劉猛

摘 要：本文以湖北某燃機電廠換熱首站供熱改造為例，詳細(xì)介紹了儀表及控制系統(tǒng)在換熱首站改造中的設(shè)計及應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：換熱首站；儀表；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0139-02

按照國家《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》及配套文件《關(guān)于有序放開發(fā)用電計劃的實施意見》精神，將逐步取消計劃電量、建立優(yōu)先發(fā)電制度。2017年湖北省市場電量的比例將超過50%，而燃機電廠上網(wǎng)電價高，無法參與市場競爭，取得優(yōu)先發(fā)電權(quán)的唯一途徑就是掌握供熱發(fā)展的主動權(quán)、盡快提升供熱規(guī)模，否則電廠現(xiàn)有的機組利用小時將隨著改革的深化快速下降。2018年，湖北省火力發(fā)電機組優(yōu)先發(fā)電計劃減少，燃機電廠發(fā)電利用小時也被壓減，部分電量隨時都有被納入市場化交易的可能。湖北省電力公司將根據(jù)優(yōu)先發(fā)電制度安排全年發(fā)電計劃，把為保障供熱需求的熱電聯(lián)產(chǎn)機組發(fā)電列為適用范圍，因此供熱將有利于燃機電廠保障計劃的3800利用小時數(shù)。而隨著電力市場改革逐步深入，燃機電價也會面臨下調(diào)風(fēng)險，所以必須通過增加供熱，以熱定電爭取更大利益。

1 換熱首站供熱系統(tǒng)改造簡介

1.1 換熱首站改造的迫切性

某燃機電廠從長遠(yuǎn)發(fā)展的角度在2016年出資收購了某民營公司全部供熱資產(chǎn)及供熱市場，實現(xiàn)了完整的熱電聯(lián)產(chǎn)。在換熱首站收歸電廠后，借助電廠的電、水設(shè)施，對原工藝流程進(jìn)行了調(diào)整，但隨著熱負(fù)荷的逐年增加，換熱首站內(nèi)的熱網(wǎng)加熱器、循環(huán)泵等的出力已經(jīng)不能滿足需要；換熱首戰(zhàn)用電成本高；控制系統(tǒng)老舊、監(jiān)控水平低，急需通過擴容、改造解決上述問題。

1.2 換熱首站改造內(nèi)容

換熱首站改造的主要內(nèi)容：新增熱網(wǎng)循環(huán)泵，熱網(wǎng)加熱器，高壓變頻柜等設(shè)備，將原PLC系統(tǒng)改為與主廠房一致的DCS系統(tǒng)。建設(shè)完成后，可解決當(dāng)前急需解決的問題，即現(xiàn)有首站熱網(wǎng)加熱器、循環(huán)泵揚程及流量不能滿足近期熱負(fù)荷增長和現(xiàn)有管網(wǎng)水力工況的矛盾，和換熱首站用電成本高，監(jiān)控水平低等問題。

2 控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

本次改造對原供熱首站的控制系統(tǒng)進(jìn)行整體更換，實現(xiàn)與主機DCS一體化配置。原換熱首站控制系統(tǒng)采用SIEMENS S7/300PLC控制系統(tǒng)，在電子設(shè)備間設(shè)1面控制機柜，在控制室設(shè)1臺操作員站。原PLC系統(tǒng)存在建設(shè)時期早，容量有限，不易擴展等問題，且部分現(xiàn)場設(shè)備測點未接入控制系統(tǒng)，與主機DCS未實現(xiàn)通訊，形成信息孤島。而作為燃機電廠，本身整體自動化水平一般都比較高，電廠目前也在推進(jìn)智慧電廠的建設(shè)，所以換熱首站控制系統(tǒng)老舊、監(jiān)控水平低的問題已經(jīng)成為整個燃機電廠實現(xiàn)智慧電廠工作的短板，急需進(jìn)行改造。該燃機電廠在改造后，控制系統(tǒng)與主廠房保持了一致，采用南京科遠(yuǎn)NT6000DCS控制系統(tǒng)，既能夠在換熱首站控制室通過新增操作員站完成對換熱首站所有設(shè)備的啟/停操作、正常運行工況的監(jiān)視和調(diào)整、異常與事故工況的處理，同時換熱首站DCS系統(tǒng)通過通訊接入二期#2汽機DCS系統(tǒng)，也實現(xiàn)在主機#2汽機操作員站對換熱首站進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)預(yù)留了與熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)的接口。

控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

換熱首站改造后的DCS控制系統(tǒng)測點主要包含新增工藝、電氣設(shè)備測點以及原系統(tǒng)的所有測點，將近約有400測點?？刂葡到y(tǒng)設(shè)置一對DPU，設(shè)兩面DCS機柜，其中控制機柜1面，擴展機柜1面；設(shè)DCS電源柜1面。新增操作員站1臺、工程師站兼歷史站1臺。DCS系統(tǒng)設(shè)備布置在換熱首站廠房4.5米層控制室內(nèi)。

3 儀表系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

工藝系統(tǒng)儀表設(shè)備改造的原則是盡量利舊，為了便于以后維修方便及減少備品備件的種類，新增工藝系統(tǒng)的儀表在設(shè)計時盡量與原系統(tǒng)保持一致。

3.1 流量儀表的設(shè)計應(yīng)用

這次改造，流量儀表的選型是重中之重，特別是一次熱網(wǎng)供、回水管道的兩臺流量計，管徑DN700，需要作為貿(mào)易結(jié)算用，故在選型時需要高度重視，既要考慮儀表的精度等技術(shù)要求，也要同時兼顧到經(jīng)濟性。目前用于貿(mào)易結(jié)算流量計常用的有渦街流量計、超聲波流量計、多孔孔板（差壓）流量計等。選擇流量計主要考慮安裝流量計的工藝管道前后直管段長度是否滿足規(guī)范及制造廠要求，精度是否滿足技術(shù)要求以及經(jīng)濟性等因素。對于渦街流量計，由于安裝流量計的工藝管道管徑為DN700，而對于DN300以下的工藝管道通常可選擇渦街流量計（管段式），這種方式精度可達(dá)到要求的1.0；而對于大于DN300的工藝管道，渦街流量計只能選擇插入式的，插入式渦街流量計測量的精度較低，通常為2.5，滿足不了測量精度的要求，不能用于貿(mào)易結(jié)算；另外渦街流量計對于前后直管段的要求比較高，根據(jù)介質(zhì)流向，上游直管段前可能為彎頭、閥門、縮放口，直管段的相應(yīng)要求也不同，但至少為前15（D）后5（D），其中D為工藝管道管徑，所以經(jīng)過對比，一次熱網(wǎng)供、回水流量計沒有選擇渦街流量計。對于超聲波流量計，精度能夠滿足技術(shù)要求，前后直管段的要求一般為前10（D）后5（D），但超聲波流量計通常在保證精度的前提下一般多選擇進(jìn)口品牌，用于DN700管徑的價格非常高，經(jīng)濟性低，所以也沒有選擇超聲波流量計。對于多孔孔板（差壓）流量計，對工藝管道的直管段要求低，通常為前5（D）后3（D），有的產(chǎn)品甚至可達(dá)到前2（D）后2（D）；精度也可滿足1.0的要求，而且價格較低。經(jīng)過深入溝通，反復(fù)比選，最后決定選擇多孔孔板（差壓）流量計作為一次熱網(wǎng)供回水流量計，搭配壓力和溫度補償，可實現(xiàn)熱量計量，用于貿(mào)易結(jié)算。

3.2 溫度儀表的設(shè)計應(yīng)用

新增就地的溫度檢測選用雙金屬溫度計；遠(yuǎn)傳溫度檢測根據(jù)介質(zhì)的溫度設(shè)計范圍，統(tǒng)一選擇鎧裝Pt100熱電阻。原系統(tǒng)的遠(yuǎn)傳溫度除個別為Pt100熱電阻外，大多為NI-1000熱電阻，這種熱電阻在電力行業(yè)使用較少，經(jīng)過和DCS廠家確認(rèn)，南京科遠(yuǎn)的DCS系統(tǒng)卡件目前不支持NI-1000的熱電阻信號接入，在這種情況下，或者在NI-1000熱電阻增加溫度變送器，將NI-1000的熱電阻信號轉(zhuǎn)變?yōu)?-20mA信號，然后再接入DCS；或者將現(xiàn)場安裝的NI-1000熱電阻更換為常用的PT100熱電阻。最后經(jīng)過對比，決定選擇更換NI-1000熱電阻為PT100熱電阻這種方式，這樣整個換熱首站遠(yuǎn)傳溫度檢測的形式也保持一致性。

3.3 壓力儀表的設(shè)計應(yīng)用

新增現(xiàn)場就地壓力表統(tǒng)一選擇不銹鋼壓力表；遠(yuǎn)傳壓力檢測統(tǒng)一選擇智能型壓力變送器。經(jīng)過核對原設(shè)計圖紙，原系統(tǒng)的壓力變送器與PLC采用硬接線連接，傳送的信號是0-10V的電壓信號，不是通常采用的4-20mA電流信號；本次控制系統(tǒng)改為DCS，為了不更換現(xiàn)場已安裝的壓力變送器，經(jīng)與DCS廠家溝通，將4-20mA的AI卡件更換為支持0-10V的AI卡件。

3.4 液位儀表的設(shè)計應(yīng)用

新增的熱網(wǎng)加熱器液位分別選擇磁翻板液位計、液位開關(guān)、差壓變送器搭。磁翻板液位計主要用于就地指示，液位開關(guān)（3個）用于熱網(wǎng)加熱器的液位高（Ⅲ）、液位高（Ⅱ）、液位低（Ⅱ）的報警及連鎖，差壓變送器測量液位主要用于模擬量遠(yuǎn)傳信號，三者搭配使用，以保證熱網(wǎng)加熱器液位測量的準(zhǔn)確性、可靠性。

4 其他儀控系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

4.1 工業(yè)電視系統(tǒng)

本次改造工業(yè)電視系統(tǒng)新增5臺攝像頭，200萬像素，采用目前主流的數(shù)字高清攝像頭，信號分別接入新增交換機，然后通過通訊接入原工業(yè)電視系統(tǒng)硬盤錄像機內(nèi)，在換熱首站原工業(yè)電視系統(tǒng)監(jiān)控站實現(xiàn)對換熱首站新增重要設(shè)備、電氣高、低壓配電室進(jìn)行監(jiān)視。

4.2 火災(zāi)報警系統(tǒng)

本次改造換熱首站設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，接入全廠火災(zāi)報警系統(tǒng)，對換熱首站工藝間、電氣高、低壓配電室及電子設(shè)備間進(jìn)行監(jiān)控。

5 結(jié)語

從燃機電廠的自動化水平來說，換熱首站儀表及控制系統(tǒng)經(jīng)過改造，自動化水平得到提升，與整個電廠的自動化程度保持一致，為實現(xiàn)智慧電廠打下了堅實的基礎(chǔ)。

從企業(yè)的社會效益來說，燃機電廠換熱首站經(jīng)過本次供熱改造，不但促進(jìn)了節(jié)能減排，改善了區(qū)域環(huán)境質(zhì)量，而且保障供熱質(zhì)量穩(wěn)定可靠，能夠進(jìn)一步改善民生，提升社會形象，促進(jìn)企業(yè)與地方關(guān)系的良好發(fā)展。