多模式聯合自動化注水在集中供熱中的應用

王 堃

(太原市熱力集團有限責任公司，山西 太原 030012)

1 概述

隨著中國經濟的持續增長，城市化腳步不斷加快，城市采暖系統正在成為人們生活所必須的重要保障。城市采暖系統分為獨用鍋爐房供熱和集中供熱兩種，集中供熱相比獨用鍋爐房供熱具有節能、環保、恒溫、清潔、經濟、節約土地等諸多優點。集中供熱已成為未來城市采暖的發展趨勢，其管理模式也在逐漸發生變化。傳統的管理模式一般采用有人職守的方式，值班人員24 h輪換留守所在熱力站并監控設備的運行狀態，然后再將運行參數記錄上報給調度部門。這種管理模式效率低下，所需人員規模龐大，造成了人力資源的浪費；而且，長時間的連續工作容易使人產生疲勞，尤其在夜間值班，工人精力更加不易集中，極易造成事故發生，危及設備財產安全與生產運行穩定；再者，各個熱力站通過電話進行調度調節，無法直觀的進行全網平衡，運行調整不夠及時準確，難以達到最佳的供熱效果，從而浪費了大量能源。現如今的管理模式已經向無人值守的方向發展，而自動化控制的應用則為實現無人值守模式提供了技術支持，使其能夠解決傳統管理模式的種種問題。自動化控制系統的穩定性、精確性、不間斷性可以最大程度的提高工作效率，節約成本。

集中供熱系統的熱介質有兩種：蒸汽和熱水。熱水介質具有熱能效率高，調節方便，蓄熱能力強，熱穩定性好，輸送距離長等優點，被廣泛應用于大型集中供熱項目之中。熱水供熱系統在運轉中失水是不可避免的，如果不及時注水，系統的壓力就會下降，無法保證管網的正常運行。熱水網正常運行時會損失一部分水量，發生故障時還會增加額外的水量損失，對這些損失的水量應及時予以補充。

2 現狀分析

集中供熱管網由一次網和二次網構成。一次網是指從熱源到換熱站之間的部分，二次網是指從換熱站到用戶庭院管網的部分。熱介質循環所需的動力由循環泵提供。

一、二次網通過換熱站隔離開來，相互獨立，熱量通過換熱站進行傳遞，這樣做可以防止二次網發生的失壓故障影響到一次網壓力，進而影響到全網的供熱效果。一二次網各自擁有一套自己的注水系統，當管網壓力下降時，其注水系統會將開式儲水箱中的軟化水通過補水泵注入管網之中，用以保障其壓力維持在正常水平。為防止自來水中的鈣鎂離子造成的結垢影響管道使用壽命，需要先將自來水通過軟化罐制成軟化水后再進行補給，這就是軟化罐注水。有些換熱站的失水量較低，可以直接使用一次網中的水來進行補充，省去了軟化環節，這就是一補二注水。

熱力站目前采用的注水方式如圖1所示。

在使用中，熱力站一般采用單一的注水方式，或采用軟化罐注水，或采用一補二注水。無論采用哪種方式注水，其補水原理都是相似的，都是先在水箱上部開辟進水口，然后在進水口處安裝浮球閥用以控制其進水量。補水泵會根據安裝于二次回水管路上的壓力變送器執行注水操作，當壓力值小于設定值下限時啟泵，當壓力值不小于設定值上限時停泵。

熱力站自動控制系統由數據采集變送器、電動調節閥、PLC控制柜構成。數據采集傳感器包括溫度變送器、壓力變送器、超聲波流量計，負責將運行參數采集并傳回PLC柜。電動調節閥負責調節換熱器出口處一次回水管道的流量大小，起到調節二次網水溫的作用。PLC柜是站內自控系統的核心，它通過接收各項傳感器回傳的參數，將站內運行信息實時投放到觸摸屏幕上，并可以自行分析和判斷所要執行的操作，實現自動化注水、自動控制電動調節閥的開度大小等行為，也可對水泵輸出頻率的大小進行設置。

3 多模式聯合自動化注水的實施方案

3.1 管道與設備改造

將三種注水方式進行整合，設計兩個進水側，分別為一次網進水側和軟化罐進水側。一次網進水側從一次回水管上開口并連接管路，其上安裝電動關斷閥A；軟化罐進水側從軟化罐出口處連接管路，其上安裝電動關斷閥B。之后將兩路管道合并，并在合并的管道上安裝電磁閥和電動關斷閥E。然后再將管路分開，設計兩個出水側，分別為二次網出水側和水箱出水側。分開后的管路一趟分支連接二次網進水側，其位置為二次回水管路循環泵入口前，并于其上安裝電動關斷閥D；另一趟分支連接開式儲水箱上方成為其進水口，并于其上安裝電動關斷閥C。

另外，將補水泵出口處至二次回水管路循環泵入口前的管道上安裝電動關斷閥F，并在蓋發明之前引一趟管路與一次回水管路相連，并在其上安裝電動關斷閥G。

改造后的注水方式如圖2所示。

3.2 自動化改造

將電磁閥、電動關斷閥全部接入PLC柜中。

通過PLC的模擬量輸入模塊采集壓力變送器的壓力值與液位變送器的液位值，通過PLC的數字量輸出模塊控制電磁閥、電動關斷閥、補水泵的開關(啟停)操作。

編寫PLC控制程序，根據所采集到的數據作為參考用以控制電磁閥、電動關斷閥、補水泵的相關操作，相關報警點，制定出直接一補二注水、間接一補二注水、軟化罐注水、二補一注水四種操作程序。

編寫PLC觸摸屏程序，使之能夠顯示出電磁閥操作狀態、各電動關斷閥操作狀態、補水泵操作狀態。加入選擇控件，通過選擇控件對四種注水程序進行切換。加入操作窗口，通過操作窗口可以設置相關報警點與定壓點。

4 多模式聯合自動化注水的模式與功能

4.1 直接一補二注水模式

在此模式下，電動關斷閥ACFG關閉，電動關斷閥BD開啟，一次網中的水直接注入二次網。電磁閥與電動關斷閥E的控制關聯二次網回水壓力值，當壓力值低于定壓點下限時，同時開啟電磁閥與電動關斷閥E，當壓力值上升至定壓點上限時，關閉電磁閥，當電磁閥失效壓力值上升至壓力報警點時，關閉電動關斷閥E并報警。

4.2 間接一補二注水模式

在此模式下，電動關斷閥ADFG關閉，電動關斷閥BC開啟，一次網中的水先注入開式儲水箱，再通過補水泵注入二次網。電磁閥與電動關斷閥E關聯水箱液位值，當水箱液位低于定壓點下限時，同時開啟電磁閥與電動關斷閥E，當水箱液位上升至定壓點上限時，關閉電磁閥，當電磁閥失效水箱液位繼續上升至液位報警點時，關閉電動關斷閥E并報警。補水泵啟停關聯二次回水壓力值與水箱液位值，當二次回水壓力值小于設定值下限時啟泵，當二次回水壓力值不小于設定值上限時停泵；當水箱液位值不大于報警點時暫停注水操作并強制停泵，當水箱液位值大于報警點時恢復注水操作。

4.3 軟化罐注水模式

在此模式下，電動關斷閥BDFG關閉，電動關斷閥AC開啟，軟化罐制水后先注入開式儲水箱，再通過補水泵注入二次網。電磁閥與電動關斷閥E關聯水箱液位值，當水箱液位低于定壓點下限時，同時開啟電磁閥與電動關斷閥E，當水箱液位上升至定壓點上限時，關閉電磁閥，當電磁閥失效水箱液位繼續上升至液位報警點時，關閉電動關斷閥E并報警。補水泵啟停關聯二次回水壓力值與水箱液位值，當二次回水壓力值小于設定值下限時啟泵，當二次回水壓力值不小于設定值上限時停泵；當水箱液位值不大于報警點時暫停注水操作并強制停泵，當水箱液位值大于報警點時恢復注水操作。

4.4 二補一注水模式

在此模式下，電動關斷閥BCD關閉，電動關斷閥FG開啟，軟化罐制水后先注入開式儲水箱，再通過補水泵注入一次網。電磁閥與電動關斷閥E關聯水箱液位值，當水箱液位低于定壓點下限時，同時開啟電磁閥與電動關斷閥E，當水箱液位上升至定壓點上限時，關閉電磁閥，當電磁閥失效水箱液位繼續上升至液位報警點時，關閉電動關斷閥E并報警。補水泵啟停關聯一次回水壓力值與水箱液位值，當一次回水壓力值小于設定值下限時啟泵，當一次回水壓力值不小于設定值上限時停泵；當水箱液位值不大于報警點時暫停注水操作并強制停泵，當水箱液位值大于報警點時恢復注水操作。

5 結語

采用多模式聯合自動化注水后，三種注水方式均使用電磁閥與電動關斷閥控制進水，電磁閥作為主要控制手段，可精準控制水箱液位，電動關斷閥作為保險，在電磁閥發生故障失效時，可強制切斷注水，防止水箱發生溢流事故。在大量用水時，比如供暖前準備階段對管網進行注水時，可使用軟化罐注水；在正常供暖期間，當管網運行不穩定，偶爾出現跑水時，可使用間接一補二注水，既能節約人力成本還能避免因二網跑水造成一網壓力不穩；當運行穩定時，直接使用一補二注水，節約能耗成本。當一次管網突發跑水事故，管網壓力急劇下降，一次網補水系統已無法維持正常壓力，大面積供熱系統陷入癱瘓時，需要多個熱力站緊急開啟二補一進行臨時注水，在最短時間內恢復主管網系統正常運行。

在此前，熱力站運行時采用單一的注水方式，如需變更則需要動用焊工大改管路，其中產生了大量的材料成本、人力成本以及時間成本。而現在，只需在PLC柜上點擊觸摸屏切換相應注水程序就可以實現注水方式的切換操作，相關閥門操作依靠程序設定自動完成。采用多模式聯合自動化注水極大地提高了工作效率，在減少人工，提升精細化管理，實現自動化操作方面效果顯著。在使用中，可根據實際情況靈活調整注水方式。