摘要：某工厂存在供暖热负荷(冬季)、生产工艺热负荷(全年)，介绍该厂热力站及二级管网的系统流程，探讨了换热器、二级主干线供回水压差控制策略。

    关键字：热力站；  二级管网；  控制策略；  换热器；  供回水压差

Control Strategy of Heat-supply Substation with Coexistent Space Heating Load and Process Heating Load

    Abstract: There are space heating load in winter and annual process heating load in a factory. The system flow of the substation and the secondary circuit of the factory are introduced．The control strategies of heat exchanger and pressure difference between supply water and return water in secondary trunk main are discussed.

    Key words: substation；secondary circuit；control strategy；heat exchanger；pressure difference between supply water and return water

1 系统流程

    某高档轿车厂位于我国东北地区，该厂存在供暖热负荷(冬季)、生产工艺热负荷(全年)，热源为市政热水。供暖设计热负荷为75 MW，供热对象为车间、站房、办公楼等。生产工艺设计热负荷为25MW，供热对象为涂装车间生产线。热力站、二级管网系统流程见图1。

    热力站一级侧供、回温度为ll0、70℃，配置两种供热能力的管道：夏季供热能力25 MW，规格Ø462；冬季供热能力100MW，规格Ø820。热力站采用4台换热能力为25 MW的壳管式换热器并联运行。夏季只运行一台换热器，冬季根据用户负荷，运行l～4台换热器。热力站二级侧热水先经主干线送到厂区的不同区域，再经各支干线送到每个用户。支干线1，包括供暖热负荷、生产工艺热负荷。支干线2、3，仅包括供暖热负荷。二级侧安装5台二级循环泵PU1～PU5。在夏季，二级循环泵PU5工作，流量为330 m³／h，扬程为25 m。在冬季，二级循环泵PU1～PU4工作，单台流量为380 m³／h，单台扬程为50 m，并联运行。

    厂区内各用户设计供水温度为90℃，考虑到管道的散热损耗，二级侧实际供水温度为(92±1)℃。当室外温度或用户负荷波动时，控制系统能够自动计算二级侧供回水压差并自动调节，精度为压差计算值的±l％。热力站有2种运行模式：生产负荷模式、供暖生产负荷模式，生产负荷模式只有生产工艺热负荷，供暖生产负荷模式包括供暖热负荷、生产工艺热负荷。当室外温度高于l7℃时，切换至生产负荷模式运行。当室外温度低于15℃时，切换至供暖生产负荷模式运行。

    定压补水装置维持二级回水静压恒定(静压测点为P1)。定压补水装置主要包括补水泵、泄水阀、压力膨胀罐等。二级循环泵(PU1～PU5)与二级回水静压连锁。若二级回水静压正常(不低于50kPa)，控制系统启动二级循环泵；若二级回水静压过低(低于40 kPa)且持续30 s，控制系统关闭所有正在运行的二级循环泵，并进行报警。

2 换热器控制

    ①起停控制过程

    以换热器HE1为例，换热器的启动控制过程和关闭控制过程如下。换热器HE1启动控制过程：当换热器HE1满足启动条件时，先缓慢(历经l80 s)打开换热器二级侧开关阀BV1；然后PID控制器调节换热器一级侧调节阀RV1、RV2的相对开度使换热器二级侧出水温度(测点TS1)达到设定值。值得注意的是，换热器二级侧出水温度(测点TS1)的设置值由80℃缓慢(历经l5 min)上升到92℃，避免在换热器启动时由于超调导致机械式温度控制器TL1动作关闭换热器。换热器HE1关闭控制过程：当换热器HE1满足关闭条件时，先关闭换热器一级侧调节阀RV1、RV2。然后缓慢(历经l80s)关闭换热器二级侧开关阀BV1。

    ②生产负荷模式

    进入生产负荷模式时，启动l台换热器。PID控制器控制换热器一级侧调节阀的相对开度，使换热器二级侧出水温度达到设定值。为了提高控制精度，每台换热器的一级侧安装2个调节阀，其中一个调节阀最大相对开度对应设计流量的70％，另一个最大相对开度对应设计流量的30％。

    ③供暖生产负荷模式

    单台换热器的额定热功率为25 MW，一级供、回水温度为110、70℃，则额定热功率下单台换热器一级侧流量为537．5 m³／h。当实际热功率为额定热功率的75％时，流量约403 m³／h。各台换热器的一级侧流量之和为一级侧总流量。

    进入供暖生产负荷模式时，先启动第一台换热器。然后根据以下控制策略启动其他换热器：当一级侧总流量大于403 m³／h并持续300 s后，启动第2台换热器；大于806 m³／h并持续300 s后，启动第3台换热器；大于1 209 m³／h并持续300 s后，启动第4台换热器。

    关闭换热器时，流量控制的滞后量设定为-80 m³／h，即当一次侧总流量小于1 129 m³／h并持续60 s后，关闭第4台换热器；小于726 m³／h并持续60 s后，关闭第3台换热器；小于3 23 m³／h并持续60 s后，关闭第2台换热器。

    ④安全温度控制

    当换热器二级侧出水温度大于机械式温度控制器的设定值(95℃)时，机械式温度控制器动作，立即关闭该换热器的一级侧调节阀，并发出报警。当换热器二级侧出水温度下降到正常温度后，换热器一级侧调节阀重新打开。当某台换热器一级侧调节阀关闭5次后，该换热器关闭退出运行，并发出报警。操作人员经现场检查处理并复位后，切换到正常状态。

3 二级主干线供回水压差控制

    为了降低主干线压力波动的影响，提高供热稳定性，在每个用户的热力入口回水管安装自力式压差控制阀，保证各用户的供回水压差恒定。在主干线安装供回水压差传感器DP1，用于监测主干线供回水压差。

    ①生产负荷模式

    在生产负荷模式下，二级循环泵PU5工作。为了适应负荷变化，提高二级主干线压差控制质量，采用PID串级控制方式(一个PID控制器的输出值是另一个PID控制器的设定值)对二级侧主干线供回压差进行控制。

    二级主干线供回水压差PID控制器根据用户实际供回压差(输入值)、自力式压差控制阀设定值(设定值)，输出所需的二级主干线供回水压差。对于两个以上的用户，取输出的最大值。二级循环泵PU5转速PID控制器根据二级主干线供回水压差PID控制器的输出值(设定值)、二级主干线供回水压差传感器(DPI)实测信号(输入值)，输出调节二级循环泵PU5转速的信号，实现二级主干线供回水压差的控制。

    当二级循环泵PU5出现故障(如变频器故障、过载)时，自动切换到另一台二级循环泵(PU1～PU4)运行。虽然切换后的二级循环泵功率、扬程比PU5大，但通过变频调速控制，可以实现二级主干线供回水压差控制。当二级循环泵PU5恢复正常后，再自动切换到PU5运行。

    ②供暖生产负荷模式

    供暖生产负荷模式二级循环泵PU1～PU4工作，二级主干线供回水压差控制原理与生产负荷模式类似。若二级循环泵的转速大于等于额定转速的98％且持续2 min，增加1台二级循环泵。当2台及2台以上的二级循环泵运行时，若二级循环泵的转速小于额定转速的60％且持续2 min，减少1台二级循环泵。所有正在运行的二级循环泵以同一转速运行。当l台正在运行的二级循环泵出现故障(如变频器故障、过载)且循环泵运行数量小于4台时，立即启动备用二级循环泵运行。

4 结语

    合理的热网、热力站控制策略要有完善的设备保护功能，并实现节能高效。控制策略要与工程实际需求相适应，并在实践中加以完善和改进。

本文作者：张成礼庞洛明

作者单位：中国汽车工业工程公司自控工程院