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1、 燃机电厂换热首站改造仪表及控制系统的设计与应用 刘猛摘 要：本文以湖北某燃机电厂换热首站供热改造为例，详细介绍了仪表及控制系统在换热首站改造中的设计及应用情况。关键词：换热首站；仪表；控制系统：TP273.5 ：A ：1671-2064（2018）21-0139-02按照国家关于进一步深化电力体制改革的若干意见及配套文件关于有序放开发用电计划的实施意见精神，将逐步取消计划电量、建立优先发电制度。2017年湖北省市场电量的比例将超过50%，而燃机电厂上网电价高，无法参与市场竞争，取得优先发电权的唯一途径就是掌握供热发展的主动权、尽快提升供热规模，否则电厂现有的机组利用小时将随着改革的深化快速下
2、降。2018年，湖北省火力发电机组优先发电计划减少，燃机电厂发电利用小时也被压减，部分电量随时都有被纳入市场化交易的可能。湖北省电力公司将根据优先发电制度安排全年发电计划，把为保障供热需求的热电联产机组发电列为适用范围，因此供热将有利于燃机电厂保障计划的3800利用小时数。而随着电力市场改革逐步深入，燃机电价也会面临下调风险，所以必须通过增加供热，以热定电争取更大利益。1 换热首站供热系统改造简介1.1 换热首站改造的迫切性某燃机电厂从长远发展的角度在2016年出资收购了某民营公司全部供热资产及供热市场，实现了完整的热电联产。在换热首站收归电厂后，借助电厂的电、水设施，对原工艺流程进行了调整，
3、但随着热负荷的逐年增加，换热首站内的热网加热器、循环泵等的出力已经不能满足需要；换热首战用电成本高；控制系统老旧、监控水平低，急需通过扩容、改造解决上述问题。1.2 换热首站改造内容换热首站改造的主要内容：新增热网循环泵，热网加热器，高压变频柜等设备，将原PLC系统改为与主厂房一致的DCS系统。建设完成后，可解决当前急需解决的问题，即现有首站热网加热器、循环泵扬程及流量不能满足近期热负荷增长和现有管网水力工况的矛盾，和换热首站用电成本高，监控水平低等问题。2 控制系统的设计应用本次改造对原供热首站的控制系统进行整体更换，实现与主机DCS一体化配置。原换热首站控制系统采用SIEMENS S7/3
4、00PLC控制系统，在电子设备间设1面控制机柜，在控制室设1台操作员站。原PLC系统存在建设时期早，容量有限，不易扩展等问题，且部分现场设备测点未接入控制系统，与主机DCS未实现通讯，形成信息孤岛。而作为燃机电厂，本身整体自动化水平一般都比较高，电厂目前也在推进智慧电厂的建设，所以换热首站控制系统老旧、监控水平低的问题已经成为整个燃机电厂实现智慧电厂工作的短板，急需进行改造。该燃机电厂在改造后，控制系统与主厂房保持了一致，采用南京科远NT6000DCS控制系统，既能够在换热首站控制室通过新增操作员站完成对换热首站所有设备的启/停操作、正常运行工况的监视和调整、异常与事故工况的处理，同时换热首站
5、DCS系统通过通讯接入二期#2汽机DCS系统，也实现在主机#2汽机操作员站对换热首站进行监控。系统预留了与热网远程监控系统SCADA系统的接口。控制系统的网络结构图如图1。换热首站改造后的DCS控制系统测点主要包含新增工艺、电气设备测点以及原系统的所有测点，将近约有400测点。控制系统设置一对DPU，设两面DCS机柜，其中控制机柜1面，扩展机柜1面；设DCS电源柜1面。新增操作员站1台、工程师站兼历史站1台。DCS系统设备布置在换热首站厂房4.5米层控制室内。3 仪表系统设计应用工艺系统仪表设备改造的原则是尽量利旧，为了便于以后维修方便及减少备品备件的种类，新增工艺系统的仪表在设计时尽量与原系
6、统保持一致。3.1 流量仪表的设计应用这次改造，流量仪表的选型是重中之重，特别是一次热网供、回水管道的两台流量计，管径DN700，需要作为贸易结算用，故在选型时需要高度重视，既要考虑仪表的精度等技术要求，也要同时兼顾到经济性。目前用于贸易结算流量计常用的有涡街流量计、超声波流量计、多孔孔板（差压）流量计等。选择流量计主要考虑安装流量计的工艺管道前后直管段长度是否满足规范及制造厂要求，精度是否满足技术要求以及经济性等因素。对于涡街流量计，由于安装流量计的工艺管道管径为DN700，而对于DN300以下的工艺管道通常可选择涡街流量计（管段式），这种方式精度可达到要求的1.0；而对于大于DN300的工
7、艺管道，涡街流量计只能选择插入式的，插入式涡街流量计测量的精度较低，通常为2.5，满足不了测量精度的要求，不能用于贸易结算；另外涡街流量计对于前后直管段的要求比较高，根据介质流向，上游直管段前可能为弯头、阀门、缩放口，直管段的相应要求也不同，但至少为前15（D）后5（D），其中D为工艺管道管径，所以经过对比，一次热网供、回水流量计没有选择涡街流量计。对于超声波流量计，精度能够满足技术要求，前后直管段的要求一般为前10（D）后5（D），但超声波流量计通常在保证精度的前提下一般多选择进口品牌，用于DN700管径的价格非常高，经济性低，所以也没有选择超声波流量计。对于多孔孔板（差压）流量计，对工艺管
8、道的直管段要求低，通常为前5（D）后3（D），有的产品甚至可达到前2（D）后2（D）；精度也可满足1.0的要求，而且价格较低。经过深入沟通，反复比选，最后决定选择多孔孔板（差压）流量计作为一次热网供回水流量计，搭配压力和温度补偿，可实现热量计量，用于贸易结算。3.2 温度仪表的设计应用新增就地的温度检测选用双金属温度计；远传温度检测根据介质的温度设计范围，统一选择铠装Pt100热电阻。原系统的远传温度除个别为Pt100热电阻外，大多为NI-1000热电阻，这种热电阻在电力行业使用较少，经过和DCS厂家确认，南京科远的DCS系统卡件目前不支持NI-1000的熱电阻信号接入，在这种情况下，或者在N
9、I-1000热电阻增加温度变送器，将NI-1000的热电阻信号转变为4-20mA信号，然后再接入DCS；或者将现场安装的NI-1000热电阻更换为常用的PT100热电阻。最后经过对比，决定选择更换NI-1000热电阻为PT100热电阻这种方式，这样整个换热首站远传温度检测的形式也保持一致性。3.3 压力仪表的设计应用新增现场就地压力表统一选择不锈钢压力表；远传压力检测统一选择智能型压力变送器。经过核对原设计图纸，原系统的压力变送器与PLC采用硬接线连接，传送的信号是0-10V的电压信号，不是通常采用的4-20mA电流信号；本次控制系统改为DCS，为了不更换现场已安装的压力变送器，经与DCS厂家
10、沟通，将4-20mA的AI卡件更换为支持0-10V的AI卡件。3.4 液位仪表的设计应用新增的热网加热器液位分别选择磁翻板液位计、液位开关、差压变送器搭。磁翻板液位计主要用于就地指示，液位开关（3个）用于热网加热器的液位高（）、液位高（）、液位低（）的报警及连锁，差压变送器测量液位主要用于模拟量远传信号，三者搭配使用，以保证热网加热器液位测量的准确性、可靠性。4 其他仪控系统的设计应用4.1 工业电视系统本次改造工业电视系统新增5台摄像头，200万像素，采用目前主流的数字高清摄像头，信号分别接入新增交换机，然后通过通讯接入原工业电视系统硬盘录像机内，在换热首站原工业电视系统监控站实现对换热首站新增重要设备、电气高、低压配电室进行监视。4.2 火灾报警系统本次改造换热首站设置火灾自动报警系统，接入全厂火灾报警系统，对换热首站工艺间、电气高、低压配电室及电子设备间进行监控。5 结语从燃机电厂的自动化水平来说，换热首站仪表及控制系统经过改造，自动化水平得到提升，与整个电厂的自动化程度保持一致，为实现智慧电厂打下了坚实的基础。从企业的社会效益来说，燃机电厂换热首站经过本次供热改造，不但促进了节能减排，改善了区域环境质量，而且保障供热质量稳定可靠，能够进一步改善民生，提升社会形象，促进企业与地方关系的良好发展。 -全文完-
