换热站分布式变频改造+云监控技术的应用

换热站分布式变频改造 + 云监控技术的应用

原 月

山西三建建安第五分公司 山西省 长治市 046000

摘要：随着国家对集中供热项目的有利推进，北方各个城市已经基本实现集中供热，南方部分城市也在号召实现集中供热。和传统供热系统对比，分布式变频系统选择合适的项目进行改造，通过合理设计能显著降低整体系统总电装容量。尤其是热源侧主循环泵功率大幅度降低，管网压力降低，节能控制很大。

关键词：换热站、节能、变频改造技术、无人值守

1. 分布式变频改造技术工程概况

潞城市“三供一业”供热维修改造项目EPC总承包-换热站自动化控制分布式变频系统改造（以下简称“项目”）是我公司承接的潞城区天脊集团供热移交项目中的分项工程。

工程涉及供热面积80万平米，覆盖天脊集团职工10000多户家庭取暖，铺设一次网管线5KM，二次网管线20KW。改造换热站三座，新建换热站两座。

2. 分布式变频改造技术项目背景

项目建成以后整个系统并入潞城市惠群热力有限公司集中供热一次网内，且处于潞城市供热一次管网最末端，距离热源厂12KM，在一次网末端直接增加80万平米的供热负荷，必然会增加潞城市一次管网压力，且无法保证高温热水能循环到供热末端。

三、分布式变频改造技术概述

在传统的供热枝状管网中，一般是在热源处和热力站各设一组循环泵，根据管网系统的总流量好最不利环路的阻力选择循环泵的流量、扬程、台数；管网系统各用户末端设手动调节阀或者自力式流量调节阀等调节设备，以消耗掉该用户的剩余压头，达到系统内各用户之间的水利平衡；个别既有热网用户由于用热负荷的变化，资用压头不够，增加了供水或者回水加压泵。但是由于不易调节，往往对上游或者下游用户产生不利的影响。

如图所示：

随着新型调节设备和控制手段的出现，使得对水泵的数字控制成为可能，理论上可以取消管网中的调节设备，代之以在管网的适当节点设置可调试的水泵，以满足其后的水利工况要求，在管网的适当位置设置一压差控制点，控制管网中压差。而对于循环泵的选择；只要能够满足总流量和客服热源到压差控制点的阻力即可，这样可大大降低热源循环泵的扬程，使得热循环泵电机功率下降许多。压差控制点之后的每个热用户均设置相应的分布式变频泵，就构成了分布式变频系统。

考虑项目实施后的实际因素，与潞城市惠群热力技术总工及设计院、行业专家交流后一致同意采用一次网分布式变频改造技术。

分布式系统的实施需要配合换热站自动化控制系统使用，结合负荷预测系统，按照不同时段实际的热负荷需求，结合室外天气变化情况，调整本换热站实际需要的流量。结合全网平衡系统来调整全网系统的总平衡。做到节能、降耗。

四、分布式变频改造技术项目设计

1、设计压差控制点

压差控制点主要考虑热源厂内，越靠近热源厂则运行能耗越少，适合加装调节阀的位置安装。

2、分布式变频系统水利计算

本项目设计热负荷指标取80W/平米，设计供回水温差50℃，由于热力站采用板式换热，水利计算中板换的设计管阻取0.5PMa.

3、热源厂循环泵的选择

（1）流量选择，能够满足供热负荷下全部循环流量，一般可根据锅炉额定流量确定循环泵流量，

（2）扬程选择，满足热源的奥压差控制点的管网阻力，即汽水换热站阻力加水泵进出口阻力加管网阻力损失。

本项目中热源循环泵选择与原有循环泵对比如下：

4、分布式变频泵的选择

换热站内分布式变频水泵的选择主要是满足该换热站所带热用户总需要的流量；克服管网、板换等阻力的扬程即可。本项目设计所有分支换热站分布式变频泵的总功率为700kw。

5、设计要点

（1）热源厂侧一台热交换器最好对应一台循环泵

（2）均压管越粗越好

（3）换热站分布式水泵选型最好乘以1.1-1.2系数。

五、分布式变频改造技术优势

1、分布式变频技术的应用首先解决了天脊供热项目中热源不足的问题，保障供热改造项目顺利推进。天脊集团10000多热用户按时供热。

2、降低管网压力

热源厂的循环泵负责热源侧循环，控制点以后的阻力由换热站分布式水泵克服。原先管网中调节阀消除掉的管网多余资用压头，在分布式水泵的情况下每座换热站根据需求用多少抽多少。基本不存在多余资用压头。所以整体管网压力下降。

本项目中原管网运行压力为0.9MPa，增加天脊供热面积以后为1.1MPa。分布变频改造实施以后整体管网压力降低至0.55MPa。压力下降50%。保障管网运行安全。

原管网运行压力见下图（压差控制点之后压力）：

设计管网压力见下图（压差控制点之后压力）：

3、解决了管网平衡

因为各个换热站分别安装分布式水泵，配置增加管网水利平衡系统。各台水泵保证本换热站流量。距离热源厂近端安装水泵功率适当调小，热源远端安装水泵功率适当调大。消除了换热站冷热不均的问题，保证管网平衡。

4、节能分析

从设计选型得出，项目中原来循环泵总功率为2660kw，新设计循环泵加分布式水泵的总功率为1700KW，设计节电37%。

从实际运行后节能分析得出，管网在实际运行中由于分布式水泵在供热初期及末期室外温度有利的情况下运行功率适当降低。实际节点效果40%以上。

因为换热站用电属于工业用电，不同换热站与供电方结算价位不一样，平均按照每度电0.788元计算。得出以下结论：

1000KW（节省的总功率）*24h（每天）*150天（供热天数）*0.7（变频调节系数）*0.7（室外温度系数）*0.788（元）=1390032元。

节电的结果是因为原系统中更多的热水盲目的进入换热站以后再返回，导致更多的热量在管网中消除。分布式系统消除了多余资用压头，换热站按需供热，所以节电的结果反馈到热源厂一侧直接就是热量的节省。本项目运行对比发现实际节省热量20%。在节热的过程中系统中有另外的新技术支持。分布式变频水泵技术在此处不做分析。

六、分布式变频改造技术投资回报

本项目在改造中总投资300万元，每年电费一项节省176.4万元。两个采暖季即可收回全部投资。

七、分布式变频改造技术项目总结

整个分布式变频在项目上实施以后，彻底解决了潞城市集中供热管网压力过高，天脊集团远端热源输送难等关键技术问题，同时整个项目响应国家号召节能降耗，为项目的顺利实施提供了强有力的技术支持。

八、云监控技术的应用

1、系统介绍

该监控系统由于采用全网集中监控，计算机采集记录了各种工艺参数，如：温度、压力、流量、电压、电流等，为供热数据查询，供热分析计算提供了很好的依据，也为来年供热打下良好的基础。

监控系统具有实时数据采集、实时数据曲线、实时模拟现场动画显示、异常报警、远程控制、历史数据查询、历史曲线、打印、地理信息等强大的功能。远程监控包括远程监视和远程控制两个层面，在调度中心可以监视、记录到各个换热站的所有运行数据，当出现意外情况时软件上弹出报警画面，同时还将报警信息以短信的方式发送到相关人员手机上。远程控制换热站的运行，如启停泵，调节泵的转速、循环泵的启停、补水泵的启停，同时可以调节电动阀门开度。

现在换热站无人值守远程监控系统方案中，具有可扩展性，并且会为以后新增的换热站留有接口，当新建换热站时，自动在软件中添加点和参数就可以了，避免了二次投资。然后集成到换热站无人值守远程监控系统中，为以后系统的发展、扩充提供了非常便利的条件。

换热站是集中供热系统供热网路与热用户的连接场所，是热源与热用户之间的一个中间环节，其供热品质的好坏对改善热网热力工况，提高供热质量起着重要作用。

采用先进的气候补偿理念，引入室外温度，当室外温度降低或上升时，就需要改变二次供水出口温度；通过对并联在一次供水管道上的两通电动调节阀进行微调，以达到改变二次供水的出口温度；使二次供水的出口温度随着室外温度的变化而变化，同时不影响一次管网的压力平衡；这样既能提高供热品质，实现节能，同时也可以达到热力站无人值守远程监控的目的。

2、什么是云监控技术

调度中心对各换热站的温度、压力、流量、开关量等进行信号采集测量、控制、远传，实时监控一次网、二次网温度、压力、流量，循环泵、补水泵运行状态及水箱液位等各个参数状态，进而对供热过程进行有效的监测和控制。在供热期间可按室外温度调节二次网供回水温度（可手动、自动切换），达到按需供热，实现气候补偿节能控制，也可以进行分时分区节能控制，可以实现供热全网热量平衡及节约能源。

3、云监控技术系统特点

我公司调度中心、换热站及当地联通公司的实际情况，做出一系列的技术改革，现在我公司实现了换热站运行参数的集中监视和控制，达到无人值守的目的，同时还具有以下特点：

3.1.先进性：采用国内外先进的技术与产品，采用先进的软硬件技术架构，满足企业长期发展的需要；实现设备各种现场数据的全面、准确、实时采集。热力站管理和控制自动化程度高，提高了工艺系统的安全系数，保证了系统的供热品质。

3.2.成熟性：以实用为原则，采用成熟的经过工程检验的先进技术。

3.3.可靠性：无论在硬件选择还是软件编制上，保证系统的可靠性，使控制系统长时间工作在无故障或少故障状态，并为企业提供相关的应急处理措施。

3.4.容错性：系统在运行过程中不会因为一些意外的操作或一些错误就终止系统的运行，而是以某种预定的方式做出适当地处理，使系统得以继续运行，这就要求系统具有一定的容错性（又称健壮性）。在系统的设计过程中，把可能遇到的错误和意外考虑周到，并根据系统测试时的出错症状及时地完善系统。

3.5.可维护性：硬件安装应尽量减少元件更换时间，元器件具有互换性，软件编制应有较强的故障诊断能力。

3.6.可操作性：界面友好，易学易用，具有良好的中文处理信息能力，能适应不同素质的人员，降低系统的管理维护和操作成本。

3.7.现场控制独立性：现场控制是独立的，不会因监控计算机的瘫痪而受影响。

结语

分布式变频改造技术是我公司节能的重点工作，和传统供热系统相比，分布式变频系统作为一种新型的供热系统运行形式，通过合理设计显著降低供热一次管网的总电装容量，尤其是换热站内主循环泵功率大幅度降低，改造后运行效果良好，节能效果显著。

云监控技术让换热站实现了对换热站设备的自动控制，提高了供热质量。满足了用户需求的前提下，节约了大量的人力、物力资源，减少了不必要的浪费。同时，管理人员可以更清楚地了解各个换热站的运行数据，使管理更加有的放矢，有效地提高了供热管理水平；提高了热力系统的运行管理水平；为热力系统的运行管理提供一个良好的支持环境；节约了大量的人力、物力资源，减少了不必要的浪费，大大提高公司经济效益和社会效益。

在大的市场环境中合适的项目选择分布式变频改造技术和无人值守云监控技术，能给集中供热项目上带来真正的节能效果，值得大胆采用。

参考文献：

1. 高云峰，田贯三.浅谈集中供热老旧管网改造规划[J].供热制冷，2017（6）“22~25

2. 赵权，于喆，李勇.采暖期耗热量与耗电量关系的经济性分析[J].北方建筑，2017（4）：65~68