燃機(jī)電廠換熱首站改造儀表及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉猛

摘 要：本文以湖北某燃機(jī)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(jì)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(jì)劃的實(shí)施意見》精神，將逐步取消計(jì)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(jī)電廠上網(wǎng)電價(jià)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(jī)組利用小時(shí)將隨著改革的深化快速下降。2018年，湖北省火力發(fā)電機(jī)組優(yōu)先發(fā)電計(jì)劃減少，燃機(jī)電廠發(fā)電利用小時(shí)也被壓減，部分電量隨時(shí)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(jì)劃，把為保障供熱需求的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組發(fā)電列為適用范圍，因此供熱將有利于燃機(jī)電廠保障計(jì)劃的3800利用小時(shí)數(shù)。而隨著電力市場改革逐步深入，燃機(jī)電價(jià)也會面臨下調(diào)風(fēng)險(xiǎn)，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(jī)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(shí)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(kuò)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(yáng)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(jì)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(shí)現(xiàn)與主機(jī)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(jī)柜，在控制室設(shè)1臺操作員站。原PLC系統(tǒng)存在建設(shè)時(shí)期早，容量有限，不易擴(kuò)展等問題，且部分現(xiàn)場設(shè)備測點(diǎn)未接入控制系統(tǒng)，與主機(jī)DCS未實(shí)現(xiàn)通訊，形成信息孤島。而作為燃機(jī)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(gè)燃機(jī)電廠實(shí)現(xiàn)智慧電廠工作的短板，急需進(jìn)行改造。該燃機(jī)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(yùn)行工況的監(jiān)視和調(diào)整、異常與事故工況的處理，同時(shí)換熱首站DCS系統(tǒng)通過通訊接入二期#2汽機(jī)DCS系統(tǒng)，也實(shí)現(xiàn)在主機(jī)#2汽機(jī)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(diǎn)主要包含新增工藝、電氣設(shè)備測點(diǎn)以及原系統(tǒng)的所有測點(diǎn)，將近約有400測點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)置一對DPU，設(shè)兩面DCS機(jī)柜，其中控制機(jī)柜1面，擴(kuò)展機(jī)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(jì)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(jì)時(shí)盡量與原系統(tǒng)保持一致。

3.1 流量儀表的設(shè)計(jì)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(jì)，管徑DN700，需要作為貿(mào)易結(jié)算用，故在選型時(shí)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(shí)兼顧到經(jīng)濟(jì)性。目前用于貿(mào)易結(jié)算流量計(jì)常用的有渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、多孔孔板（差壓）流量計(jì)等。選擇流量計(jì)主要考慮安裝流量計(jì)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(jì)性等因素。對于渦街流量計(jì)，由于安裝流量計(jì)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(jì)（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(jì)只能選擇插入式的，插入式渦街流量計(jì)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(jì)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(jì)沒有選擇渦街流量計(jì)。對于超聲波流量計(jì)，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(jì)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(jià)格非常高，經(jīng)濟(jì)性低，所以也沒有選擇超聲波流量計(jì)。對于多孔孔板（差壓）流量計(jì)，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(jià)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(jì)作為一次熱網(wǎng)供回水流量計(jì)，搭配壓力和溫度補(bǔ)償，可實(shí)現(xiàn)熱量計(jì)量，用于貿(mào)易結(jié)算。

3.2 溫度儀表的設(shè)計(jì)應(yīng)用

新增就地的溫度檢測選用雙金屬溫度計(jì)；遠(yuǎn)傳溫度檢測根據(jù)介質(zhì)的溫度設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)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(jì)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(jì)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(jì)應(yīng)用

新增的熱網(wǎng)加熱器液位分別選擇磁翻板液位計(jì)、液位開關(guān)、差壓變送器搭。磁翻板液位計(jì)主要用于就地指示，液位開關(guān)（3個(gè)）用于熱網(wǎng)加熱器的液位高（Ⅲ）、液位高（Ⅱ）、液位低（Ⅱ）的報(bào)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(jì)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(jī)，然后通過通訊接入原工業(yè)電視系統(tǒng)硬盤錄像機(jī)內(nèi)，在換熱首站原工業(yè)電視系統(tǒng)監(jiān)控站實(shí)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(bào)警系統(tǒng)

本次改造換熱首站設(shè)置火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)，接入全廠火災(zāi)報(bào)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(jī)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(gè)電廠的自動化程度保持一致，為實(shí)現(xiàn)智慧電廠打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

從企業(yè)的社會效益來說，燃機(jī)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。