換熱站二次網水力平衡輔助調節系統及調節方法與流程

2023-12-12 12:04:27 5

本發明涉及城市供暖系統及其控制方法，具體涉及一種換熱站二次網水力平衡輔助調節系統及調節方法。

背景技術：

目前我國城市集中供熱換熱站二次網調節普遍存在以下問題：1、換熱站二次網最不利環路水力平衡失調造成用戶冷熱不均，二次網循環泵運行頻率偏高，流量不滿足或超出末端用戶需求，造成能耗極大浪費；2、傳統僅依靠末端最不利環路壓差作為參考進行調節的方式，當末端供回水壓差非常小時，受測量精度所限誤差較大導致調節效果不佳；3、目前二次網水力平衡方式一般採用自力式平衡閥、動態平衡閥、電動調節閥等方式，系統投資較大並且加大了管網阻力損失和循環泵電耗。

在集中供熱系統中，用戶側也就是庭院管網的壓力損失佔換熱站壓力損失的絕大部分，循環水泵為整個輸配系統提供的揚程，被循環過程中的各個部件和管道消耗。例如有的換熱站二次網流量的平均值為3kg/(m2h)以上，而有的換熱站2.5 kg/(m2h)就能穩定運行，甚至有的換熱站2 kg/(m2h)就能運行。根據功率與流量的關係N/N1=G³/ G1³，如果流量能從3降為2.5，那麼循環泵功率會降為原來的55％，這也就是本調節方法要闡述的節能過程。

大流量的運行在一定情況下能緩解系統熱力工況的失調，但是大流量運行會需要大水泵、大能耗，還會增加設備的投資、降低系統的可調性，出現前端用戶超量供熱、末端用戶不熱的情況。要實現降流量運行，首先要解決的就是如何有效的完成庭院管網的調節過程，初調節主要是依靠改變管道阻抗值來實現的，通常調節我們是不知道阻抗到底是多少，只能看到流量，而看流量調節時，如果管網的水力穩定性不好的話，傳統方法要調幾遍才能大致調平。如果我們將流量降為2.5 kg/(m2h)，勢必會導致有的換熱站熱力工況的嚴重失調，前端用戶超量供熱、末端用戶流量不滿足室溫偏低。那麼供熱系統熱力失調的根本原因是水力失調即流量分配不均所致，因此消除系統熱力失調最有效、最經濟的方法應是對系統進行流量的均勻性調節。

根據P=SG²，阻力損失等於阻抗乘以流量的平方，在庭院管網調節時，最不利末端用戶閥門全開情況下，阻抗S不變，所以阻力損失P與流量G的平方成正比；當改變庭院管網中任意閥門的開度，其後面的用戶成一致等比失調。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的不足，並提供一種換熱站二次網水力平衡輔助調節系統及調節方法，它快速高效調節支線管網，使失調度達到合理水平，解決水平失調問題並達到節能效果。

本發明的技術方案如下：

換熱站二次網水力平衡輔助調節系統，由無線遠傳採集終端、流量傳感器、壓力傳感器、VPN路由器、調度中心上位機軟體、換熱站下位機自控系統和循環泵變頻器組成，其中無線遠傳採集終端由超聲波流量計主板、串口伺服器、電池及無線傳輸裝置組成，壓力傳感器由供水壓力傳感器、回水壓力傳感器組成，無線遠傳採集終端與流量傳感器、供水壓力傳感器、回水壓力傳感器連接，無線遠傳採集終端通過VPN路由器和調度中心上位機軟體連接，調度中心上位機軟體通過VPN路由器和換熱站下位機自控系統相連接，換熱站下位機自控系統的控制器和循環泵變頻器的頻率輸入、頻率反饋接口連接。

換熱站二次網水力平衡輔助調節方法，採取如下步驟：

1.調度中心人員通過中心調度室上位機軟體將所調站點循環泵變頻器頻率PID調節設為手動控制，設置頻率為調節之前循環泵運行的頻率；

2.確定此站點的最不利環路支線，根據運行人員的反饋或用測溫槍比較樓棟的回水溫度確定；

3.調節順序為先調節支線較短環路的最末端樓棟井室，最後調節最不利環路支線最末端樓棟井室；

4.將無線遠傳採集終端置於支線較短環路的最末端樓棟井室用戶處，通過無線遠傳採集終端連接相應的流量傳感器或壓力傳感器並安裝於支線較短環路的最末端樓棟井室的供水管道或供回水管道上，採集供水流量或供回水壓差，並通過VPN路由器遠傳至調度中心上位機軟體，建立通訊並採集數據；

5.調度中心人員通過調度中心上位機軟體選擇將無線遠傳採集終端採集的數據下發至需要調節的換熱站下位機自控系統，同時輸入支線較短環路的最末端樓棟井室樓棟所帶面積，選擇流量調節模式或壓差調節模式，根據面積計算並設定所需流量目標值或壓差目標值，調度中心上位機軟體將設定目標值下發至此換熱站下位機自控系統,將所調站點循環泵變頻器頻率PID調節設為自動控制；

6.現場調節人員將最不利環路樓棟主閥門全部打開，然後使用可攜式超聲波流量計按從支線較短環路到最不利環路支線、從末端到首端的順序逐個測量並調節分配各樓棟井室流量；調節人員用可攜式流量計依次調節支線較短環路用戶的流量為目標流量；在現場調節人員逐棟樓調節的同時，換熱站下位機自控系統根據無線遠傳採集終端實時採集支線較短環路的最末端樓棟井室的流量或壓差反饋數值，利用換熱站下位機自控系統的控制器的PID調節功能自動調節換熱站內循環泵變頻器運行頻率，使調度中心上位機軟體下發的設定目標值與反饋值始終保持一致；

7.支線較短環路調節完畢後，調度中心人員通過調度中心上位機軟體將此站點循環泵變頻器頻率PID調節設置為手動調節之後，現場調節人員再將無線遠傳採集終端移至需調節環路支線末端用戶，調度中心人員在上位機輸入目標流量，切換循環泵變頻器為自動模式，重複支線較短環路的調節步驟，依次調節至需調節環路支線首端用戶；

8.需調節環路支線調節完畢，調度中心人員通過上位機將此站點循環泵變頻器頻率PID調節設置為手動調節之後，現場調節人員再將無線遠傳採集終端移至最不利環路支線末端用戶，調度中心人員在上位機輸入目標流量，切換循環泵變頻器為自動模式依次調節至最不利環路支線首端用戶；

9.所有用戶流量調節完畢，最不利環路支線末端用戶處的無線遠傳採集終端並不撤離，將分水器下的全部支線用可攜式流量計按目標流量調節兩遍；

10.分水器調節完畢後，調度中心人員記下此時換熱站下位機自控系統控制器的PID輸出頻率，即為調節後循環泵的運行頻率；然後將PID設為手動控制，輸入調節後確定的運行頻率，撤下最不利環路支線末端用戶處的無線遠傳採集終端，此站調節完畢。

本發明的優點在於：1、本發明當最不利環路壓差較大時可採用測量供回水壓力即壓差的方式作為調節目標；如最不利環路壓差較小或不便於測量時，採用流量計傳感器測量供水流量的方式作為調節目標；2、換熱站下位機自控系統利用控制器自帶的PID調節功能，根據無線遠傳採集終端實時採集末端井室的流量或壓差數值，自動調節換熱站內循環泵變頻器運行頻率，在始終滿足最末端不利環路流量或壓差的前提下，調節人員通過從末端到前端逐棟樓調節閥門使換熱站所帶各樓棟與既定流量一致，循環泵按管網平衡後的流量、壓頭運行，以此快速高效調節支線管網，使失調度達到合理水平，解決水平失調問題並達到節能效果。

附圖說明 圖1是本發明調節系統整體結構框圖；

圖2是本發明調節方法原理圖。

具體實施方式 下面結合附圖對本發明作進一步說明。

由圖1可知，換熱站二次網水力平衡輔助調節系統，由無線遠傳採集終端、流量傳感器、壓力傳感器、VPN路由器、調度中心上位機軟體、換熱站下位機自控系統和循環泵變頻器組成，其中無線遠傳採集終端由超聲波流量計主板、串口伺服器、電池及無線傳輸裝置組成，壓力傳感器由供水壓力傳感器、回水壓力傳感器組成，無線遠傳採集終端與流量傳感器、供水壓力傳感器、回水壓力傳感器連接，無線遠傳採集終端通過VPN路由器和調度中心上位機軟體連接，調度中心上位機軟體通過VPN路由器和換熱站下位機自控系統相連接，換熱站下位機自控系統的控制器和循環泵變頻器的頻率輸入、頻率反饋接口連接。

由圖2可知，換熱站二次網水力平衡輔助調節方法，採取如下步驟：

1.調度中心人員通過中心調度室上位機軟體將所調站點循環泵變頻器頻率PID調節設為手動控制，設置頻率為調節之前循環泵運行的頻率；

2.確定此站點的最不利環路支線，根據運行人員的反饋或用測溫槍比較樓棟的回水溫度確定，以圖2為例，某站有A、B、C三條支線，經分析支線C為最不利環路，B、A次之；

3.調節順序為先調節支線較短環路的最末端樓棟井室，最後調節最不利環路支線最末端樓棟井室,即先調A、再調B、最後調C；

4.將無線遠傳採集終端置於支線較短環路的最末端樓棟井室A1用戶處，通過無線遠傳採集終端連接相應的流量傳感器或壓力傳感器並安裝於支線較短環路的最末端樓棟井室A1的供水管道（測流量）或供回水管道（測壓差）上，採集供水流量或供回水壓差，並通過VPN路由器遠傳至調度中心上位機軟體，建立通訊並採集數據；

5.調度中心人員通過調度中心上位機軟體選擇將無線遠傳採集終端採集的數據下發至需要調節的換熱站下位機自控系統，同時輸入支線較短環路的最末端樓棟井室A1樓棟所帶面積，選擇流量調節模式或壓差調節模式，根據面積計算並設定所需流量目標值或壓差目標值，調度中心上位機軟體將設定目標值下發至此換熱站下位機自控系統,將所調站點循環泵變頻器頻率PID調節設為自動控制；

6.現場調節人員將最不利環路樓棟主閥門全部打開，然後使用可攜式超聲波流量計按從支線較短環路到最不利環路支線、從末端到首端的順序逐個測量並調節分配各樓棟井室流量；調節人員用可攜式流量計依次調節支線較短環路A2、A3、A4用戶的流量為目標流量；在現場調節人員逐棟樓調節的同時，換熱站下位機自控系統根據無線遠傳採集終端實時採集支線較短環路的最末端樓棟井室A1的流量或壓差反饋數值，利用換熱站下位機自控系統的控制器的PID調節功能自動調節換熱站內循環泵變頻器運行頻率，使調度中心上位機軟體下發的設定目標值與反饋值始終保持一致；

7.支線較短環路A調節完畢後，調度中心人員通過調度中心上位機軟體將此站點循環泵變頻器頻率PID調節設置為手動調節之後，現場調節人員再將無線遠傳採集終端移至需調節環路支線末端B1用戶，調度中心人員在上位機輸入目標流量，切換循環泵變頻器為自動模式，重複支線較短環路A的調節步驟，依次調節至需調節環路B支線首端B5用戶；

8.需調節環路B支線調節完畢，調度中心人員通過上位機將此站點循環泵變頻器頻率PID調節設置為手動調節之後，現場調節人員再將無線遠傳採集終端移至最不利環路支線末端C1用戶，調度中心人員在上位機輸入目標流量，切換循環泵變頻器為自動模式依次調節至最不利環路支線首端C6用戶；

9.所有用戶流量調節完畢，最不利環路支線末端C1用戶處的無線遠傳採集終端並不撤離，將分水器下的全部支線A、B、C用可攜式流量計按目標流量調節兩遍；

10.分水器調節完畢後，調度中心人員記下此時換熱站下位機自控系統控制器的PID輸出頻率，即為調節後循環泵的運行頻率；然後將PID設為手動控制，輸入調節後確定的運行頻率，撤下最不利環路支線末端C1用戶處的無線遠傳採集終端，此站調節完畢。

本發明通過無線遠傳採集終端採集不利環路樓棟流量或壓差，用調度中心上位機系統軟體做網絡中轉，換熱站下位機自控系統的控制器連接循環泵變頻器做循環泵流量輔助調節，其中無線遠傳採集終端作為最不利環路支線樓棟井室數據採集設備；調度中心上位機軟體系統做換熱站選擇和控制器與無線遠傳採集終端的數據通訊中轉作用；換熱站下位機自控系統的控制器用於控制循環泵變頻器作為調控裝置。

通過VPN路由器將無線遠傳採集終端、換熱站下位機自控系統和調度中心上位機軟體系統相連組成專網，由無線遠傳採集終端採集接收上述信號後，通過無線網絡傳輸給調度中心的VPN路由器，並傳輸至上位機軟體，上位機軟體通過中轉的方式將無線遠傳採集終端所採集數據下發給安放於所要進行調節換熱站的控制器自控系統。

此換熱站支線管網平衡調節完成以後，從最不利環路樓棟井室撤除無線遠傳採集終端拿到下一站點繼續調節使用。