热网监控系统在集中供热运行中的应用

刘 琴，杨五湖，陈邦习

（合肥热电集团有限公司，安徽 合肥 230061）

1 国内热电联产集中供热的发展现状

热电联产集中供热，是近年来比较受人们认可的一种供热形式，不仅环保，还能起到节能的作用。国内在热电联产方面的发展速度比较快，总发展规模已居世界前列。在当前的热电联产中，其内部形态包含电能与热能，相较于传统生产模式，该联合生产形态更加满足当前国内社会发展的需求。将燃煤与热电联产、热电分产这几种生产形式进行比较发现，在产出热能、电能总量相同的情况下，热电联产更加节省资源，使用的燃煤总量仅为其余形式的33%左右。热电联产形态属城市供热的主要构成与重要方式，其应用过程与国家提出的治理大气污染、节约资源能源等政策相一致，在实际应用中可切实实现不同能源资源的梯级利用，有效增强能源资源的利用效率，可生成改进环境与节约能源资源的经济效益，该行为不仅增进了社会与国民经济的整体发展，还获得极佳的社会效益、综合效益。

2 合肥地区热电联产集中供热发展状况

合肥热电联产采用集中供热形式发生在20 世纪80 年代左右，2007 年11 月在得到该城市国资委的批准后，市里将多家以热电联产为工作主体的热电企业开展整合管理，并组建出全新的合肥热电有限责任公司，作为城市公益公用类企业，为该城市内部的所有居民提供制冷与采暖服务，在城市内部还带有为宾馆、酒店、生物制药、医疗、汽车与轮胎制造等行业提供动力的工作责任。合肥热电有限责任公司在开展内部工作时始终坚持引领城市规划的基本原则，搭建出应用天然气锅炉、开发地热新能源、完备电力生产与蒸汽供应的互补供热系统，对城市内部的污泥进行妥善处置，将更多的供热基础设施安置在该公司内，提升其运营管理的科学性。当前合肥热电有限责任公司的供热供电范围多在三大开发区内，其包含新站高新区、高新区与经开区等，在开展相关供热作业时还向淮南寿县、长丰、肥西与肥东等方向延伸发展。截至2021 年10 月底，居民小区204 个，居民用户12.5 万户，服务各类工商业用户410 家；供热面积达2600 万m2，其中地热能供能面积近200 万m2[1]。

3 合肥区域热网监控体系的搭建运行状态

热网监控系统主要由以下4 部分组成。

（1）前端采集设备。由数据采集服务器、现场热量表、流量计以及各类传感器组成，通过数据采集器将各类数据通过各类接口协议读取，实现数据分类、分项监测。数据采集服务器在实现各类基础设备与监控工作站之间的通信传输的基础上，接收中心信息层的指令、向现场设备层设备发布指令、收集并处理从基础设备采集到的各类信息。

采集的数据主要为：各热源厂出口的蒸汽量数据；各换热站的蒸汽温度、压力数据；各换热站的供水温度压力数据。

（2）通信传输网络。构建整个能源数据云平台管理系统信息通信网络，该网络应采用能源专网和产业城内网形式完成数据信号传输。在通信传输网络的基础上，将现场各个仪表、系统与数据中心进行有序连接，实现实时能源数据及节能控制系统与数据中心的信息交互。平台将充分利用产业城的网络资源将数据上传至数据心集中监控，与其他应用系统既保持相对独立，避免竞争带宽，又保持必要的联系，便于统一管理和资源共享。

（3）安全网关。安装安全网关提供数据的单向的上传和下载功能，保证远程访问数据的安全性和链接平台的安全性。

（4）云平台数据中心。产业城能源数据云平台管理系统数据中心由监控终端PC、数据中心前置服务器、数据中心存储系统、数据中心应用服务器、WEB 服务器等设备组成，是监控管理平台的核心。在这里能够全面的掌握集团所有产业城各系统的总体能耗情况和分项能耗情况、能源配给及故障信息等。通过宏观的分析能源各系统数据，实现产业城稳定高效运行的目标。

换热站内的现场监控内容有流量计、热量表、变频器、控制阀、传感器、变送器、执行器与带有编程功能的控制器等，其在日常工作可带有安全保护、远程配置、控制、存储、采集、自检、通信与显示等功能，当出现汽化、失压、超压或停电等问题时可自动开启故障报警等程序，在进行Web 访问时，其主要的监控对象有：补水量、热量蒸汽量、循环泵、补水泵、流量计与电动调节阀等[2]。

4 热网监控系统主要功能

4.1 供热数据及时在线监控

调度中心由显示大屏幕、专用于工业的计算机、监视器、键盘及鼠标等组成。主要对整个供热过程的监控。如：所采集的过程信号进行各种图形和表格的显示（其中包括系统总概貌图的动态运行显示、各供热管网、工艺流程图的动态运行显示、各热工参数的棒图显示、重要参数的历史曲线显示、各种报表及报警的显示等）。各调节回路给定值的设置及修改、连锁过程的监控，报警值的修改及重设、各电气设备的远程监控和操作站手动操作、调节阀的远程手动操作等。热量的计算，热量和流量的累积，系统数据的存储及各项报表的制作等工作[3]。

4.2 统计分析汇总报表

热网监控系统可针对上传数据，进行专业性的报表分析，可实现信息数据处理并绘制出相应变化曲线，可直观观察到、温度、压力的变化趋势，进行运行状态的预测与参数计算。可以按需求自行定制，报表支持运算，如计算单条供热管网运行损耗，系统还可根据需求定制热源点、主干、管网、支线管网等分析报表，为供热管理人员分析管网运行损耗，合理调配热负荷提供参考。还可按照数据共享和交换的原则，统一建设全局性、基础性的数据中心。共享数据中心库是所有共享数据的集成地，所有生产监控系统的共享数据在这里集成。它向下从数据源集成数据并保持更新同步，成为各用户之间的共享数据通道；向上作为统计分析服务的数据源。将共享数据传输并存储至运控中心的数据库以集约整合为指导原则，实现能耗数据上传管理。实现各供能生产监控系统中的共享数据均能传输至共享数据库，并按照统一的数据模型存储这些数据。

4.3 供热数据分析

城市热网监控具有数据、曲线查询功能，供热系统的流量、温度、压力等全部以数据的方式储存，也可通过曲线（图1）进行显示，建立起完整的信息数据库，可方便进行查询、调用及供管理人员对历史数据的分析、整理，报表类型多样，可分为日报、周报、月报等，并可自动生成EXCEL 报表，历史曲线便于调度中心调度管理人员及时地了解城市供热系统的运行情况。

图1 瞬时流量曲线

4.4 及时故障报警、确保运行安全

故障报警系统可以声光报警，对于超过理想的设定值一定变化范围时，进行声光报警并闪烁，同时系统自动记录对于时间节点系统反应状态，并后台自动生成文件，方便后期系统运维检查[4]。另外可以快速的掌握报警发生地点，对断电、超温、超压等各种故障做到及时诊断，及时维修，保证供热系统运行安全。根据热网工艺分析，确定热网系统各个管网中温度变化正常范围，将热网运行控制在临界变化范围内。

4.5 健全运行档案，实现量化管理

在调度中心设置管控系统，实时采集热网监控系统的重要生产数据，通过合理组织存储，为各级用户提供方便快捷的数据查询手段和分层次数据视图，为系统运行优化提供动态数据支持，以及为应急保障提供相关基础信息。热网监控系统还能调用、储存供回水温度、室内平均温度、压力、流量、室外温度、故障记录等数据，以便查询、分析、研究及总结。热网监控系统能够对运行过程中的各种信息数据进行分析，建立的各种信息数据库，根据需要打印水压图、水耗、电耗、供汽量、供热量、运行日志等运行控制指标。

5 热网监控系统在供热管理中的应用

5.1 实现热网动态平衡

调度人员在日常工作中可综合分析热网监控系统内的数据报表，及时调控热源内部各条干线与出口的流量、温度与压力值，促进该热网系统内部运行的平衡性、动态性，避免了热网温度、压力忽高忽低不稳定现象，使各家用户的用热参数变得更为稳定，减少主管网疏水损耗量，达成此前制定的节能降耗目标。

5.2 保障热源、热网、换热站安全经济运行

监控中心系统内的调度者可及时在换热站与热源内掌握热网监控系统的运行状况，对换热站内的供热负荷、热网主干线中的管线热负荷进行精准分析，及时找到其内部各项参数的变化幅度与趋势，切实转换此前的粗放类供热模式，统一管理与调配各地区中的供热主管网与热源厂等，给此后的管网运行方法、热负荷调配工作带去适宜的判断依据，不仅增强了供热管控水准，还提升了管网运行效率，增进热电联产形态的运行效果[5]。

5.3 表计管理

监控系统真正实现了从热源厂、干线再到用户的计量数据控制，在日常工作中设置异常状态下的警报记录，而调度中心的工作人员利用对温度压力曲线的查阅，可及时分析出该报表内部的表计热量供热参数，待发现该供热状态处于失衡形式时，可发现该表计内存有异常波动，为更好地解决该问题，相关部门应对供热管网的运行状态进行合理检查，在排查过程中若发现用热量异常或用户私开阀门等不良现象时，可命令监督人员与供热人员共同赶到该现场，对供热管网实行合理整改，最大化缩减企业的经济损失，在完成整改工作后，还要及时校验异常表计，增进结算贸易的公平性，有效减少管网损耗。

5.4 停送汽管理、热网维修

在热网维护汽车检修停送期间，通过调度调节，利用对供热管网内部的升压升温速度控制，可防止出现送汽过程中管网内部因疏水调节不当而形成的热损耗提升现象，有效管控供热管网内部流量温度压力等数值参数。

5.5 工程设计施工

在完成管网负荷的综合分析后，可以为各类开发提供数据参考，在负荷余量较大、管损较大、用热不均内的管线中提升用户使用开发力度，在缩减管损的基础上提升供热管网的应用效率；针对处在饱和状态下的热负荷供热支线而言，在实际应用中需依照不同用户的用热特征来开发供热管网，即错峰用热等举措，在满足用户基本需求的基础上促进供热管网的正常运行。

6 应用效果

在当前的热网监控系统内，其可应用在改革创新、经济调度、计量管理、监督执法、市场开发、工程设计、工程建设与运行管理等方面，利用对多方面内容的合理控制，为此后的热网监控带去了较佳的数据支撑。随着热网监控系统的快速发展，合肥区域内部的供管网应用损耗正出现了不同程度的下降，其综合热损度在2009—2020 年间由此前的23.84%缩减到15.9%，具体的缩减比率可达到33.3%，年供气量在460 万t 左右，借助该项数据开展对应的计算时，可发现蒸汽累积损耗量在365240t 左右，节约标煤约46000，经济效益显著；自从热损失下降后，各类污染物的排放量得到极大缩减，氮氧化物、二氧化硫与二氧化碳等数值分别持有340.4t、391t 与120520t，透过对该项数据信息的有效控制，可发现其取得了较为明显的节能环保减排效果，而在取得该类效果的背后可看出热网监控系统的突出作用，在实际应用中可为达成城市供热环保、舒适与节能目标做出了突出贡献，进一步展现出了该监控系统带有的社会效益，提升地区供热运行管控质量。