熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在集中供熱運(yùn)行中的應(yīng)用

劉 琴，楊五湖，陳邦習(xí)

（合肥熱電集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230061）

1 國(guó)內(nèi)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的發(fā)展現(xiàn)狀

熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱，是近年來(lái)比較受人們認(rèn)可的一種供熱形式，不僅環(huán)保，還能起到節(jié)能的作用。國(guó)內(nèi)在熱電聯(lián)產(chǎn)方面的發(fā)展速度比較快，總發(fā)展規(guī)模已居世界前列。在當(dāng)前的熱電聯(lián)產(chǎn)中，其內(nèi)部形態(tài)包含電能與熱能，相較于傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，該聯(lián)合生產(chǎn)形態(tài)更加滿足當(dāng)前國(guó)內(nèi)社會(huì)發(fā)展的需求。將燃煤與熱電聯(lián)產(chǎn)、熱電分產(chǎn)這幾種生產(chǎn)形式進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)出熱能、電能總量相同的情況下，熱電聯(lián)產(chǎn)更加節(jié)省資源，使用的燃煤總量?jī)H為其余形式的33%左右。熱電聯(lián)產(chǎn)形態(tài)屬城市供熱的主要構(gòu)成與重要方式，其應(yīng)用過(guò)程與國(guó)家提出的治理大氣污染、節(jié)約資源能源等政策相一致，在實(shí)際應(yīng)用中可切實(shí)實(shí)現(xiàn)不同能源資源的梯級(jí)利用，有效增強(qiáng)能源資源的利用效率，可生成改進(jìn)環(huán)境與節(jié)約能源資源的經(jīng)濟(jì)效益，該行為不僅增進(jìn)了社會(huì)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展，還獲得極佳的社會(huì)效益、綜合效益。

2 合肥地區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱發(fā)展?fàn)顩r

合肥熱電聯(lián)產(chǎn)采用集中供熱形式發(fā)生在20 世紀(jì)80 年代左右，2007 年11 月在得到該城市國(guó)資委的批準(zhǔn)后，市里將多家以熱電聯(lián)產(chǎn)為工作主體的熱電企業(yè)開(kāi)展整合管理，并組建出全新的合肥熱電有限責(zé)任公司，作為城市公益公用類企業(yè)，為該城市內(nèi)部的所有居民提供制冷與采暖服務(wù)，在城市內(nèi)部還帶有為賓館、酒店、生物制藥、醫(yī)療、汽車與輪胎制造等行業(yè)提供動(dòng)力的工作責(zé)任。合肥熱電有限責(zé)任公司在開(kāi)展內(nèi)部工作時(shí)始終堅(jiān)持引領(lǐng)城市規(guī)劃的基本原則，搭建出應(yīng)用天然氣鍋爐、開(kāi)發(fā)地?zé)嵝履茉?、完備電力生產(chǎn)與蒸汽供應(yīng)的互補(bǔ)供熱系統(tǒng)，對(duì)城市內(nèi)部的污泥進(jìn)行妥善處置，將更多的供熱基礎(chǔ)設(shè)施安置在該公司內(nèi)，提升其運(yùn)營(yíng)管理的科學(xué)性。當(dāng)前合肥熱電有限責(zé)任公司的供熱供電范圍多在三大開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)，其包含新站高新區(qū)、高新區(qū)與經(jīng)開(kāi)區(qū)等，在開(kāi)展相關(guān)供熱作業(yè)時(shí)還向淮南壽縣、長(zhǎng)豐、肥西與肥東等方向延伸發(fā)展。截至2021 年10 月底，居民小區(qū)204 個(gè)，居民用戶12.5 萬(wàn)戶，服務(wù)各類工商業(yè)用戶410 家；供熱面積達(dá)2600 萬(wàn)m2，其中地?zé)崮芄┠苊娣e近200 萬(wàn)m2[1]。

3 合肥區(qū)域熱網(wǎng)監(jiān)控體系的搭建運(yùn)行狀態(tài)

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由以下4 部分組成。

（1）前端采集設(shè)備。由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、現(xiàn)場(chǎng)熱量表、流量計(jì)以及各類傳感器組成，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器將各類數(shù)據(jù)通過(guò)各類接口協(xié)議讀取，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分類、分項(xiàng)監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器在實(shí)現(xiàn)各類基礎(chǔ)設(shè)備與監(jiān)控工作站之間的通信傳輸?shù)幕A(chǔ)上，接收中心信息層的指令、向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備發(fā)布指令、收集并處理從基礎(chǔ)設(shè)備采集到的各類信息。

采集的數(shù)據(jù)主要為：各熱源廠出口的蒸汽量數(shù)據(jù)；各換熱站的蒸汽溫度、壓力數(shù)據(jù)；各換熱站的供水溫度壓力數(shù)據(jù)。

（2）通信傳輸網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)建整個(gè)能源數(shù)據(jù)云平臺(tái)管理系統(tǒng)信息通信網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用能源專網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)城內(nèi)網(wǎng)形式完成數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸。在通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)儀表、系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心進(jìn)行有序連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)能源數(shù)據(jù)及節(jié)能控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心的信息交互。平臺(tái)將充分利用產(chǎn)業(yè)城的網(wǎng)絡(luò)資源將數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)心集中監(jiān)控，與其他應(yīng)用系統(tǒng)既保持相對(duì)獨(dú)立，避免競(jìng)爭(zhēng)帶寬，又保持必要的聯(lián)系，便于統(tǒng)一管理和資源共享。

（3）安全網(wǎng)關(guān)。安裝安全網(wǎng)關(guān)提供數(shù)據(jù)的單向的上傳和下載功能，保證遠(yuǎn)程訪問(wèn)數(shù)據(jù)的安全性和鏈接平臺(tái)的安全性。

（4）云平臺(tái)數(shù)據(jù)中心。產(chǎn)業(yè)城能源數(shù)據(jù)云平臺(tái)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心由監(jiān)控終端PC、數(shù)據(jù)中心前置服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心應(yīng)用服務(wù)器、WEB 服務(wù)器等設(shè)備組成，是監(jiān)控管理平臺(tái)的核心。在這里能夠全面的掌握集團(tuán)所有產(chǎn)業(yè)城各系統(tǒng)的總體能耗情況和分項(xiàng)能耗情況、能源配給及故障信息等。通過(guò)宏觀的分析能源各系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)城穩(wěn)定高效運(yùn)行的目標(biāo)。

換熱站內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控內(nèi)容有流量計(jì)、熱量表、變頻器、控制閥、傳感器、變送器、執(zhí)行器與帶有編程功能的控制器等，其在日常工作可帶有安全保護(hù)、遠(yuǎn)程配置、控制、存儲(chǔ)、采集、自檢、通信與顯示等功能，當(dāng)出現(xiàn)汽化、失壓、超壓或停電等問(wèn)題時(shí)可自動(dòng)開(kāi)啟故障報(bào)警等程序，在進(jìn)行Web 訪問(wèn)時(shí)，其主要的監(jiān)控對(duì)象有：補(bǔ)水量、熱量蒸汽量、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、流量計(jì)與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等[2]。

4 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

4.1 供熱數(shù)據(jù)及時(shí)在線監(jiān)控

調(diào)度中心由顯示大屏幕、專用于工業(yè)的計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器、鍵盤及鼠標(biāo)等組成。主要對(duì)整個(gè)供熱過(guò)程的監(jiān)控。如：所采集的過(guò)程信號(hào)進(jìn)行各種圖形和表格的顯示（其中包括系統(tǒng)總概貌圖的動(dòng)態(tài)運(yùn)行顯示、各供熱管網(wǎng)、工藝流程圖的動(dòng)態(tài)運(yùn)行顯示、各熱工參數(shù)的棒圖顯示、重要參數(shù)的歷史曲線顯示、各種報(bào)表及報(bào)警的顯示等）。各調(diào)節(jié)回路給定值的設(shè)置及修改、連鎖過(guò)程的監(jiān)控，報(bào)警值的修改及重設(shè)、各電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作站手動(dòng)操作、調(diào)節(jié)閥的遠(yuǎn)程手動(dòng)操作等。熱量的計(jì)算，熱量和流量的累積，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及各項(xiàng)報(bào)表的制作等工作[3]。

4.2 統(tǒng)計(jì)分析匯總報(bào)表

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)可針對(duì)上傳數(shù)據(jù)，進(jìn)行專業(yè)性的報(bào)表分析，可實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)處理并繪制出相應(yīng)變化曲線，可直觀觀察到、溫度、壓力的變化趨勢(shì)，進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)與參數(shù)計(jì)算。可以按需求自行定制，報(bào)表支持運(yùn)算，如計(jì)算單條供熱管網(wǎng)運(yùn)行損耗，系統(tǒng)還可根據(jù)需求定制熱源點(diǎn)、主干、管網(wǎng)、支線管網(wǎng)等分析報(bào)表，為供熱管理人員分析管網(wǎng)運(yùn)行損耗，合理調(diào)配熱負(fù)荷提供參考。還可按照數(shù)據(jù)共享和交換的原則，統(tǒng)一建設(shè)全局性、基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)中心。共享數(shù)據(jù)中心庫(kù)是所有共享數(shù)據(jù)的集成地，所有生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的共享數(shù)據(jù)在這里集成。它向下從數(shù)據(jù)源集成數(shù)據(jù)并保持更新同步，成為各用戶之間的共享數(shù)據(jù)通道；向上作為統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)的數(shù)據(jù)源。將共享數(shù)據(jù)傳輸并存儲(chǔ)至運(yùn)控中心的數(shù)據(jù)庫(kù)以集約整合為指導(dǎo)原則，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)上傳管理。實(shí)現(xiàn)各供能生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的共享數(shù)據(jù)均能傳輸至共享數(shù)據(jù)庫(kù)，并按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)。

4.3 供熱數(shù)據(jù)分析

城市熱網(wǎng)監(jiān)控具有數(shù)據(jù)、曲線查詢功能，供熱系統(tǒng)的流量、溫度、壓力等全部以數(shù)據(jù)的方式儲(chǔ)存，也可通過(guò)曲線（圖1）進(jìn)行顯示，建立起完整的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，可方便進(jìn)行查詢、調(diào)用及供管理人員對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析、整理，報(bào)表類型多樣，可分為日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)等，并可自動(dòng)生成EXCEL 報(bào)表，歷史曲線便于調(diào)度中心調(diào)度管理人員及時(shí)地了解城市供熱系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

圖1 瞬時(shí)流量曲線

4.4 及時(shí)故障報(bào)警、確保運(yùn)行安全

故障報(bào)警系統(tǒng)可以聲光報(bào)警，對(duì)于超過(guò)理想的設(shè)定值一定變化范圍時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警并閃爍，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)記錄對(duì)于時(shí)間節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)反應(yīng)狀態(tài)，并后臺(tái)自動(dòng)生成文件，方便后期系統(tǒng)運(yùn)維檢查[4]。另外可以快速的掌握?qǐng)?bào)警發(fā)生地點(diǎn)，對(duì)斷電、超溫、超壓等各種故障做到及時(shí)診斷，及時(shí)維修，保證供熱系統(tǒng)運(yùn)行安全。根據(jù)熱網(wǎng)工藝分析，確定熱網(wǎng)系統(tǒng)各個(gè)管網(wǎng)中溫度變化正常范圍，將熱網(wǎng)運(yùn)行控制在臨界變化范圍內(nèi)。

4.5 健全運(yùn)行檔案，實(shí)現(xiàn)量化管理

在調(diào)度中心設(shè)置管控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)合理組織存儲(chǔ)，為各級(jí)用戶提供方便快捷的數(shù)據(jù)查詢手段和分層次數(shù)據(jù)視圖，為系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)支持，以及為應(yīng)急保障提供相關(guān)基礎(chǔ)信息。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)還能調(diào)用、儲(chǔ)存供回水溫度、室內(nèi)平均溫度、壓力、流量、室外溫度、故障記錄等數(shù)據(jù)，以便查詢、分析、研究及總結(jié)。熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)\(yùn)行過(guò)程中的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立的各種信息數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)需要打印水壓圖、水耗、電耗、供汽量、供熱量、運(yùn)行日志等運(yùn)行控制指標(biāo)。

5 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在供熱管理中的應(yīng)用

5.1 實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)動(dòng)態(tài)平衡

調(diào)度人員在日常工作中可綜合分析熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)報(bào)表，及時(shí)調(diào)控?zé)嵩磧?nèi)部各條干線與出口的流量、溫度與壓力值，促進(jìn)該熱網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行的平衡性、動(dòng)態(tài)性，避免了熱網(wǎng)溫度、壓力忽高忽低不穩(wěn)定現(xiàn)象，使各家用戶的用熱參數(shù)變得更為穩(wěn)定，減少主管網(wǎng)疏水損耗量，達(dá)成此前制定的節(jié)能降耗目標(biāo)。

5.2 保障熱源、熱網(wǎng)、換熱站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

監(jiān)控中心系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)度者可及時(shí)在換熱站與熱源內(nèi)掌握熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，對(duì)換熱站內(nèi)的供熱負(fù)荷、熱網(wǎng)主干線中的管線熱負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)分析，及時(shí)找到其內(nèi)部各項(xiàng)參數(shù)的變化幅度與趨勢(shì)，切實(shí)轉(zhuǎn)換此前的粗放類供熱模式，統(tǒng)一管理與調(diào)配各地區(qū)中的供熱主管網(wǎng)與熱源廠等，給此后的管網(wǎng)運(yùn)行方法、熱負(fù)荷調(diào)配工作帶去適宜的判斷依據(jù)，不僅增強(qiáng)了供熱管控水準(zhǔn)，還提升了管網(wǎng)運(yùn)行效率，增進(jìn)熱電聯(lián)產(chǎn)形態(tài)的運(yùn)行效果[5]。

5.3 表計(jì)管理

監(jiān)控系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了從熱源廠、干線再到用戶的計(jì)量數(shù)據(jù)控制，在日常工作中設(shè)置異常狀態(tài)下的警報(bào)記錄，而調(diào)度中心的工作人員利用對(duì)溫度壓力曲線的查閱，可及時(shí)分析出該報(bào)表內(nèi)部的表計(jì)熱量供熱參數(shù)，待發(fā)現(xiàn)該供熱狀態(tài)處于失衡形式時(shí)，可發(fā)現(xiàn)該表計(jì)內(nèi)存有異常波動(dòng)，為更好地解決該問(wèn)題，相關(guān)部門應(yīng)對(duì)供熱管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行合理檢查，在排查過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)用熱量異?；蛴脩羲介_(kāi)閥門等不良現(xiàn)象時(shí)，可命令監(jiān)督人員與供熱人員共同趕到該現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)供熱管網(wǎng)實(shí)行合理整改，最大化縮減企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，在完成整改工作后，還要及時(shí)校驗(yàn)異常表計(jì)，增進(jìn)結(jié)算貿(mào)易的公平性，有效減少管網(wǎng)損耗。

5.4 停送汽管理、熱網(wǎng)維修

在熱網(wǎng)維護(hù)汽車檢修停送期間，通過(guò)調(diào)度調(diào)節(jié)，利用對(duì)供熱管網(wǎng)內(nèi)部的升壓升溫速度控制，可防止出現(xiàn)送汽過(guò)程中管網(wǎng)內(nèi)部因疏水調(diào)節(jié)不當(dāng)而形成的熱損耗提升現(xiàn)象，有效管控供熱管網(wǎng)內(nèi)部流量溫度壓力等數(shù)值參數(shù)。

5.5 工程設(shè)計(jì)施工

在完成管網(wǎng)負(fù)荷的綜合分析后，可以為各類開(kāi)發(fā)提供數(shù)據(jù)參考，在負(fù)荷余量較大、管損較大、用熱不均內(nèi)的管線中提升用戶使用開(kāi)發(fā)力度，在縮減管損的基礎(chǔ)上提升供熱管網(wǎng)的應(yīng)用效率；針對(duì)處在飽和狀態(tài)下的熱負(fù)荷供熱支線而言，在實(shí)際應(yīng)用中需依照不同用戶的用熱特征來(lái)開(kāi)發(fā)供熱管網(wǎng)，即錯(cuò)峰用熱等舉措，在滿足用戶基本需求的基礎(chǔ)上促進(jìn)供熱管網(wǎng)的正常運(yùn)行。

6 應(yīng)用效果

在當(dāng)前的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，其可應(yīng)用在改革創(chuàng)新、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、計(jì)量管理、監(jiān)督執(zhí)法、市場(chǎng)開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)、工程建設(shè)與運(yùn)行管理等方面，利用對(duì)多方面內(nèi)容的合理控制，為此后的熱網(wǎng)監(jiān)控帶去了較佳的數(shù)據(jù)支撐。隨著熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展，合肥區(qū)域內(nèi)部的供管網(wǎng)應(yīng)用損耗正出現(xiàn)了不同程度的下降，其綜合熱損度在2009—2020 年間由此前的23.84%縮減到15.9%，具體的縮減比率可達(dá)到33.3%，年供氣量在460 萬(wàn)t 左右，借助該項(xiàng)數(shù)據(jù)開(kāi)展對(duì)應(yīng)的計(jì)算時(shí)，可發(fā)現(xiàn)蒸汽累積損耗量在365240t 左右，節(jié)約標(biāo)煤約46000，經(jīng)濟(jì)效益顯著；自從熱損失下降后，各類污染物的排放量得到極大縮減，氮氧化物、二氧化硫與二氧化碳等數(shù)值分別持有340.4t、391t 與120520t，透過(guò)對(duì)該項(xiàng)數(shù)據(jù)信息的有效控制，可發(fā)現(xiàn)其取得了較為明顯的節(jié)能環(huán)保減排效果，而在取得該類效果的背后可看出熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的突出作用，在實(shí)際應(yīng)用中可為達(dá)成城市供熱環(huán)保、舒適與節(jié)能目標(biāo)做出了突出貢獻(xiàn)，進(jìn)一步展現(xiàn)出了該監(jiān)控系統(tǒng)帶有的社會(huì)效益，提升地區(qū)供熱運(yùn)行管控質(zhì)量。