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分布式热网监控系统在煤改气工程的应用
博燃网● 2015-07-15

摘 要:结合天津市煤改气工程实例,介绍分布式热网监控系统的网络架构,探讨了过程监控系统、视频监控系统和集中显示系统。

关键词:煤改气;  分布式控制;  热网监控

Application of Distributed Monitoring System for Heat-supply Network to Coal-to-Gas Conversion Project

AbstractThe network architecture of distributed monitoring system for heat-supply network is introduced with a coal-to-gas conversion project in TianjinThe process monitoring systemvideo surveillance system and centralized display system are discussed

Keywordscoal-to-gas conversiondistributed controlmonitoring of heat-supply network

 

1 概述

为全面提高城市品质和城市质量,走低碳、环保、高效的绿色繁荣之路,天津市大力推行中心城区淘汰燃煤锅炉房热源改造工程,该工程也是落实“十二五”节能减排任务的重要内容,是改善空气质量的民心工程,是建设生态城市的具体举措[1]。为了全面提升供热管网的监控与管理水平,在热源厂改造工程中,监控系统的现代化与智能化改造也成为改造重点[2]。本文以天津市河东区丽苑锅炉房及配套管网改造工程为例,探讨分布式热网监控系统在煤改气工程中的应用。

天津市河东区丽苑锅炉房及配套管网煤改气改造工程主要涵盖一座热源厂(丽苑锅炉房)21座热力站,其中丽苑锅炉房设置3×58MW燃气热水锅炉及附属设施作为核心节点,21座热力站分布在供热管网上作为各自供热分区的热量调节枢纽。

2 分布式热网监控系统

2.1 网络架构

为了全面提高对丽苑锅炉房的监控效率,大幅降低热力站的管理成本,提出了一种分布式热网监控系统[3]。考虑到该工程的实际情况,热网监控系统主要分为过程监控系统和视频监控系统,同时针对热网分布的实际特点,过程监控系统细分为本地过程监控系统和远程过程监控系统;视频监控系统细分为本地视频监控系统和远程视频监控系统。热网监控系统的网络架构见图1。考虑到锅炉房作为热力系统的中心节点,故在锅炉房设置热网监控中心作为热网监控系统的硬件依托,监控中心主要配置1台数据服务站、1台工程师站、4台操作员站、1WEB服务器和1CCTV(闭路电视)视频管理站(属于集中显示系统中的一部分)。为了实现监控信息的直观显示与发布,监控中心设置了一套基于多屏拼接的LCD电视墙作为集中显示系统。

 

由于丽苑锅炉房及配套供热管网负责的供热面积较大,各热力站分布分散,且分布情况不一致,因此本工程设计了有线和无线}昆合组网模式,即光纤组网和无线组网相互融合的组网模式。在公网光纤已经覆盖的热力站,采用光纤组网模式,借用公共因特网将数据传输至热网监控中心;对于公网光纤没有覆盖且单独敷设光纤成本过高的热力站,采用基于GPRS的无线组网模式,将数据传输至热网监控中心。同时为了保证网络的安全性与可靠性,各热力站的数据传输均采用VPN(Virtual Private Network,虚拟专用网络)完成,它通过采用隧道技术、加密技术和认证技术,确保在Internet上传送数据的安全性[4]

2.2 过程监控系统

221锅炉房过程监控系统

在该煤改气工程中,丽苑锅炉房作为整个热力管网的能量中心,其运行状况与管理水平直接影响该地区的供热效率与用户体验,因此本文采用两级网络结构的分布式控制系统实现锅炉房的监控与管理,该系统能够有效地分散控制风险,提高集中管理效率。在控制层级,设置4个独立PLC控制柜,其中针对3台燃气热水锅炉分别设置0828控制柜,完成锅炉本体运行参数的监视与控制;针对配套公共设施设置3”控制柜,完成公共设施参数的监视与控制,同时将过程参数上传至监控中心的热网监控系统实现集中管理。

锅炉房过程监控系统主要完成热工检测、热工报警及联锁保护和自控调节等主要功能,其主要监测参数为:

温度:锅炉出口水温度、锅炉进口水温度、

锅炉出口烟气温度、节能器后烟气温度、锅炉房供回水温度和室外环境温度等。

压力:锅炉出口水压力、锅炉进口水压力、炉膛压力、锅炉出口烟气压力、节能器后烟气压力、锅炉房供回水压力、系统定压和循环水泵出口水压力。

流量及其他参数:每台锅炉出口水流量、燃气流量、锅炉房外供水流量、烟气含氧量及必要的就地仪表参数等。

锅炉房过程监控系统的主要控制、联锁回路为:出水温度自动调节和燃烧系统自动调节;锅炉出口温度、压力的报警及联锁;循环水泵定压点的检测报警;燃气压力的高低报警、燃气压力的低限联锁;锅炉房燃气泄漏的检测、报警与联锁。

222热力站过程监控系统

热力站作为热量传输的中继节点,担负辖区内的热量供应与调节,其运行状态将直接影响热用户的供热体验。为了实现供热系统节能降耗的控制目标,完成供热管网网络化和智能化的管控提升,热力站过程监控系统的智能化改造尤为重要[5]

该煤改气工程涵盖21座热力站,每座热力站设置RTU现场控制单元,用于监控换热机组及附属设施的运行情况,同时每个RTU设置一台触摸显示屏作为人机交互接口,完成对过程参数与设备运行状态的监视与控制。RTU具备工业以太网通信接口,用于与监控中心进行通信,组成完整的热网监控系统。

热力站过程监控系统主要设计两个模拟量调节回路:

二级管网温度调节回路。依据热力站热量平衡原理,考虑回路的控制效果与抗干扰性,本工程选取一级管网进水流量作为二级管网温度的操纵变量,一级管网电动调节阀作为控制回路的执行机构,实现对二级管网水温的自动控制。二级管网水温的设定值依据室外环境温度与参考曲线确定,从而实现控制系统对不同环境条件的适应。

循环水泵定压控制回路。为了保证供热管网的供热效率,依据二级管网热力、水力平衡原理,本工程设计了循环水泵定压控制回路。当管网内热负荷发生变化时,通过调节循环水泵的工作频率来保证二级管网供回水压差稳定,从而保证对热用户的供热效果。

热力站过程监控系统的主要监测参数:

温度:室外温度、一级管网供水温度、一级管网回水温度、二级管网供水温度和二级管网回水温度。

压力:一级管网供水压力、一级管网回水压力、二级管网供水压力、二级管网回水压力、循环水泵进口压力、循环水泵出口压力、补水泵出口压力与二级管网供回水压差。

流量和热流量:一级管网供水流量与热流量、二级管网供水流量与热流量、自来水人口流量和补水流量。

液位:软化水箱液位。

2.3 视频监控系统

为了提高工艺设备的监控水平,降低管理成本,本工程设计了完整的视频监控系统,从而达到对重要工艺设备与工艺节点的全天候监控。视频监控系统主要由本地视频监控系统和远程视频监控系统组成,其中本地视频监控系统主要完成锅炉房内的关键设备的视频监控,由于热网监控中心位于锅炉房,所以高清摄像头通过线缆可直接与监控中心的CCTV视频管理站进行通信;远程视频监控系统主要完成各个热力站的视频监控,从而实现热力站无人值守的监控目标。由于热力站分布比较分散且距离较远,组网难度较大,因此远程视频监控系统成为本工程视频监控系统的重点。视频监控系统网络结构见图2

 

远程视频监控系统采用分布式网络结构构建监控网络,即各个热力站的视频监控系统完成视频信号的采集与处理,通过城市公共网络以标准信号的形式传输至控制室内的WEB服务器,由WEB服务器完成各热力站视频信号的管理与发布。分布式网络结构可以实现风险分散与管理集中,最大限度地降低风险集中爆发。由于各热力站的视频信号在热力站完成数据处理,从而大大降低了位于热网监控中心的核心节点的工作负荷,大幅度提高了监控网络的可靠性。

2.4 集中显示系统

为了实现过程监控与视频监控的直观可视化,在热网监控中心内设置一面多屏拼接的液晶电视显示墙,液晶面板采用超窄边拼接液晶显示屏,其拼接缝不大于5.5mm,可以有效地提升监控水平与监控效果。同时液晶面板安装采用前维护式背架安装,其墙后无须设置维护空间,因此该安装方式与传统支架式安装方式相比,具有空间紧凑和维护方便等特点。同时该系统配备高性能硬件视频控制器,可以实现监控中心各类视频源信号的灵活配置与显示,与远程热力站视频监控系统配合即可在监控中心内实现对各热力站的实时监控,从而达到热力站无人值守的管理要求。本套集中显示系统可以7d×24h运行,凭借这套系统提供的高分辨率应用和综合图文显示功能,简便灵活地操作,为高效管理和安全提供了重要保障。

3 结语

本文以天津市河东区丽苑锅炉房及配套管网煤改气工程为例,详细阐述了分布式热网监控系统的设计思路与技术方案。该系统以网络化和智能化为设计理念,以分布式网络架构为基础,融合了过程监控系统与视频监控系统,实现了锅炉房及热力站的全流程监控与管理。该系统在煤改气工程中的应用,大幅度提升了原有监控系统的现代化水平,有效地降低了供热管网的管理成本,获得较好的经济效益与社会效益。

 

参考文献:

[1]王蕊,倪康君,陈爽.天津市中心城区淘汰燃煤锅炉房热源改造工程能源利用情况研究[J].资源节约与环保,2014(6)18-19

[2]陈寿安.天津煤改气工程宜先小后大、先零后整[J].中国工程咨询,2014(8)52-53

[3]张法琪,汪浩然,杨国强,等.基于分布式Web技术的热网SCADA系统[J].煤气与热力,201131(5)A23-A28

[4]陈立军,袁洪波,孙伟华,等.基于ADSLVPNVLAN的热网远程监控系统[J].煤气与热力,200828(1)A18-A20

[5]张骐.集中供热热力站集散控制系统[J].煤气与热力,200727(9)84-86

 

 

 

本文作者:蒋金明  黄琼  王胡  孔超  杨程  李妍

作者单位:中国市政工程华北设计研究总院有限公司

  中国人民解放军后勤工程学院,重庆401331)

 

 

 

 

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