热力公司换热站测控系统设计

1、 河 北 联 合 大 学 轻 工 学院综 合 课 程 设 计设计说明书班 级： 08测控1班学 号： 200815020115姓 名： 杨洋电气工程学院2012年 1月 2日综合课程设计成绩评定表 目 次说明书主要内容：（小摘要） . II 摘 要 . II第1章引 言 . 11.1 集中供热的背景和国内外的发展趋势 . 11.2 问题的来源 . 21.3 研究的意义 . 2第2章 换热站基本设计及其结构 . 32.1换热站的简介 . 32.2换热站的结构 . 52.3换热站各部分结构及用处 . 11本章小结 . 16第3章 系统总体方案的设计 . 173.1总体的设计思路 . 173.2换热

2、站控制系统的主要功能 . 173.3换热站基本工作原理 . 183.4系统的管理 . 19本章小结 . 20结 论 . 20参考文献 . 21第1章引 言1.1 集中供热的背景和国内外的发展趋势集中供热是在十九世纪末期，伴随经济的发展和科学技术的进步，在集中供热技术的基础上发展起来的，它利用热水或蒸汽为热媒，由集中的热源向一个城市或较大区域供应热能。集中供热不仅为城市提供稳定、可靠的热源，改善人民生活，而且与传统的分散供热相比，能节约能源和减少污染，具有明显的经济效益和社会效益。集中供热方式始于1877年，当时在美国纽约，建立了第一个区域锅炉房向附近14家用户供热。20世纪初期，一些工业发达的

3、国家，开始利用发电厂内汽轮机的排气，供给生产和生活用热，后逐渐成为现代化的热电厂1。在上世纪中，特别是二次世界大战以后，西方一些发达国家的城镇集中供热事业得到迅速发展。原苏联和东欧国家的集中供热事业长期以来是实行以积极发展热电厂为主的发展政策。莫斯科的集中供热系统是世界上规模最大的供热系统。据1980年资料，市区内热网干线长达3000多km ，向500多个工业企业和四万多座建筑供热，其城市集中供热普及率接近100%。地处寒冷气候的北欧国家，如瑞典、丹麦、芬兰等国家，在第二次世界大战以后，集中供热事业发展迅速，城市集中供热普及率都较高。据1982年资料瑞典首都斯德哥尔摩市，集中供热普及率为35%

4、;丹麦的集中供热系统遍及全国城镇，向全国1/3以上的居民提供供热和热水供应服务。二战后的德国因其在废墟中进行重建工作，为发展集中供热提供了有力的条件。目前除柏林、汉堡、慕尼黑等城市已有规模较大的集中供热系统以外。在鲁尔地区和莱茵河下游，还建立了连接几个城市的城际供热系统。另外一些工业发达国家，如美、英、法等国家，早期以锅炉房供热来发展集中供热事业，锅炉房供热占较大比例1。不过这些国家已非常重视发展热电联产的集中供热方式。我国的城市集中供热真正起步是从50年代开始的。党的十一届三中全会以后，特别是国务院1986年下发关于加强城市集中供热管理工作的报告，对我过的集中供热事业的发展起到极大的推动作用

5、。1992年全国有117个城市建设了集中供热措施，换热站监控系统开发与智能控制的研究供热面积达到21262万平方米，“三北”地区集中供热普及率达到1200131。1993年国有158个城市建设了集中供热措施，供热面积达到了32832万平方米，“三北”地集中供热普及率达到18%。到1996年底我国已有286个城市建设了城市集中供热统，供热面积达到73400万平方米，“三北”地区集中供热普及率达到260015。尤其几年，随着国民经济的增长和生活水平的提高，越来越多的城市建设了集中供热系统虽然我国这些年来集中供热事业得到了迅速发展，但与国外相比，我国目前采暖统相当落后，即室温冷热不均，系统热效率低，

6、不仅多耗成倍的能量，而且用户不能行调节室温。当前采暖收费大多按面积计费，无助于用户的节能意识，以至于出现一不正常的现象。如室温过高开窗，室温过低投诉。使得设计人员及业主尽量加大供热量造成效率低、高能耗的重复浪费。我国能源紧缺，而采暖用能又十分浪费。据资料介绍我国住宅建筑采暖能耗为相近气候条件的发达国家的3倍左右。目前采暖用能占全国品能源总消耗的9.6%，采暖能耗不仅造成资源的浪费，而且是大气污染的一个重要。1.2 问题的来源供热系统效率地下，致使供热能耗高而热环境质量差，是我国目前建筑供热状况的基本特征。就全国范围内集中供热地区而言，建筑物供热主要状况是热源紧缺，总体供热不足，无法满足人民日益

7、提高的生活水平需要，因此在现有能源供给条件下，节能成为首要的紧迫任务。我国现行的换热站运行管理扔处于手工操作阶段，大部分依靠经验来警醒温度调节，影响了集中供热优越性的充分发挥，无法对运行工况进行系统的分析判断；虚脱运行工况失调难以消除，造成用户冷热不均；供热参数未能在最佳工况下运行，供热量与需热量不匹配；运行数据不全，难以实现量化管理。研究和建立热网分部式计算机监控系统，实现热网运行过程中的信息采集、信息集成、科学有效的控制和管理热网，为供热公司各级领导、管理和生产部门提供辅助决策和优化手段，已成为许多供热攻速的迫切需求。1.3 研究的意义随着经济的发展，全国范围内环保、节能的呼声越来越高，立

8、永先进的科学技术，合理分配热量，让现有的热能充分发挥作用，为更多的用户提供更好的供热服务是供热公司的首要任务。将测控监控和自动化控制引入供热系统中，对供热系统的调节实现由手动到自动的转变，这才能满足新形势下的供热需求。在供热行业大力推广计算机控制技术必将是今后的发展方向。由于我国供热系统管理运行跟不上供热规模的发展，绝大多数系统仍处于手工操作阶段，从而影响了集中供热优越性的充分发挥。这主要反映在：缺少全面的参数测量手段，无法对运行工况进行系统的分析判断；系统工况失调难以消除，造成用户冷热不均；供热参数未能在最佳工况进行；供热量与需热量不匹配，造成热能源浪费；故障发生时，不能及时诊断报警，影响可

9、靠运行；数据不全，难以量化管理。供热系统的计算机监控系统，恰好弥补了上述不足。概括起来可以实现以下五方面的功能：（1）实时检测，及时掌握系统运行工况。以前的供热系统，由于不装或仅装少量测量仪表，调度很难即时掌握系统的水压图和分布状况，结果对运行工况了解不够，致使调节处于盲目状态。实现计算机自动检测，可及时测量供热系统的温度、压力、流量等参数，避免以往的凭经验调节和调节滞后。由于可以实时检测系统参数，运行人员即可居调度室而知全局。全面了解供热运行工况，是一切调节控制的基础。（2）自动控制，消除冷热不均。对于一个比较复杂的供热系统，特别是多热源、多泵站的供热系统，投运的热源、泵站数量或投运的方式不

10、同，对系统水力工况的影响也不同。因此，消除水力工况失调的工作，不是单靠系统运行前的一次性调节就能一蹴而就的。这样，系统在运行过程中，经常的流量均匀调节是必不可少的。计算机控制系统，则可随时测量热力站或热用户入口处的回水温度或供水平均温度，通过电动调节阀实现温度调节，达到流量的均匀分配，进而消除冷热不均现象。（3）合理匹配工况，宝珠按需供热。供热系统出现热力工况失调，除因水力工况失调外，还有一个重要的因素，即系统的总供热量与当时系统的总热负荷不一致，从而造成全网的平均室温或者偏低或者偏高。计算机监控系统可以通过软件开发，配置供热系统热特性识别和工况优化分析程序。（4）及时诊断故障，确保安全运行。

11、目前我国在供热系统上尚无完备的故障诊断系统，系统故障常常发展到很严重程度才被发现，严重影响了正常供热，也增加了检修难度。计算机监控系统可以配置故障诊断专家系统，通过对供热系统运行参数的分析，即可对热源、热力网合热用户中发生的泄漏、阻塞等故障进行及时诊断，并指出故障位置，以便及时检修，保证系统安全可靠运行。（5）健全运行档案，实现量化管理。由于计算机监控系统可以建立各种信息数据库，对运行攻城的各种信息数据进行分析，根据需要打印运行日志、水压图、煤耗水耗、电耗、供热量等运行控制指标，还可存储、调用供回水温度、室外温度、室内平均温度，压力、流量、故障记录等历史数据，以便查询、研究。由于计量能力大大提

12、高，因而健全了运行档案，为量化管理实现提供了物质基础。第2章 换热站基本设计及其结构2.1换热站的简介换热站和热水管网是连接热源和热用户的重要环节，在整个供暖系统中具有举足轻重的作用。换热站是指连接于一次网与二次网并装有与用户连接的相关设备、仪表和控制设备的机房。它用于调整和保持热媒参数(压力、温度和流量 ，使供热、用热达到安全经济运行，是热量交换、热量分配以及系统监控、调节的枢纽。换热站一般由汽水换热器组成的换热系统、循环水泵组成的循环水系统、补水泵组成的补水系统来构成。在控制过程中，需要采集大量的物理量，如压力、温度、流量等模拟量参数2。需要通过PLC 对这些参数进行实时采集和处理。换热站

13、的自动控制，即实现整个进汽和供水过程的全自动控制。通常换热站内部设备可分为两大部分，即采暖系统和民用生活热水系统，目前我国换热站大部分没有民用热水设施。今后随着人民生活水平的提高在换热站内应增加生活热水系统，来提高集中供暖的效益。换热站的主要设备有:离心水泵、水一水(汽一水 换热器、热水储水箱、过滤器、补水箱、调节阀门、热媒参数调节和检测仪表、防止用户热水供应装置生锈和结垢的设备等。换热站内还安装有热量表以及调节供热量的自动调节装置。在换热站中，局部采暖系统与热网的连接可以分为:直接连接方式，间接连接方式。所谓直接连接，是指热网的循环水直接进入用户内部的散热器。所谓间接连接是指热网循环水与热用

14、户内部采暖系统循环水相互隔绝，而其间只限于热量交换的连接形式。从运行的角度来分析，直接连接系统的水力工况和热力工况受到热网运行工况的影响，故又称为局部系统与热力网的关联式连接。间接连接系统的水力工况不受热网运行工况的影响，故又称为局部系统与供热网的非关联式连接。当集中供暖系统一次管网的压力和温度比较高的时候，换热站内的采暖系统应采用间接连接系统，使一次系统和二次系统的水力工况分开，彼此不受影响。根据经验供暖系统大多采用间接连接，因为一次系统的失水量小，可以保证一次系统有良好的水力工况，也便于查找二次系统失水的地点，必要时也便于把失水量大的二次系统切开。为了减轻热源厂的补水压力，采用间接连接后还

15、可在换热站内安装补水设施以补充二次系统的失水，维持系统水力工况的稳定。根据以上分析，可以看出从热网和局部系统考虑，换热站间接连接的优点可概括为两个方面。对热网而言，水质污染的影响较小，并且可改变热网内的流量和水温，热网可采用较高温度的热介质，故可缩小热网的管径和降低输送热介质的费用9。由于高温水会在喷射器内汽化并产生噪声，因此在高温水供热系统中不宜采用直接连接型式; 对局部系统而言，压力工况不受热网压力工况的影响，由于局部系统内具有独立的水循环系统，提高了供暖系统的可靠性和缩短了排除故障的时间，重要建筑物(如博物馆、档案室、建筑纪念物 的采暖系统，通常采用间接连接型式，采暖系统与热网是隔离的，

16、保证了采暖系统不被热网破坏。同时也应当指出间接连接型式也有一些缺点:与直接连接型式相比，间接连接型式的换热站结构复杂，除换热装置外，局部系统还需配备循环水泵、定压装置和补给水装置等，设备费用高10。对于用户与热网的直接连接方式，不论是从调节方式上还是从对热网水的利用角度来看任一因素发生变化都会影响热网和用户的运行，从而使整个采暖期不易达到在可靠、合理、节能的情况下运行，特别是当热网压力、温度较高时，问题更为严重。因此，在大规模民用供暖区域中，各采暖用户与热网宜采用间接式连接。目前，我国大多数换热站普遍采用间接连接方式，其优越性已日益被更多的人所认识。2.2换热站的结构 图2一1换热站结构图换热

17、站的工作原理为热源提供的蒸汽在换热器中与循环水相混合，加热循环水并经供水管道输送到用户，再把用过的热水经回水管道通过循环水泵回收到换热器中加热循环使用，利用供、回水温差产生的热量给用户供暖。由于原换热站几乎无任何调节控制设备，完全凭操作人员经验进行手动调节，这样调节存在很强的主观性和不确定性，往往会造成大量的能源浪费。为此，我们对其进行结构改造，增加用以调节控制的设备，使换热站运行调节更科学、更合理，在保证热用户的需求前提下，最大限度的节约能源。改造后结构采用的调节方式是一次侧采用量调节方式，二次侧采用分阶段改变流量的质调节方式，并且采用变频调速技术调节补水泵对系统进行补水定压，本系统的控制部

18、分采用PLC 可编程控制器来进行计算及控制各传感元件和执行器，实现对换热站的自动调节。该改造方案主要是结合换热站的实际情况，通过对环境温度、二次供水温度及压力的监测，实现对一次侧的供汽量和二次循环水供水温度、流量的自动调节以适应热用户的实际需求，同时，对二次管网系统进行自动补水定压以维持管网的稳定性。1. 恒压供水系统的原理（1）生产生活中的用水量常随时间而变化，季节、昼夜相差很大。用水和供水的不平衡集中体砚在水压上，用水多而供水少则水压低，用水少而供水多则水压高。以前大多采用传统的水塔、高位水箱 或气压罐式增压设备 容易造成二次污染，同时也增大了水泵的轴功率和能量损耗。随着电力电子技术的发展

19、 变频调速技术广泛应用于送水泵站、加压站、工业给水、小区和高楼供水等供水等领域。相对于传统的技术而言，它具有节能效益明显、保护功能完善 、控制灵活方便等优点 。恒压供水控制系统的基本控制策略是:采用电动机调速装置与可编程控制器(PLC构成控制系统，进行优化控制泵组的调速运行，并自动调整泵组的运行台数，完成供水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水压力和节约电能的目的。系统的控制目标是总管的出水压力及系统设定的给水压力值与反馈的总管压力实际值进行比较，其差值输入CPU 运算处理后，发出控制指令，控制泵电动机的投运台数和运行变量泵电动机的转速，从而达到给水总管压力稳定在设定的压力值上。恒压供

20、水系统由PLC 控制器，变频器，触摸屏显示器，压力变送器，水位变送器，软启动器，水泵电机组，电机保护装置以及其他电控设备等构成。 恒压供水系统示意图（2）系统构成系统采用了 S7-200型 PLC (14个输人点，10个输出点 、MM440型变频器、压力传感器及其他控制设备。压力传感器将用户管网水压信号变成电信号(4一20mA ，送给变频器内部PID 控制器，PID 控制器根据压力设定值与实际检测值进行 PID 运算，并给出信号控制水泵电动机的电压和频率。当用水量较少时，1#泵在变频器控制下变频运行。如需水量加大，压力传感器在管网端测的水压偏小，则变频器输出频率上升，直到50Hz 。这时1#泵

21、由变频切换为工频运行状态。同时系统对 2#泵进行变频起动和调节。如果两台泵供水仍不能满足供水要求，则系统将2#泵投人工频进行，将3#泵投人变频运行。供水量增大，加泵情况依次类推。如用水量减少，变频器的频率会下降。当变频器频率下降至下限值时，PLC 将最先工频运行的水泵停掉如果频率下限值仍持续出现，PLC 再停止第2台工频运行的水泵。系统按先开起的泵先切除的顺序逐台切换泵，以维持管网水压恒定。（3）系统原理系统控制原理结构如图3:压力传感器从供水管网反馈电压信号，电压信号经过滤波放大后送到s7-200的模拟输入口，与给定的供水压力信号比较形成压力偏差信号，经过PLC （s7-200）PID 模块

22、PI 调节后发出控制电压信号，送到变频器MM440的模拟电压信号与连接到变频器MM440的三相交流电的频率一一对应，调节控制电压信号就可以调节三相交流电的频率。系统是以供水管网的供水压力为控制对象而构成的闭环控制系统，其设计是按照三个电机就可以完全满足供水要求。 系统闭环控制原理框图系统中采用了数字 PID 控制技术，使PID 的参数整定和调整实现在线控制，通过对系统压力的检测，根据水压的大小使系统分时操作。实现系统了快速、稳定的输出。将管网的实际压力经反馈后送到比较器的愉人端与给定压力进行比较，当管网压力不足时，通过对参数运算，调整PID 的参数，控制电压上升，使频率相应增大，水泵转速加快，

23、供水量加大，近而使管网压力上升。反之，水泵转速减慢，供水量减少，近而使管网压力下降，如果单泵在调节范围内不能达到管网压力要求时，可以依靠增加或减少水泵数量来保持恒压供水的稳定。系统构成及控制原理系统由西门子变频器MM440、3台供水水泵、可编程控制器西门子S7 - 200 及主控开关等组成。变频器是调速核心设备, 其主要作用是通过改变输出电源频率而对电机、水泵实现无级调速, 达到随用水量变化而自动调节电机、水泵转速, 使管网保持恒压的目的。可编程控制器为控制系统主控器件, 控制系统自动运行, 1#泵、2#泵、3#泵3台泵将轮换循环作变频泵变频运行, 从而每台泵的工作时间与休息时间都大致相同,

24、每台泵都有充足的休息时间, 降低了设备的故障率。同时可切换3台水泵至市电直接供电运行, 3台泵轮换循环方式下所示:1#泵变频( 3#2#泵变频( 1#泵工频备自投3#泵变频( 2# 泵工频备自投1#泵变频( 3#泵工频备自投 。 3台水泵电机分别为M1、M2、M3,VVVF 为西门子变频器MM440, 接触器KM1、KM3、KM5分别控制M1、M2、M3的变频运行,KM2、KM4、KM6接触器分别控制M1、M2、M3的直接市电供电运行,KH1、KH2、KH3分别为控制3台水泵电机过载保护用的热继电器,QF1、QF2、QF3、QF4分别为变频器和3台水泵电机主电路的空气开关。 系统控制原理线路图

25、如图 现场PLC 控制站主要由液晶显示操作终端和控制系统两部分组成。彩色液晶显示屏主要完成各种监控画面、采集参数的显示，并接受一些参数设定的输入信息。控制系统采用性价比较高的和利时LM 系列PLC ，包括CPU 模块、I/O模块，背板等，系统集成多种通讯接口，适用于各种通讯网络。现场PLC 控制站主要功能是对各换热站、供热沿线各节点、热用户运行参数（一、二次网温度、压力、流量等）、各种设备运行状态进行实时监控及采集，并根据气象环境和负荷的变化按预先设定的控制策略对换热站循环泵、补水泵和调节阀进行自动调节，来实现换热机组的完全自动控制。如果有通讯网络的支撑，现场监控站还可以将反映换供热运行的数据

26、传送到调度中心，同时接收调度中心发来的调度控制指令。LM 的连接图如图： 换热站自动控制的目的是宏观掌握供热系统运行状况、运行质量，保证供热系统的运行参数。对热网的水力工况和热力工况进行全自动调节，解决各换热站的耦合影响，消除热网水平失调、平衡供热效果。及时检测报告供热系统故障，作到防微杜渐，防患未然，更好地进行供热系统设备的维护及管理。通过记录热网运行历史数据，为热网如何经济高效运行提供分析基础和分析依据。在一个采暖期结束后与前期数据进行比较分析，查出主要能耗来源，为今后的节能挖潜改造提供条件。改造后的换热站以节省总供热量为目标，在满足热网用户基本采暖要求的前提下尽量减少总供热量，从而达到提

27、高经济效益的目的。换热站二次侧供水温度的控制至关重要，是系统实现热用户生活舒适、按需供热的关键，是本系统的温度控制的主要控制目标。要使用户家里温度更加舒适，必须保证换热站供出的温度(热量 合适，这样我们就根据不同情况对换热站的二次出水温度进行控制。控制方式大致分为经验调节、定温调节、分时段调节三种。1. 经验调节即根据以往的供热经验，在不同的室外温度条件下，保证不同的二次网供水温度。各个控制器输入二次供水温度调节曲线，系统通过检测二次网供水温度和室外温度，自动调节一次网的阀门开度从而达到二次网的设定供水温度值，实现换热站的质调节。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件远程对此曲线进行修

28、改。曲线如图所示： 图 经验调节曲线2. 定温调节用户可任意设定供水温度值，系统将自动调节一次网的流量从而使二次网供水温度稳定在此设定值。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件远程对此设定值进行调节。3. 分时段调节在不同的时间段设定不同的二次网供水温度。本方式支持在不同的时间段修正固定的供水温度设定值(经验调节曲线或固定供水温度 。这样可生成一条更经济的运行曲线。管理人员可以在现场通过液晶键盘或通过上位机软件远程对此曲线进行修改。如下图 本论文的控制方式为:根据室外温度传感器检测到的实际室外温度值，使用下面介绍的关系模型，计算出相应的二次供水温度设定值，根据一次供水温度情况，采用温度

29、智能PID 控制器，实时调节控制一次管网的控制阀，以使实际的二次供水温度与其设定值相符。控制原理如图： 二次供水温度自控系统图2.3换热站各部分结构及用处换热站由换热器、流量计、水泵、进汽阀、减压阀、自动排汽阀、止回阀、温度表、压力表等组成，下面就来逐一介绍它们在换热站中所起的作用。换热器是换热站结构中一个最为重要的部分，它是连接一次管网和二次管网的中间环节，它的主要功能是将一次管网的蒸汽和循环水混合，加热循环水送至用户。换热器种类多式多样，换热器按照热传递原理可以分为以下几种主要的形式:(1.直接接触式换热器:利用冷、热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器。这类换热器具有传热效率高、单位体

30、积的传热面积大、设备结构简单、价格便宜等优点，缺点是仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。(2.蓄热式换热器:借助于由固体(如固体填料或多孔性格子砖等 构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器。这类换热器具有结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面积大的优点。适合用于汽一汽热交换的场合。(3.间壁式换热器:利用间壁(固体壁面 将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁式换热器是工业生产中应用最为广泛的换热器。(4.中间载热体式换热器:把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器。工业应用中，最为常见的是管壳式换热

31、器、板式换热器以及其它的各种紧凑高效的新型换热器，下面对其进行简要的介绍4。. 管壳式换热器:虽然各式各样的换热器使人们选择的范围越来越大，但是由于管壳式换热器具有结构坚固、易于制造、生产成本低、弹性大、适应性强、耐高温高压、材料选用范围广等优点，其在化工生产中仍占据主要地位，在高温高压或有腐蚀性介质的作业中更能显示其优势，是目前使用最广泛的换热器。管壳式换热器由一些直径较小的圆管加上管板组成管束，外套一个外壳而构成。管壳式换热器又可以做如下划分:固定管板式换热器。固定管板式换热器集中了管壳式换热器的优点，因此应用相当广泛。主要适用于温差不大或温差较大但壳程压力不高以及壳程结垢不严重或能用化学

32、品清洗的场合。. 浮头式换热器:浮头式换热器适用于管壳壁间温差较大或易于腐蚀和易于结垢的场合。但其缺点是结构复杂、笨重，造价比固定管板式高20%左右，材料消耗量大。管式换热器。适用于高温高压的情况，对于壳程需要经常清洗的管束，则要求采用正方形排列。一般情况下按三角形排列。填料函式换热器。用于腐蚀严重，温差较大的场合，但是壳程压力不能过高，也不适合用于壳程内为易挥发、易燃、易爆和有毒介质的场合。管壳式换热器也有它的不足之处，最主要的就是体积太过庞大，占地面积大，对土建造价影响也比较大，但管壳式换热器换热量大，特别适用于大型工艺系统。. 板式换热器:板式换热器是将用薄金属板压制成具有一定波纹形状的

33、换热板片进行叠装，然后用夹板、螺栓紧固而成的一种新型高效换热器，现在正被越来越多的行业所采用。它具有以下几个方面的特点:总传热效率高。板式换热器的总传热系数K 一般为2000一500ow/(mZ一K ，高的可达6000一s000w/(mZ一K ，比管壳式换热器(K一1500一Zsoowz(mZ一K 高几倍。在相同的压力损失下，板式换热器传递的热量为管壳式换热器的6一7倍。结构紧凑、占地面积小。板式换热器的高效传热，决定了它结构紧凑体积小的特点。其板片间距一般为4mm ，而板片表面的波纹又大大增加了有效换热面积。板式换热器每单位体积内可以布置25om 的传热面积。每平方米换热面积只消耗金属16k

34、g 左右，占地仅为管壳换热器的十分之一至五分之一。热损失小。由于只有板片间的密封垫周边暴露在大气中，所以其热损失极小，一般为1%左右，无需采取保温措施。在换热面积相同的条件下，板式换热器散热损失仅为管壳式换热器的五分之一，而重量则不到管壳式换热器的一半。传热温差小。由于板式换热器具有高值的传热系数及剧烈的湍流特点，可使热交换器在两种流体温度十分接近的情况下运行，两种介质的平均对数温差可以低至1。操作灵活、适应性强。可通过增减板片的方法调整传热面积以适应负荷变化。然而，应该认识到，由于板式换热器两片间流道截面积狭窄，难以实现大流量运行，同时它对水质要求较高，结垢与污物堵塞后换热能力下降较快。其制

35、作材料也较昂贵。因此在大型系统中不宜采用。而且相对于科技发达国家来说，我国产品在板型制造工艺上和耐温耐压方面仍存在着一定的局限性。. 折流杆换热器:在折流杆换热器内，壳程流体以轴向流动为主，因此降低了壳侧压降。与折流板换热器相比，折流杆换热器具有更高的壳程单位压降与总传热系数的传热特性比。同时，由于在折流杆换热器内不存在严重的滞留区域，因而效益高，且具有不易结垢的优点。. 螺旋板式换热器:螺旋板式换热器是由两块平行的钢板卷制而成，两钢板同时绕成螺旋形状形成两个同心通道，冷热流体在两个通道中作逆流或错流流动，进行热量交换。由于螺旋板式换热器为等截面单通道，因此不存在流动死区，定距柱及螺旋通道对流

36、动的扰动降低了流体的临界雷诺数，使换热器的传热能力很高。螺旋板式换热器还具有自洁能力强、不易堵塞、散热损失小、传热温差小、结构紧凑、成本较低等优点。近年来成为工业中比较常见的换热设备。. 热管换热器:热管是一种新型高效的传热元件。热管换热器最初是在航空航天技术中使用。随着技术的成熟，应用领域正在逐渐扩大，现在已经应用于化工、石油、冶金等行业。常见的热管换热器有汽一汽热管换热器、热管蒸汽发生器、高温热管等。. 板壳式换热器:又称“膜式”或“薄片式”换热器，是一类介于管壳式和板式换热器之间的新型换热器，兼具两种换热器的优点，传热效率高、承压耐热、耐腐蚀、密封性能好、结构紧凑、成本低。板壳式换热器最

37、早由瑞典40年代起开发。目前该产品在国外应用已经普及。国内不少单位对板壳式换热器进行了研究和开发，并取得工业上的实际应用，换热效果明显、性能良好。板壳式换热器适应各种过程的灵活性远优于板式换热器，而其传热的效率则又高于管壳式换热器。有望广泛应用于化工、造纸、制药、冶金和食品等行业中的液一液、汽一液、汽一汽的加热、冷却、蒸发和冷凝各种过程。. 超薄板换热器:超薄板换热器也是一种具有管壳式换热器与板式换热器两者优点的一种新型换热器。这种换热器具有总传热系数高、换热面积大、密封性好、维修简便、使用寿命长的优点。但其缺点是耐操作压强较低，一般只有O.SMPa 而且加工制造困难。在一次管网和二次管网处都

38、应安装流量计，用以测量流量。流量计量仪表按不同的测量原理可以分为以下几类:(1.差压流量计差压流量计是一种用节流装置或其它差压检测元件(如测速管 与差压计配套使用来测量流量的仪表。这种流量计是一种比较成熟的产品。50年代以前，国外就广泛应用。由于它具有结构简单、使用寿命长、适应性强和价格较低等优点，因而占有的市场比例很大，70年代曾达到73.5%。目前占有的市场比例虽然比以前小了，但仍占有绝对大的市场。与节流装置配套使用的差压变送器近年来发展很快，主要在简单、可靠、提高精确度和增加功能这几方面下功夫。为了实现这个目的，主要采取了下述措施:. 尽量减少零部件的种类和数量，仅使用经过证明是可靠的零

39、部件;. 左右对称结构，从本质上消除了产生误差的因素;. 检测元件使用半导体复合型传感器，可测量差压、静压和温度三个参量; . 利用微处理机补偿传感器的特性，变送器的精确度一般可达到量程的0.1%，最高可达到量程的0.075%;此外，最近还出现了一种新型的变送器，即在差压变送器的功能上附加PID(比例、积分、微分 调节功能。这种仪表有三大特点:仅用该仪表就能进行分散控制; 用十台仪表既能实现差压变送器的功能，又能实现调节器的功能; 由于不需要调节器，因而差压变送器与仪表控制之间的配线工程就不需要了，降低了费用。(2.电磁流量计电磁流量计是一种测量导电液体流量的仪表，其特点是测量管光滑，压力损失

40、小，精确度高，应用广泛。自50年代问世以来，发展很快。在70年代，电磁流量计的主流是采用商用频率激磁方式，在这种方式中，信号的载波频率与商用电源频率是一致的。由于测量流体中的涡流分布的变化和其它商用电源噪声的影响，因而零点稳定性欠缺，精确度一直提不高，始终为量程的1%。80年代采用了具有商用电源整数倍周期的低频或方波激磁方式，基本上消除了源于磁通时间变化率的噪声(零点的变化因素 ，精确度提高到量程的0.5%，近几年来，又提高到流速的0.5%6。低频激磁方式存在着这样一个问题:当载波频率为6Hz 左右，进行泥浆流体测量时，容易受到与载波频率相近的低频噪声的影响。为了解决这个问题，国外最近开发出了

41、一种双频率激磁方式的电磁流量计。这种电磁流量计设立了两个滤波器:低通滤波器; 高通滤波器。经过低频采样的信号通过数字式的低通滤波器，信号的高频成分通过高通滤波器，然后，再把两种成分相加，由于这两个滤波器具有相同的截止频率，因而相加起来的信号能再现原来的信号，应用实例证明其能降低流体噪声。(3.容积流量计容积流量计是一种广泛应用于测量石油类流体、饮料类流体、气体以及水流量的流量计。容积流量计是利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知体积，并进行重复不断地充满和排放该体积部分的流体而累加计量出流体总量的流量仪表8。它的主要优点为:测量准确度高、安装管道条件对流量计的计量精度没有影响、可用于高

42、粘度液体的流量测量、测量范围较宽(典型的测量范围为5:1到10:1、直读式仪表可直接得到流体流量。其缺点为:机械结构较复杂、体积庞大，被测介质的种类、口径、介质工作状态等的适应性不够宽，大部分容积流量计只适用于洁净单相流体，部分形式的仪表在测量过程中会给流动带来脉动，甚至使管道振动。(4.超声流量计近年来，使用超声流量计的越来越多。这是因为它是一种非接触式测量，压力损失小，结构简单，检测器安装在管道外侧，非常方便。目前，超声流量计广泛采用的测量方式主要有两种:时间差法和多普勒效应法。一般来讲，一台超声流量计只采用其中的一种测量方式。近年来，有的公司研制出了双功能超声流量计。该流量计可采用上述两

43、种测量方式，测量周期为0.055，精确度为量程的上1.0%。此外也出现了使用微处理机的超声流量计。超声流量计今后会朝着下述方向发展。不受(或很少受 测量环境和条件左右的产品; 除了能测量水、气体之外，还能测量油等。(5.涡街流量计涡街流量计是70年代发展起来的产品，这种流量计利用流体振荡原理来测量流量或流速。在流体中放置一个具有均匀断面形状的物体(挡体 ，在挡体的两侧会交替产生一种有规律的漩涡，并向下游流去，非对称地形成二列漩涡列，这就叫卡门涡街。按漩涡发生体的不同，涡街流量计可以分为以下几类:. 圆柱涡街流量计圆柱涡街流量计柱体断面轮廓是圆。圆柱具有较高的St 数(0.20，但圆柱需要采取边

44、界层控制措施才能在圆管内形成稳定涡街。通过采用抽吸作用边界层控制技术、横向流检测方法和置于横流孔中的热丝，再加上恒温电路来检测横向脉动频率。圆柱直径与管道直径，一般不具有固定比值，即采用同一柱体用于不同管道的方法。由于采用小柱宽比(圆柱的宽度与高度之比 ，压力损失小，便于制成插入式大口径的流量测量。圆柱形状简单，但是边界层控制技术的要求使结构复杂化了，同时由于圆柱体用于不同的管道，使得管内流速分布的变化影响着仪表的精度。一般地，圆柱涡街流量计多采用热丝检测。. 矩形柱涡街流量计矩形柱形状简单，利于大批量生产，由于形状变化快，漩涡强度大，涡街信号强烈。目前采用的检测方法是差动电容检测脉动压差。.

45、 三角柱涡街流量计这是一种具有较好发展潜力的柱形，柱体断面是等腰三角形切去三个顶角，同时底边迎向流体，三角柱漩涡强度适中，涡街稳定而规则，在较宽的Re 数范围内有线性度很高的St 数。三角柱形采用的检测方法最多，现已发展到多种系列几十种规格的三角柱涡街流量计。. 梯形或T 形柱涡街流量计这两组柱型实质是三角柱的变型。不难看出三角柱当顶角切去部分较大时便成梯形柱。这种柱型与三角柱相比，采用应力检测方法更为有利。而T 形柱的长宽比应与三角柱接近，T 型的尾部平直便于安装差压传感元件，适用于采用外置热敏电阻的检测方式。. 组合柱型涡街流量计除了上述几种基本柱型以外，在涡街流量计发展过程中，陆续出现了

46、一些形状及结构比较复杂的柱型。采用形状复杂的柱型或者组合柱型的目的，是为了进一步加强漩涡的强度，加强涡街的稳定性，或者是为了便于装设敏感元件。组合柱型由于形状复杂，不易制造装配，同时复制性差，一般不易采用。华业小区采用的是合肥仪表总厂生产的涡街流量计。换热站的水力循环以及补水定压都需要水泵，水泵的种类很多，按工作原理分为:(1.叶片式水泵:它对液体的压送是靠装有叶片的叶轮的高速旋转完成的。包括离心泵、轴流泵、混流泵等。(2.容积式水泵:它对液体的压送是靠泵体工作室的容积的改变来完成的。如活塞式往复泵、转子泵等。(3.其他类型:除上述的两种以外的特殊泵。如螺旋泵、射流泵、水锤泵、水轮泵以及气升泵

47、等。他们都是利用高速液流或气流的动能来输送液体的。华业小区采用的是上海凯泉给水工程有限公司生产的离心泵7。换热站中用到进汽阀、减压阀、自动排汽阀、止回阀等阀门。自动排汽阀是用来排除管道中蒸汽冷凝水，进汽阀用来调节蒸汽量，减压阀是用来调节减少蒸汽的压力，止回阀是为了防止系统中的水会倒流15。换热站中采用温度计、压力计来测量进汽、出汽、供水、出水温度和压力，给其运行调节提供依据。换热站只供暖不提供生活热水，在回水处加设了一个颜料箱，将颜料注入系统循环水中以防止用户偷水使用。本章小结本章阐述了换热站的结构及工作原理，对换热站各组成部分的结构和作用给予了详细的介绍。经过改造的换热站比原换热站更方便更节

48、能。换热站主要完成从供热一次网到二次网的热量交换，置换出的二次网的热水温度一般在4065之间。换热站监控系统可对热网的温度、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信息，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，实现供热全网热量平衡及节约能源。第3章 系统总体方案的设计3.1总体的设计思路集中供热系统的控制是个多层次的复杂控制系统。集中供热换热站集散控制系统融换热站的自动控制系统、

49、各个换热站与中央调度室之间的通讯系统、中央调度室的监控管理系统于一身。换热站动力配电柜和检测控制系统构成，配电柜完成循环泵系统和补水系统的控制功能，具有手动和自动运行模式，也有工频和变频运行模式。换热站的运行程序独立存在于其控制系统PLC 内，能够脱离上位机监控管理软件而独立运行，其运行参数可以通过中央控制室上位机监控管理系统来观察并实施调整。各个换热站独立工作的同时，利用通讯系统将运行状态数据传给监控管理系统供参考，同时接受监控管理软件进行的运行参数调整。中央调度室管理系统安装在中央调度室的工控机上，通过以太网和下位的换热站通讯模块相连，完成换热站运行与管理系统数据之间的数据交换，既可以监视

50、各换热站的运行情况，也可以调整换热站的运行状态。3.2换热站控制系统的主要功能1. 一次网电动调节阀控制换热站控制系统具有气候补偿和恒温供水功能，即根据气候的变化自动调节供热量。应用可编程控制器（PLC ），根据室外温度的变化和当地热负荷曲线，决定二级网侧的供热量，实测供热量和设定值相比较后，进行PID 闭环调节，控制器输出信号至电动调节阀，调节电动调节阀的开度，从而改变一级网侧的流量，实现二级网侧供热量调节。2. 二次网循环泵变频控制实现二次网供/回水压力差值PID 控制，从而保证最不利点正常供暖。压差设定值可根据经验参数或经验曲线进行设定。3. 补水泵变频控制自动补水是由二次网侧回水管路上

51、的压力变送器检测的压力信号与控制器上回水压力设定值比较后输出一个控制信号，通过PID 控制来调节补水泵的转速，从而实现二次网回水自动补给。4. 保护功能失压保护：二次网侧回水压力低于超低限设定值时，自动停止循环泵运行，并关闭电动调节阀，自动补水系统投入运行，开始补水。自动补水系统投入运行后二次网侧回水压力仍继续降低即发声光信号报警。断电保护：停电后自动关闭电动调节阀，切断热源，控制器及变频器自动复位并使各种设定参数和运行状态参数保持原断电前设置。超温保护：二次网供水温度超过80（操作面板可调设定值）时，一级网侧电动调节阀关闭。一次网回水温度超过70（操作面板可调设定值）时启动高限制保护，以一级

52、网回水温度为目标控制电动调节阀门开度。一次网侧供水温度超过120时立即关闭一级网侧电动调节阀并报警。超压保护：二次网供水压力超过设定超高限值（操作面板可调设定值）循环泵停止运行并关闭一次网侧电动调节阀。3.3换热站基本工作原理(1二次供水温度自动控制系统换热站的基本控制策略就是要保证二次水出口有一个恒定的预设定温度，控制元件是换热器一次水出口的控制阀，该阀门控制换热器的一次供水流量。将预设定温度作为给定值，测量温度值作为反馈值，阀门的开度作为输出值，保证二次供水温度的恒定。预设定温度根据室外温度和供热站给定值计算得出，每个换热站均安装了室外温度传感器，通过公式计算出当前的预设定温度，这个设定点是随着室外温度的变化和供热站给定值而改变的。 换热站温度控制系统框图(2变频定压控制系统。为了保持热网运行的稳定性，热网补水系统还应保持一定的水压，即保持系统恒压点的压力恒定，在窦双树子供热系统的下