天然气分布式能源站自控部分

天然气分布式能源站自控部分自控设计范围设计范围主要包括如下内容：就地仪表的选型及安装；自控阀门的选型及安装；PLC机柜的设计及安装；监控操作系统的硬件、软件配置及安装；自控电缆及桥架的敷设安装；控制方案设计；通讯网络设计；自动化控制水平常规的自控系统功能以LCD、键盘、鼠标为能源站PLC主要监视和控制手段(包括检测、控制、报警、联锁及事故处理等功能)，实现在少量巡检人员的配合下，在控制室内以能源站PLC操作员站为中心，完成能源站各系统的启动、正常运行的监视和调整(包括负荷调整)、事故报警及处理、正常停机或紧急停机。常规的自控系统功能主要体现在以下几个方面：高可靠性的控制单元及热插拔功能；选用工业级高可靠性的PLC组成控制单元，控制单元的相关模块优先选用支持热插拔功能的模块，在个别模块发生故障时，可在系统不停机的情况下进行备件更换，对系统稳定运行无扰动，方便系统的维护。系统构成自控系统采用“集中管理，分散控制”的结构，共分为三个层次。第一层次：能效优化监测管理层。主要包括操作员站、工程师站、泛能能效监管平台操作终端、数据及应用服务器、交换机、打印机等；第二层次：设备运行控制层。主要包括系统PLC控制主站、各成套装置PLC控制从站等；第三层次：现场检测及执行层（下图中未绘出）。主要包括各类现场检测仪表、阀门、水泵变频器、冷却塔风机变频器等；自控系统总体架构如下图。图5.8-1能效平台总体架构图PLC机柜、UPS电源机柜、网络服务器机柜等设置在电子设备间内，并排安装；优化及管理平台操作员站、监控系统操作员站、工程师站、打印机等放置在控制室内；安装在现场的在线监测仪表通过4~20mA标准电流信号或Pt100信号与PLC的IO模块进行连接，进行集中信号采集。能效优化监测管理层；a）系统构成图5.8-2能效优化监测管理层架构图b）系统具备功能能效优化监测管理层可细分为能效优化、能效管理以及能效监控三个子系统，其实现的功能分别如下：（一）能效优化子系统1）实时优化功能系统整体能效最优主设备能效最优水泵机组整体电耗最优控制策略。2）优化方案管理功能预测优化和运行优化方案按时间序列表查看或管理运行优化方案按权限手动确认或直接下发跟踪优化方案的实际运行状态（二）能效管理子系统优化管理子系统管理模块提供一套分布式能源匹配系统管理和决策的工具。1）区域信息管理功能区域信息管理建筑信息管理气象信息管理2）设备资产管理设备资产出入库管理设备的维修、检修、故障管理设备运行状态管理3）报表生成功能设备资产报表设备运营报表系统运营报表环境指标报表经济指标报表能源供需报表自定义报表生成工具4）远程故障诊断等5）其它功能模块搜索查询；统计分析；信息查询服务；服务报表管理。(三) 能效监控子系统1）实时数据采集功能通过自动控制子系统实时获得单位时间热、电等能源消耗量通过自动控制子系统实时获取优化所需的设备运行数据通过自动控制子系统实时获取各设备、阀门的控制数据2）系统监测功能设备运行情况实时监测系统整体运行情况(主要是产能、耗能、环境指标)的监测系统整体能效实时评估设备运行控制层；a）系统构成图6.8-3设备运行控制层系统构成b)系统配置主要包括工业级高可靠性的PLC主站，及各扩展IO站、成套设备自带的PLC系统等。在电子设备间设PLC主站及扩展IO站，PLC主站与上位工控机进行以太网通讯连接。现场安装的在线监测仪表（如工艺管线内介质的温度、压力、流量，存储介质的箱、罐的液位等）、执行机构（如电动开关阀、电动调节阀）等设备与扩展IO站连接。成套装置自带的系统控制柜、智能仪表等通过总线方式接入扩展IO站的通讯模块。能源站内各类成套设备主机均配备有PLC控制单元，能够完全独立远行,自成系统，并且具备与能源站主PLC系统的数据通讯接口，主PLC系统能够对其成套的仪表、设备状态等监视，并可对其发出开、关机控制和调节的控制命令。安装在现场的成套设备PLC控制单元，构成分散式控制设备。在运管中心设集中监视控制的操作站及工程师站，总体监视各类运行数据，保证系统的安全稳定运行，最终组成完整的集散式控制系统。c）系统控制方案及功能能源站PLC控制系统的功能将覆盖整个能源站主设备及其辅助系统的全部监控功能，包括数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)等。运行人员在控制室通过操作员站LCD监视器能够对能源站进行管理和运行的操作，除启停阶段的部分准备工作需由运行人员在就地进行手动辅助操作外，正常运行和异常工况的处理均可根据操作员站监视器上的操作指导，在控制室内由运行人员完成。本工程的能源站项目，包括如下表列出的成套设备。每套成套设备自带PLC控制系统，能够独立运行，以减少能源站主PLC控制系统故障时的影响范围，提高运行的灵活性和安全可靠性，方便系统维护与检修。成套设备的PLC控制系统能够把运行的工艺参数上传给PLC，PLC也能够设定成套设备的运行参数，发出控制命令，如起动、停止命令等。现场监测及执行层；主要包括就地在线仪表、电动执行机构、风机、水泵等设备,优先选用带通讯接口的智能设备，以现场总线通讯的方式接入PLC系统。现场总线一般为RS485接口，ModBusRTU通讯协议，各智能仪表及设备串接。如实际连线的距离超过能够通讯的距离，则需增设中继器设备。不带通讯接口的仪表及设备，以4~20mA电流信号连接至电子设备间的扩展IO站。控制室的布置控制室内设能效平台的操作终端机1套，监控子系统的工程师站1套（兼作操作员站），操作员站1套。每套操作终端机或操作员站配置一套操作台及办公座椅。控制室内的设备电源引自UPS电源柜。设置一套火灾报警系统，监控范围包括控制和电子设备间的电缆通道、电缆桥架及设备机房等易燃易爆场所。该系统在控制室设置一台主机报警显示盘，在相关设备间设置区域报警显示盘。控制室装修时设防静电地板，地板高度为300mm，通讯电缆在地板下敷设。电子设备间布置在电子设备间内设有PLC机柜、服务器机柜和电源柜，各柜并排安装在槽钢底座上，柜体周围各留出足够的操作空间。电子设备间装修时设防静电地板，地板高度为300mm，仪表电缆、电源电缆、通讯电缆等在地板下敷设。设计原则能效平台能有效地监控能源站工艺设备的生产过程，确保设备长期稳定可靠运行，操作维护方便。在考虑先进性的同时，以可靠性为主。所有联锁回路按ISA标准，采用失电安全的原则进行设计，以保证在失电状态下的安全停机。现场安装的户外电子类仪表防护等级原则上采用IP65，满足户外安装要求。主要仪表选型能站站的生产环境具有区域防爆、大型成套设备多等特点，具有一定的特殊性，仪表材质及外特性的需具如下要求：防护等级IP55,防爆等级ExdIIBT4。所选仪表或设备在防护与防爆等级要优于或等于规定等级。（1）压力仪表的选型压力、差压变送器选用智能变送器，带HART通讯功能，精度为≤±0.1%。带现场显示（指示）的全天候产品。就地压力仪表采用弹簧管压力表或者膜盒压力表，φ100表面，测量元件为不锈钢，防腐。（2）温度仪表的选型温度传感器选用热电阻的形式，分度号：Pt100。就地温度仪表为双金属温度计，φ100表面，精度≤±1.5%，防护等级高于IP55；温度传感器、现场温度计须采用带套管安装形式。（3）流量仪表的选型工艺介质为水的流量检测，选用带有累计功能及具备数据通讯功能的电磁流量计，管段式安装，电源电压为220VAC，精度为≤±0.5%。（4）冷/热量表的选型冷/热量表根据工程情况选用电磁式或超声波式冷量表，管段式安装，电源电压为220VAC，精度≤±1.0%，带RS485接口，支持ModBus通讯协议。其他系统配置（1）能源站设置一套火灾自动报警系统，探测火灾早期特征，发出报警信号，并启动自动灭火设备。火灾报警控制盘布置在控制室内。（2）在燃气设备上方及其他可能的泄漏点处设置可燃气体探头，当天然气泄露，浓度达到报警器设置的报警值时，布置在控制室内的可燃气体报警器就会发出声、光报警信号，并联锁启动事故排风风机，关停设备建筑结构部分建筑设计主厂房布置（1）布置原则分布式能源站的建设，应满足通风、泄爆要求并符合消防安全距离的要求。从能源输送的角度考虑应尽量靠近变配电所和热、电负荷中心，周边供气、供水、排水等市政设施齐全，外管线距离短。为便于运行管理，机房最好独立设置。但同时满足上述条件比较困难，应根据项目具体情况，选择合适的厂址位置。（2）平面布置方案根据以上原则，本方案能源站拟建设在污水处理厂正东方向靠近公路旁，与巨龙热电厂距离200米左右，距离冷渣机130米左右，结构设计指导思路在结构设计中充分考虑以下内容：1）使结构具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。2）具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。3）对可能出现的薄弱部位，拟采取措施提高抗震能力。工程地质概况及地震烈度1）根据国家质量技术监督局2001年发布的《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)，本工程地震基本烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为第一组。2）因拟建场地无地质资料，假定：场地无不良地质构造，场地为Ⅱ类建筑场地，属中硬地基土，稳定性较好，适宜建筑。3）假定能源站、构筑物地基持力层承载力特征值Fak≥100Kpa。4）根据已有资料，场地不受洪水威胁。假定地下水对混凝土无腐蚀性。设计原则及主要建（构）筑物形式1）地基基础：因主体建筑屋面设置较重的工艺设备故暂定建筑物作预应力管桩；埋置较深的并确定下无管道的构筑物，以天然地基为持力层。具体基础方案应根据施工图详勘报告确定。2）主要构（建）筑物结构形式名称结构形式设备基础素混凝土及钢筋混凝土独立基础等主体结构钢框架基础形式桩基础采用的材料1）混凝土：垫层C15;主体结构C30，基础C35，地下室砼抗渗等级为：P62）水泥：等级不低于32.5级3）钢材：Q235；Q345。4）砂石：配置防水混凝土的砂应采用中、粗砂，石子采用碎石或卵石，砂石级配和材质应符合混凝土施工规范要求；普通混凝土结构的砂