专利名称：智能热水供应系统的制作方法
一、总体设计方案本装置由泵阀间、相变加热炉和控制系统三大部分组成。具体见附
图1。
控制系统由强电控制和弱点控制两个控制系统、组态软件等组成。
二、流程(段落中数字编号请见附图1)来水(清水或污水)经电动截止阀1和23切换后，电磁流量计22计量来液总量，通过离心泵进口电动截止阀2经离心泵17加压，再通过截止阀12、13将液体输送到相变加热炉11加热，热水(80℃)经电磁流量计10进行流量计量，再经截止阀9和电动调节阀8给罐车装水。
旁路1旁路1由电动截止阀6、离心泵17、截止阀12/13和相变加热炉11组成，主要作用是在系统启动后于加热水循环及工质保温时使用。
旁路2旁路2由离心泵17、电动截止阀5和单向溢流阀3组成，在连续装车工作方式用于倒车间隙电动调节阀8关闭时，使离心泵17出口的高压液体回流，避免频繁启动离心泵电机造成的时间浪费(离心泵启动时必须无负载启动，每次启动时均需在光笔出口阀门的情况下进行低压启动，这一时间约需要2-3分钟)和由于泵在高速旋转状态下叶轮对液体的搅动产生热量对泵的损坏(该旁路是泵在泵性能曲线高压区小排量运行，产生的热量能迅速被带走，而且泵在高压区小排量运行时能量损耗也较小，能节约部分能源)。
系统防垢。水源水为深井水或含油污水，水的矿化度高，在70-80℃是最易结垢的温度，相变加热炉换热器结垢后直接导致换热器导热能力下降，热效率降低，在相变加热炉进水管上加装一个变频除垢器，延长结垢周期，提高了相变加热炉的热销率。
三、机械部分(一)热平衡计算Q1＝1000m3/h，进水温度清水T＝18℃污水T＝30℃出水温度T＝80℃Q2＝60m3/h，进水温度清水T＝18℃污水T＝30℃出水温度T＝80℃计算公式W＝4.2×Q×ΔT对于清水W1＝4.2×100×106×(80-18)/3600＝7233333W＝7.23MWW2＝4.2×60×106×(80-18)/3600＝4.34MW对于污水W1＝4.2×100×106×(80-30)/3600＝5833333W＝7.23MWW2＝4.2×60×106×(80-30)/3600＝3.5MW热水站相变加热炉功率选择因为清水的供水温度低，所以消耗的能量大，污水的供水温度高，消耗的能量小，只要相变加热炉功率能满足清水的加热要求，就能满足设备的实际运行需要，根据计算结果，考虑到一定裕度，相变加热炉的功率确定为W1＝8MW，W2＝5MW。8MW和5MW是加热炉的额定热量输出功率。经计算，来水温度下降5-6℃时理论上加热炉也能满足使用要求。
(二)来水管线和排水管线通径计算公式D=2×Q3600πv]]>...v=Q900πD2]]>假定来水流速vi＝0.8m/s；排水流速vo＝1.2m/s(该参数由某采油厂规划所给出)。
1.热水站1流量Q1＝100m3/h(1)来水管线通径D1i=2×Q13600πv1i=2×1003600×3.14×0.8=201mm]]>公称通径选择D1i＝150mm时，流速为1.57m/s。
公称通径选择D1i＝125mm时，流速为2.26m/s。
公称通径选定D1i＝200mm时，可以保证对离心泵的供液能力。
(2)排水管线通径计算D1o=2×Q13600πv1o=2×1003600×3.14×1.2=172mm]]>没有该通径规格的阀门，当选择D1o＝200mm时，液体流速为0.8m/s，流速较小；当选择D1o＝150mm时，液体流速为1.57m/s，也能满足使用要求。
公称通径选择D1o＝125mm时，流速为2.26m/s。
公称通径选择D1o＝100mm时，流速为3.53m/s。
公称通径选定D1o＝150mm时，既能满足使用要求，又能降低成本。
2.热水站2流量Q2＝60m3/h(1)来水管线通径D2i=2×Q23600πv2i=2×603600×3.14×0.8=164mm]]>没有该通径规格的阀门，当选择D2i＝200mm时，液体流速为0.53m/s，流速较小；当选择D2i＝150mm时，液体流速为0.94m/s，因为液体有3kg/cm2的压力，也能满足使用要求。
公称通径选择D2i＝125mm时，流速为1.36m/s。
公称通径选择D2i＝100mm时，流速为2.12m/s。
公称通径选定D2i＝150mm时，既能满足使用要求，又能降低成本。
(2)排水管线通径计算
D2o=2×Q23600πv2o=2×603600×3.14×1.2=134mm]]>没有该通径规格的阀门，当选择D2o＝150mm时，液体流速为0.94m/s，流速较小；当选择D1o＝125mm时，液体流速为1.36m/s，也能满足使用要求。
公称通径选择D2o＝100mm时，流速为2.12m/s。
公称通径选择D2o＝80mm时，流速为3.31m/s。
公称通径选定D2o＝125mm时，既能满足使用要求，又能降低成本。
进出水管线公称通径的选择与确定主要本着两个原则一要保证流速不能过高，否则会造成水力冲击，噪音大，二要保证液体流速高于电磁流量计允许的流速，以确保电磁流量计的计量精度。在计量精度不下降的情况下，电磁流量计最小允许的流速为0.3m/s，因此进出水管的液体流速必须要高于这一规定值。这里我们选择流速在0.8m/s-1.57m/s之间，完全满足系统的工作需要。
四、控制系统本系统利用相变加热炉对清水或污水进行加热，电磁流量计计量后，对槽车进行定量灌装。系统主要由循环控制子系统、加热控制子系统和装车计量控制子系统组成。逻辑上三个子系统相对独立、相互关联。物理层面上，本系统是由完全独立的二个控制系统组成，即循环控制装车计量系统和加热炉控制系统。
加热炉燃烧器控制采用PID调解，使加热炉运行在最佳负载状态，并通过对循环系统流量调节的叠加实现对被加热工质更精准根快捷的控制。
装车计量系统可实现单车计量装车和批次计量连续装车两种工作方式。
系统自动进行工作量的日、周、月汇总，以报表形式形成存档文件。
本设计提供的电气装置和自动控制系统是加热站安全高效和可靠运行的重要保证。
(一)系统控制策略系统由手动操作盘、PLC可编程控制器、显示器、显示器、工作方式切换装置、数据接口系统、电气控制柜、现场仪表和执行设备等部分组成。其中数据接口、电气控制柜和系统检测部分组成的手动操作方式和由可编程控制器和系统检测部分组成的自动控制方式通过切换装置与系统共用部分连接，实现对系统的手动控制或自动控制。系统结构框图见附图2。
本系统的功能模块包括水源选择、系统充水放空、系统预加热、系统装车、加热炉控制系统、系统防冻保温和系统警报等7个模块。7个模块联合使用可以实现热水站全自动无人值守的功能。
1.水源选择系统运行时首先选择水源，并通过电动阀切换到相应的水源。另外水源的选择可以在系统工作的任意时刻通过选择开关来切换。
2.系统充水、放空除出口电动调节阀和水源切换阀门只开一个外，全部打开主、旁路管线上的阀门，给系统充水。再从泵进口到相变加热炉出口逐次打开放空阀门和排污阀门进行系统放空，排除系统中的空气，当放空阀门或排污阀门有连续稳定的水流流出时逐次关闭各放空阀门及排污阀门。
3.系统预加热每天系统启动时，系统进行预加热，为装车做准备。再系统充水放空后，启动系统预加热程序。首先系统打开相关电动阀，启动对应离心泵，打开电动旁路阀，进行水循环，同时相变加热炉点火进行加热，相变加热炉控制系统调整加热火力，系统比较加热炉出口温度和设定温度，出口温度低于设定温度时，系统增大相变加热炉火力，反之系统减小相变加热炉火力，最终实现热量的平衡。
4.系统装车装车计量系统采用触摸屏方式输入设置外输流量，计算机自动控制罐车装车计量。
5.加热炉控制系统加热控制系统由完全独立的手动、自动两种控制模式组成，采用触摸屏式/人机交互方式控制工质加热温度，系统具有超温、超压、缺水、燃气泄漏等自动保护功能。
系统通过比较工质的出口温度和设定温度，如出口温度高于设定温度，系统减小燃烧器火力，反之系统增加燃烧器火力，达到热力平衡状态，以保证工质出口温度达到用户使用要求。达到既实现加热要求又节约能源的目的。
6.系统防冻保温当环境温度低于0℃时，为防止设备的损坏，系统将自动进行防冻保温。首先系统判断环境温度，环境温度低于0℃时，系统启动防冻保温程序，被加热工质温度未达到设定的保温温度时，系统将启动离心泵，同时打开电动旁路阀门和相变加热炉构成加热回路，调整加热炉火力加热工质，当被加热工质达到保温温度时，系统将关闭离心泵。
7.系统报警为实现系统的高效、可靠、安全运转，系统进行安全、故障报警。由泵的供液情况、天然气泄漏及供气压力、超温超压等方面的报警功能。
(二)系统控制流程仪表及执行部件信号通过信号线传送到控制室内的热水装车计量系统和加热炉控制系统控制柜内，分别由各自的PLC系统控制完成自动化操作。系统控制流程见附图3，其中省略了加热炉部分。
图1智能热水供应系统工艺流程图1、2、5、6、23电动截止阀3单向溢流阀4、7、9、12、1 3、16、18、21截止阀8电动调节阀10、22电磁流量计11相变加热炉14、19压力表15、20压力传感器17离心泵图2控制系统结构框3热水站控制系统流程图。
权利要求
1.系统可以实现的技术要求单炉、单泵、短流程、撬装、无人值守、全自动密闭装车。泵阀间安装位置在真空炉烧火间对侧，离心泵、计量仪表(一次仪表)、各种控制阀门均安装在泵阀间内。控制装置安装在卸油站控制间内(代管)，控制间距离硬件设备(真空炉和泵阀间)约150米，进行远程控制。技术参数为(1)流量Q1＝100m3/h 进水温度清水T＝18℃ 污水T＝30℃ 出水温度T＝80℃Q2＝60m3/h 进水温度清水T＝18℃ 污水T＝30℃ 出水温度T＝80℃(2)装车时间要求单车装车时间10分钟以内，不超过15分钟。(3)装车总量(体积)180m3/d，时间一般集中在上午。(4)装车频次单车装车和连续装车两种。
2.对泵阀间，控制系统进行保护。系统中的电动截止阀，电动调解阀，单向溢流阀，截止阀，压力传感器，离心泵包括任何类型的同种功能设备，全部进行保护。
全文摘要
本装置由泵阀间、相变加热炉和控制系统三大部分组成。泵阀间为一撬装板房，金属结构，苯板保温。内部装有离心泵、流量和压力一次仪表及各种阀门。泵阀间将来水加热后输送给相变加热炉，经真空加热后高温热水(80℃)再回流到泵阀间计量后经排水管线给罐车加水。整个过程除必要的人机交互外实现全自动。在特殊环境下可以进行人为干预，也可以进行手动操作。能大大降低操作者的劳动强度，提高装置的工作效率，降低装置的运行成本。主要用于采油厂或其他部门的热水供给。
文档编号F24H1/00GK101025285SQ20061000842
公开日2007年8月29日 申请日期2006年1月21日 优先权日2006年1月21日
发明者孙博雅 申请人:孙博雅