泛应用，为工业自动化领域带来了新的发展前景。PLC作为现场工作站应实现以下功能对出水温度、回水温度、出水压力、回水压力、给煤量、鼓风量以及炉膛负压等信号实现高精度智能检测；对所有控制和检测的模拟量具有历史数据存储、实时数据动态显示、打印和报警功能；对所有的控制均能在上位机实现参数设定和远程控制；工艺流程能在计算机屏幕上动态显示；考虑到鼓风机与引风机运行顺序联锁，锅炉水位与燃烧控制联锁，炉排与出渣机联锁等，要对补水泵流量、循环泵流量、鼓风机转速、引风机转速与炉排电机转速等进行综合调节，使锅炉达到最佳的燃烧效率以降低燃煤消耗，并通过先进的驱动装置使电能消耗降到最低；当锅炉处于最佳燃烧状态时将使烟尘排出量降到最低，减少对周围环境的污染1控制功能为了保证炉膛温度控制在最佳温度范同内，对温度控制采用串级比值调节。控制系统应实现锅炉的燃烧系统自动控制和给水自动控制能够根据外界负荷的变化自动调整鼓风和给煤量使风煤配比为最佳状态锅炉达到经济燃烧。包括汽包水位控制、蒸汽压力控制、过热蒸汽压力及过热蒸汽温度控制、炉膛负压控制、给煤量控制、炉内料层高度控制烟气含氧量控制母管水压控制除氧压力控制、除氧水位控制、软水箱液位控制等。2热工保护及电气保护功能实现对重要参数的限位，对机泵过负荷、设备故障等声光报警和故障的自动处理等功能。控制系统应根据工艺要求设置高压力极限汽包低水位热工保护和引风机跳闸联锁电气保护功能等最大程度保证锅炉生产和操作人员的人身安全给水系统采用母管给水阀门调节应用变频工频多泵切换技术保证母管水压控制在允许的范围内实现节电运行热工保护分为蒸汽压力高保护汽包水位低保护电气保护分为引风机跳闸联锁给水泵跳闸报警。3方便的操作、显示功能实现控制台集中操作，提供完善的操作方式设置，提供状态及运行、报警显示，有完善的保护和锁定功能以防止误操作；其中，电流显示功能鼓风机运行电流显示、引风机运行电流显示；过程累计功能给水泵运行时间累计、单台炉蒸汽量累计、单台炉给水量累计、总上煤量测量累计；热效率分析功能单台锅炉的热效率等。4实现炉的半自动点火和自动停炉等程控功能。5实现参数在线人工设置功能。6实现脱离上位机的独立运行的功能。PLC要实其控制功能除了进行合理的硬件配置外，必须在软件中进行硬件组态，硬件组态主要组态机架和组态网络，并分配机架和模块地址，修改模块的预置参数，通讯连接参数设置，把分布式外设连接到主站，只有进行了正确的硬件组态并存盘、下载至CPU之后，PLC的硬件模块才能进行正常的工作。上位机编程软件选用STEP“一MICROWIN32V40，它可以在WINDOWS环境下进行软件设计，操作简单，功能强大。程序的设计上，采用模块化结构，使得系统功能组态方便。各主要功能模块包括AD转换、信号采集与数字滤波、故障处理、PID参数调节等。252电伴热技术电伴热作为一种有效的管道保温及防冻方案在电厂中一直被广泛应用。其工作原理是通过伴热媒体散发一定的热量，利用直接或间接的热交换补充被伴热管道的热损失，以达到升温、保温或防冻的正常工作要求。电伴热原理及应用伴热的种类及特点比较在以往的输油、输气管道工程设计中，曾使用过其它的保温手段来防止管道因温度过低而造成的影响，诸如电加热器、蒸气或热水伴热等，但各方面效果均不如电伴热优越。电伴热与传统蒸汽或热水伴热相比较，有如下优点。（1）电伴热装置简单，发热均匀，温度准确，可远程控制，实现自动化管理。（2）可靠性高，具有防爆及全天候工作性能，使用寿命长，无泄漏，有利于环保，不像蒸汽热水伴热会产生“跑、冒、滴、漏”。（3）电伴热节省钢材，因为蒸汽热水伴热通常采用一来一去二趟伴热管路，而电伴热不需要，电伴热节省保温材料。（4）电伴热伴热效率高，能大大节约能源。（5）降低设计、施工和维修费用。电伴热设计工作量小，施工简单、周期短、维护方便、日常维护保养工作量小。综上所述，一个设计合理的电伴热工程的器材费会略高于热水、蒸汽伴热工程的器材费，但从年周期运行情况来看，一般电伴热一年到一年半所节省的费用就能收回基建投资费用。从各方面来比较，输油、气管道使用电伴热手段来达到保温的效果是比较理想的。电热带就伴热类型可分为限功率电热带与自限温电热带。（1）限功率电热带具有正温度系数特性，即当管道温度较高时其输出功率下降，反之当管道温度较低时，其输出功率上升。其发热材料为合金丝与特种纤维绞合而成，使其具有正温度系数的特性。限功率电热带在较高的温度下仍然可以以较高的功率发热，其发热功率同样随温度的升高而降低，但降低的速率比自限温电热带要低，所谓“限功率”是指其发热功率限定为趋向零但不为零。限功率电热带的发热合金可承受300以上的高温；从电热带所能承受的最高温度来分析，限功率电热带主要取决于绝缘材料。（2）自限温电热带是指当电热带表面温度较高时，其发热功率会自动下降直至不发热，这样就避免了电热带表面过热，所谓“自限温”就是指电热带表面温度是限制在某一温度范围内。自限温电热带的发热材料是导电塑料，通过在不同温度下导电塑料的电阻值的变化，使其发热功率相应变化。自限温电热带由于发热材料的局限使其不能承受过高的电热带表面温度（一般不超过200）；从电热带所能承受的最高温度来分析，自限温电热带主要是取决于发热材料。电伴热根据伴温电缆又分为普通型和自控型两大类。自控温电伴热方案主要通过自控温电伴热线完成。自控温电伴热线由导电塑料和两根平行母线加绝缘层、金属屏蔽网、防腐外套构成。其中由塑料加导电碳粒经特殊加工而成的导电塑料是发热核心。当伴热线周围温度较低时，导电塑料产生微分子收缩，碳粒连接形成电路使电流通过，伴热线便开始发热；而温度较高时，导电塑料产生微分子膨胀，碳粒逐渐分开，导致电路中断，电阻上升，伴热线自动减少功率输出，发热量便降低。当周围温度变冷时，塑料又恢复到微分子收缩状态，碳粒相应连接起来形成电路，伴热线发热功率又自动上升。由于整个温度控制过程是由材料本身自动调节完成的，其控制温度不会过高也不会过低。普通型电伴热方案不具备自动调节温度的功能，仅将温度维持在个范围内。7安装工艺流程如下图油罐泵电加热器燃烧器吹扫装置根据国内和国外的实际应用情况，通常电伴热带与传统的伴热技术相比较有下列特点1温度调节。电伴热带能根据管道的实际温度自动调整发热量，使管内物料各点温度均匀一致，克服局部过热的现象。2节能。蒸汽或热水伴管只能利用一部分热能，造成大量热能无法得到利用；同时效果不佳的疏水器漏汽等使热能损失更为可观据美曰杜邦公司实际测算采用蒸汽伴管技术与采用电伴热技术的能耗之比为581。3运行维修费用低电伴热几乎无需维修。4基建投资省美国杜邦公司计算蒸汽伴管与电伴热基建投资之比为271。5应用方便。无论是直管还是三通、阀、泵凡需保温者皆可很方便安装，而传统保温方式因不易维护而影响生产。85电伴热系统在设计中遇到的问题及改进方法（1）风速问题。在以往的电伴热系统设计中，并没有考虑风速这一因素。设计中应将风速作为基础数据考虑。（2）安全系数是指在计算的最终基于全面考虑所给出的安全裕度，而在以往的设计中该项为缺省值，通过查阅国内外相关资料并与厂家结合选择1115较为合理。（3）电伴热热量功率取值为管道热损失的倍数的选择（6090倍）。经过综合了几个世界著名电伴热产品生产厂家如瑞侃（RAYCHEM）、赛盟（THERMON）BARTEC等多年工程中的经验，电伴热热量功率取值为管道热损失的倍数为6090倍。另外还要考虑加热时间、启动温度等诸多因素。（4）电伴热系统的设计和安装要根据所在防爆危险区和安全区的电气设备的要求执行；要使系统元件的最高工作温度不高于管道内危险气体燃点的80，设计环境的极限温度应不低于日平均最低温度。（5）从管道运行维护的角度出发，在设计说明中着重指出在伴热管道进气运行前30MIN应投入电伴热，以保证管道温度骤降时，有充足的预热时间。253钠离子软化水程控系统9钠离子交换器利用钠离子交换技术将硬水转化为软水，它广泛应用于蒸汽生产和热水锅炉，在医药、印染、造纸、化工和食品饮料行业也有应用。（1）软化水程控系统的组成软化水程控系统的构成主要由1个主控单元、4个就地控制柜以及相应的盐度计、盐度传感器、硬度计、硬度传感器、控制阀门、上位机操作站等组成。主控单元是该软化水程控系统的核心部分，其主要元件是可编程序控制器。按照软化水系统的工艺流程编制程序。主控单元完成的功能包括现场信号的输入、控制命令的输出、数据的逻辑处理、逻辑运算以及自动控制等，同时与上位机进行通信，向上位机传送现场数据，并接收上位机的命令，进行实时控制。就地控制柜在实际运行过程中，除了必要的少数几个闭锁条件外，每个软化器都是一个相对独立的系统，所以程控系统为每个软化器都配备了一台单独的就地控制柜，安装在相应的软化器附近。通过就地操作控制柜面板上的按钮，完成对该软化器各个阀门进行电动控制的功能。盐间也安装了单独的就地控制柜，负责对盐间的阀门进行控制。盐度计及盐度传感器在离子交换树脂的再生过程中，为了确保树脂再生的质量，所用的再生液（盐水）需要保证一定的浓度。为此，系统配备了高性能的盐度检测仪器，以对系统中再生液的盐度进行在线实时检测，其检测结果除了参与自动控制外，还实时显示在显示屏上，显示屏还给出其他告警信息。硬度计及硬度传感器系统对每个软化器都分别配备了高性能的硬度检测系统，在线实时检测软化器生产出的软化水硬度，并在显示屏上给出相应数值显示和告警信息。控制阀门阀门接受主控制柜或就地控制柜的命令，完成相应的开关操作，并向主控制柜和就地控制柜返回阀门的状态，用于系统显示和控制。计算机系统为了提高产品的功能和档次，该程控系统选用一套上位计算机，显示更形象、逼真，这就使得该程控系统扩展容易，配置也更灵活性。（2）工作原理当原水通过交换器时，水中的钙、镁离子与树脂交换柱中钠离子进行离子交换反应，使原水去除了钙、镁离子，从而使原水得到了软化。其反应方程式为CA22NARCAR22NAMG22NARMGR22NA软化过程经过一段时间之后，钠离子交换器中的树脂失效，需要再生。程控钠离子交换器自动向交换柱注入7浓度盐溶液，盐溶液在以5M/H以下流速通过树脂层时，对树脂进行再生处理，再生后的树脂又重新恢复为钠型树脂，又可继续进行软化处理。由于采用逆流再生处理方式，再生液（盐溶液）从钠离子交换柱树脂层顶部自上而下注入，因此，在树脂交换柱中，上层树脂的再生度高，下层树脂的再生度较低。在软化制水时，原水又是自下而上的通过树脂层，出水最后与再生度高的上层树脂交换平衡后流出，从而连续保证制备的软化水水质合格。（3）软化水程控系统的主要功能运行过程自动控制；再生过程自动控制；盐度在线实时检测；硬度在线实时检测；就地/远控方式切换；可以在上位机设置各过程的时间；自动/手动方式切换；跳步功能；模拟显示运行状态和过程；延时功能；通信检测；提供重要操作口令、操作提示及告警。254混水供热技术混水供热并不是一种创新的供热模式，它早已存在。它的原理是通过一级网高温水与二级网供水直接混合，得到合适温度的供水然后直接输入到用户。从用户回来的二级网回水一部分直接补充回一级网，另一部分经过加压混水后再输送回用户。一、混水供热的形式主要有以下三种1、基本形式对于一次水供、回水压力正常的混水站即具有足够资用压头的混水站，只需要在供回水管道之间，增加一条混水管道，混水管道上增加混水泵和调节阀，并在一次供水的管道上增加调节阀，既可以实现混水运行。混水管道的管径要根据水力计算按规范要求的比摩阻进行选择，混水泵的流量要满足设计混入水量的要求，扬程要满足二次侧回水与二次侧供水的压差的同时，还要克服混水管道的阻力。混水站大多采用此种形式。一次供水一次回水二次供水二次回水二次混入水调节阀调节阀图一混水供热基本形式2、供水压力不足情况下的混水形式对于二次侧供水压力不足的混水站，需要将混水泵安装在二次供水管道上，用于提高二次供水压力，并在一次供水管道和一次供、回水管道之间的混水管道上同时安装调节阀。混水管道的管径要根据水力计算按规范要求的比摩阻进行选择，混水泵的流量应满足二次侧用户的流量要求，扬程应满足二次侧管道、用户及混水管道的阻力要求。这种形式多用于整个混水供热系统的末端混水站。图一供水压力不足混水形式调节阀调节阀一次供水一次回水二次供水二次回水二次混入水3、回水压力不足情况下的混水形式对于二次侧回水压力不足的，需要将混水泵安装在二次侧回水管道上，用于提高二次回水压力，并在一次供水管道和一次侧供、回水管道之间的混水管道上同时安装调节阀。混水管道的管径要根据水力计算按规范要求的比摩阻进行选择，混水泵的流量满足二次侧系统的流量要求，扬程应能克服二次侧供、回水管道、二次侧用户及混水管道的阻力。这种形式多用于整个混水供热系统的末端混水站。这种形式应用比较少见。调节阀二次供水调节阀二次混入水二次回水一次回水一次供水图一回水压力不足混水形式二、混水供热的控制方法混水运行的技术要点是第一，满足各混水站一次高温水与二次混合水设计混合比的要求；第二，满足各混水站之间混合比的稳定和流量平衡的要求。根据目前的技术水平和设备能力，能够达实现上述要求的比较可行的混水供热的控制方法有以下三种1、使用电动控制阀加流量计实现混水供热这种方法一般都配备与自动控制系统配合。将前面讲的混水供热的形式中的调节阀变成电动调节阀，同时每个电动调节阀后安装一台流量计。运行时，根据二次侧的温度或一次侧与二次侧的流量反馈信号，调整电动控制阀的开度，使得各个混水站的一次、二次流量混合比达到设计值。这种方法的优点是，可以灵活的调节各个混水站一次侧高温水和二次侧混入水的混合比，自动化程度高。缺点是造价高。2、使用自力式流量控制阀实现混水供热这种方法比较简单方便，只需将前面讲的混水供热的形式中的调节阀变成自力式流量控制阀即可。由于自力式流量控制阀具有恒流量的功能，只要将各个混水站一次水、混合水的流量按设计值设定好，各个混水站的一次高温水与二次混入水的混合比就能通过自力式流量控制阀自动完成并保持恒定。这种方法的优点是，简单方便可靠，混水站之间平衡度高，造价低。缺点是混水完成后整个系统只能定流量运行，灵活性差。3、使用自力式阻力平衡阀实现混水供热自力式阻力平衡阀是新获国家专利的新型水力平衡产品，比自力式流量控制阀更加先进、性能更优越，它具有自力式流量控制阀的全部优点，同时克服了自力式流量控制阀只能定流量运行的缺点，可以在方便的实现供热传统水力平衡之后，锁定管网的平衡状态，实现变流量运行。使用自力式阻力平衡阀实现混水供热，需将前面讲的混水供热的形式中的调节阀变成自力式阻力平衡阀。具体调节时分两步完成，第一步，根据各个混水站一次水、混合水的流量按设计值设定好各自的流量，各个混水站的一次高温水与二次混入水的混合比通过自力式阻力平衡阀自动完成并恒定；第二步，锁定一次侧或二次侧自力式阻力平衡阀。这一步完成后，就可以根据天气情况改变一次侧高温水或二次侧混入水的流量而整个系统还保持平衡状态。这种方法的优点是，调节灵活度比较高，方便可靠，造价低，混水站的一次侧或二次侧可以实现等比例的变流量运行，达到进一步节省电耗的目的。缺点是一次侧和二次侧不能同时变流量运行。由于自力式阻力平衡阀刚刚问世，目前还没有使用实例。但可以预见，这种混水方法逐步得到应用。总体来说，供热相对于板式换热器的间接供热系统在经济运行方面的优势是1热损耗较小混水供热方式没有换热器，也就没有换