熱力管網又稱熱力管道，從鍋爐房、直燃機房、供熱中心等出發，從熱源通往建築物熱力入口的供熱管道。多個供熱管道形成管網。供熱熱水介質設計壓力小於等於2.5MPa，設計溫度小於或等於200℃；供熱蒸汽介質設計壓力小於或等於1.6MPa，設計溫度小於或等於350℃的下列熱力網的設計。
基本介紹
- 中文名：熱力管網
- 外文名：district heating network
- 供水溫度：110～150℃
- 回水溫度：小於70℃
- 主要附屬檔案：補償器；支吊架；閥門等
- 套用範圍：城市熱網
- 學科分類：建築學
- 別稱：熱力管道
定義,分類,技術標準,設計標準,水質標準,主要附屬檔案,監控,
定義
熱力管網從鍋爐房、直燃機房、供熱中心等出發，從熱源通往建築物熱力入口的供熱管道。多個供熱管道形成管網。
分類
| 熱力管網分類 | |||
|---|---|---|---|
分類方法 | 種類 | 說明 | |
按熱媒分類 | 蒸汽熱網 | 高壓；中壓；低壓蒸汽熱網 | |
熱水熱網 | 高溫熱水熱網：T≥100攝氏度；低溫熱水熱網T≤95攝氏度 | ||
按所處地位 | 一級管網 | 從熱源至熱力站的供回水管網 | |
二級管網 | 從熱力站到用戶的供回水管網 | ||
按敷設方式 | 地溝敷設 | 通行地溝；半通行地溝；不通行地溝 | |
架空敷設 | 高支架；中支架；低支架 | ||
直埋敷設 | 管道直接埋在地下，無管溝 | ||
按系統形式 | 閉式系統 | 一次熱網與二次熱網採用熱換器連線。 直接消耗一次熱媒，中間設備極少，但一次熱媒補充大 ----------------------------------------------------------------------------- 從熱源到熱用戶的管道 從熱用戶到熱源的管道 | |
開式系統 | |||
按供回分類 | 供水管 | ||
回水管 | |||
技術標準
設計標準
適用於供熱熱水介質設計壓力小於或等於2.5MPa，設計溫度小於或等於200℃；供熱蒸汽介質設計壓力小於或等於1.6MPa，設計溫度小於或等於350℃的下列熱力網的設計：1 由供熱企業經營，以熱電廠或區域鍋爐房為熱源，對多個用戶供熱，自熱源至熱力站的城市熱力網；
2 城市熱力管網新建、擴建或改建的管道、中繼泵站和熱力站等工藝系統設計。
熱力管網
2 城市熱力管網新建、擴建或改建的管道、中繼泵站和熱力站等工藝系統設計。
熱力管網城市熱力管網設計應符合城市規劃要求，做到技術先進、經濟合理、安全適用，並注意美觀。
水質標準
以熱電廠和區域鍋爐房為熱源的熱水熱力網，補給水水質應符合下列規定：
1 懸浮物 小於或等於5mg/L
2 總硬度 小於或等於0.6mmol/L
3 溶解氧 小於或等於0.1mg/L
4 含油量 小於或等於2mg/L
5 pH（25℃） 7～11
1 懸浮物 小於或等於5mg/L
2 總硬度 小於或等於0.6mmol/L
3 溶解氧 小於或等於0.1mg/L
4 含油量 小於或等於2mg/L
5 pH（25℃） 7～11
1.開式熱水熱力網補給水質量除應符合本規範第4.3.1條的規定外，還應符合《生活飲用水衛生標準》（GB 5749）的規定。
2.蒸汽熱力網，由用戶熱力站返回熱源的凝結水質量，應符合下列規定：
①總硬度 小於或等於0.05mmol/L
②含鐵量 小於或等於0.5mg/L
③含油量 小於或等於10mg/L
①總硬度 小於或等於0.05mmol/L
②含鐵量 小於或等於0.5mg/L
③含油量 小於或等於10mg/L
3.蒸汽管網的凝結水排放時，應符合《污水排入城市下水道水質標準》（CJ 3082）。
4.當供熱系統有不鏽鋼設備時，應考慮Cl-腐蝕問題，供熱介質中Cl-含量不宜高於25ppm，或不鏽鋼設備採取防腐措施。
主要附屬檔案
補償器
1.熱力網管道的溫度變形應充分利用管道的轉角管段進行自然補償。直埋敷設熱水管道自然補償轉角管段應布置成60°～90°角，當角度很小時應按直線管段考慮，小角度的具體數值應按《城鎮供熱直埋熱水管道技術規程》（CJJ/T 81）的規定執行。
2 選用管道補償器時，應根據敷設條件採用維修工作量小、工作可靠和價格較低的補償器。
3 採用彎管補償器或波紋管補償器時，設計應考慮安裝時的冷緊。冷緊係數可取0.5.
4 採用套筒補償器時，應計算各種安裝溫度下的補償器安裝長度，並保證管道在可能出現的最高、最低溫度下，補償器留有不小於20mm的補償餘量。
5 採用波紋管軸向補償器時，管道上應安裝防止波紋管失穩的導向支座。採用其他形式補償器，補償管段過長時，亦應設導向支座。
6 採用球形補償器、鉸鏈型波紋管補償器，且補償管段較長時宜採取減小管道摩擦力的措施。
7 當兩條管道垂直布置且上面的管道直接敷設在固定於下面管道的托架上時，應考慮兩管道在最不利運行狀態下熱位移不同的影響，防止上面的管道自托架上滑落。
8 直埋敷設熱水管道，經計算允許時，宜採用無補償敷設方式，並應按《城鎮供熱直埋熱水管道技術規程》（CJJ/T 81）的規定執行。
支吊架
管道活動支座一般採用滑動支座或剛性吊架。當管道敷設於高支架、懸臂支架或通行管溝內時，宜採用滾動支座或使用減摩材料的滑動支座。當管道運行時有垂直位移且對鄰近支座的荷載影響較大時，應採用彈簧支座或彈簧吊架。
閥門
熱力網管道幹線、支幹線、支線的起點應安裝關斷閥門。
熱水熱力網幹線應裝設分段閥門。分段閥門的間距宜為：輸送幹線，2000～3000m；輸配幹線，1000～1500m.蒸汽熱力網可不安裝分段閥門。多熱源供熱系統熱源間的連通幹線、環狀管網環線的分段閥應採用雙向密封閥門。
工作壓力大於或等於1.6MPa且公稱直徑大於或等於500mm的管道上的閘閥應安裝旁通閥。旁通閥的直徑可按閥門直徑的十分之一選用。
當供熱系統補水能力有限需控制管道充水流量或蒸汽管道啟動暖管需控制汽量時，管道閥門應裝設口徑較小的旁通閥作為控制閥門。
當動態水力分析需延長輸送幹線分段閥門關閉時間以降低壓力瞬變值時，宜採用主閥並聯旁通閥的方法解決。旁通閥直徑可取主閥直徑的四分之一。主閥和旁通閥應連鎖控制，旁通閥必須在開啟狀態主閥方可進行關閉操作，主閥關閉後旁通閥才可關閉。
公稱直徑大於或等於500mm的閥門，宜採用電動驅動裝置。由監控系統遠程操作的閥門，其旁通閥亦應採用電動驅動裝置。
監控
監控實質是SCADA系統，主要由監控主站、通信系統和遠程終端構成。監控主站由通信管理單元和監控工作站監控，對於要求高的，可能還需要資料庫伺服器，對於需要遠程瀏覽的還需要WEB伺服器。通信系統差別很大，可以是電話線，雙絞線，數傳電台，GPRS電台等。遠程終端簡稱RTU，是負責遠方數據採集和控制的設備，因為其工作環境一般在室外，環境比較惡劣，對可靠性和抗干擾能力要求較高。
熱力管網遠方監控還需要大量的儀表，如溫度變送器、壓力變送器、流量計等。
1.1. 現狀綜述
全國各地已不同程度地進行了熱力管網監控的試點工作，而且參與的廠商數量比較多，水平參差不齊，各個廠家都是在做試點工作，也有個別廠家開始規模推廣。也暴露出很多的問題，主要表現在現場設備可靠性差，可維護性差，不能承受現場惡劣的工作環境（包括高溫、低溫、潮濕和沙塵）。數據開放性不夠，往往是各個廠家互不兼容，軟體數據不能共享，呈現一個個的自動化孤島。
1.2. 設計思想
目的：
熱力管網遠程監控系統主要是通過對熱力站、管網參數的實時檢測，採用輪詢-應答的通信方式，將檢測到的熱力站，熱力管網狀態，通過各種通信方式傳送給實時資料庫伺服器，並以C/S或B/S模式，使各個部門能夠及時熱力站，熱力管網工作狀態，能實時監控熱網的運行情況，如監視熱網最不利壓差，協調控制熱源的供給以適合熱網負荷的變化，保證熱網安全、可靠、高效的運行。
原則：
方案說明：
2. RTU系統
RTU英文名稱Remote Terminal Unit，IEC給的名稱TeleControl。
是一種遠方數據採集和控制的設備。易控微網公司的STC-1是一種合乎IEC要求的一種微型RTU設備，其型號STC為Small TeleControl的縮寫。STC-2是一種可以直接完成交流電量採集的微型RTU設備，主要用於泵站的監控。
2.1. 功能
STC-1 微型RTU設備的功能。
● 8路開關量輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
● 8路開關量輸入，也可以作為脈衝量輸入。
● 8路直流採樣,可以接各種變送器。
● 1個標準485通信口，1個RS485/232接口，支持MODBUS或其它規約，擴展更加容易。
● 貼片安裝，無外部匯流排，可靠性高，抗干擾能力強。
● 卡式導軌或螺絲固定，現場安裝更加便
STC-1主要用於測溫點，測壓點和流量的監控。
STC-2設備主要功能：
● 三表法測量準確測量三相交流電壓、電流、有功、無功、頻率、功率因數、零序電流等電參量, 可以測量變頻器輸出。
● 具有3路獨立的開關量輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警
● 6路開關量輸入，也可以作為脈衝量輸入
● 2路直流採樣,可以接各種變送器
● 兩路通信接口，支持MODBUS規約，支持主站端的熱備用
● FFT算法，可計算1－7次諧波
STC-2 主要用於泵站的監控。
2.2. 現場安裝
每個檢測點需要安裝一個監測箱，監測箱要求合乎IPC55防護等級要求。在監測箱內安裝1台或者多台STC-1、STC-2微型RTU，採用24V供電。箱內配一個220V/24VD或者12V的開關電源，給RTU和電台、變送器供電。
溫度變送器選用PT100的溫度變送器，輸入為3線制，輸出為2線制。
壓力變送器選用2線制的設備，由24V供電。
流量計可以選用電磁流量計或者渦輪流量計，輸出可以是4~20mA或者是頻率信號。頻率信號可以接STC-1的開關量輸入，可以計算單位時間流量，還可以計算總流量。
STC-1的繼電器輸出可以控制閥門，套用非常方便。
對於熱力泵，供水泵，STC-2可以監控其工作電壓電流，出口溫度，出口壓力，流量計頻率信號可以接STC-2的開關量輸入，可以計算單位時間流量，還可以計算總流量。STC-2需要安裝三個電流互感器。
對於熱力站可能需要多個STC-1或者STC-2，安裝時可以把他們的RS485接口通過雙絞線構成一個RS485網路，然後通過1台SCM-1通信模組進行數據轉發。
電台也安裝在控制箱內，通過50歐姆饋線輸出。電台的通信接口接STC-1、SCT-2或者SCM-1的RS232接口。
3. 通信
SCADA系統的通信方式可以多種多樣，考慮系統的可靠性，有可能還要有備用通道。通信的方式總體說來分為兩種，一種是自己架設的專線系統，一種是架設在公網上的系統。
自己架設的系統：自成系統，不需要別人參與，運行費用低，架設成本高，需要用戶自己維護。包括，自架的電話線，雙絞線，光纜，載波，微波，電台等。
公網系統：電話線，專線，ISDN，幀中繼，衛星線路，GPRS等。架設費用低，不需要用戶維護，運行費用高。
用戶選擇時需要自己根據各種利益和費用考慮。
考慮熱力管網分散，和建設的速度，我們推薦採用無線方式。
自行架設可以採用數傳電台，相關手續：到無線電管理委員會申請頻點，登記，購買數傳電台。費用：頻點占用費，電台費用，饋線，天線費用，架設費用。
參考價格:頻點 1500元/年 電台 2000元左右 天線饋線 500元
公網GPRS或者CDMA，需要和當地的中國移動或者中國聯通洽談計費方式（可以包月或者按照流量計費），費用包括GPRS/CDMA收費，GPRS電台費用。
參考價格：包月 100元左右 電台 2000元左右。
參考數傳電台：
● 高性能、高穩定、高可靠
● 適合於各種惡劣的工作環境；
● 精密壓鑄鋁結構配合精良的電路設計，抗干擾能力更強；
● 採用溫補頻率基準源，確保高穩定收發頻率；
● 專業的散熱設計適合於長期不間斷工作；
● 有效通信距離遠；
● 採用頻率合成技術，通過計算機靈活方便地設定頻點；
● 全部設定通過設定軟體完成，操作簡便；
● 點對點、點對多點，靈活組網；
● 提供外置數據機接口；
● 提供模擬通道，方便進行話音通信；
● 可選配手咪喇叭配件，直接對講，方便工程施工；
● 電源工作指示燈、空中收發指示燈及數據收發指示燈使工作狀態一目了然；
● 採用超大規模積體電路，低功耗設計，SMT生產工藝；
● 工業級產品設計，溫度範圍寬。
● 集收發數據、話音通信於一體，功能強大。
1． 總體指標：
● 頻率範圍：VHF/UHF
● 頻率穩定度：1.5ppm
● 信道間隔：25KHz/12.5KHz
● 調製方式：MSK
● 數據接口：RS-232(標準配置) RS-485(選配)
● 接口速率：9600/4800/2400/1200bps（可設定）
● 信道速率：2400/1200bps （可設定）
● 信道總數：16 （可擴充）
● 天線阻抗：50Ω
● 電源電壓：DC 13.8V （12—15V）
● 電源消耗：接收時<100mA，滿功率發射時<5.5A
● 體積：長×寬×高=149mm×109mm×50mm
2．接收機指標：
● 接收靈敏度：≤0.25μV（12dB信納比）
● 雜散及鏡頻干擾：≥70dB
● 鄰道選擇性：≥70dB
● 接收失真：≤3%
3．發射機指標：
● 輸出功率：25W （5-25W連續可調）
● 最大頻偏：5Kc
● 鄰道抑制比：≥70dB
● 雜散發射比：≥70dB
● 發射啟動時間：≤40ms
參考GPRS
GPRS MODEM 可以選擇深圳市泰達鑫通信技術有限公司開發的TGM8800 GPRS無線數傳系統。
4. 主站端
選用計算機硬體軟體的原則為夠用，一定時間內不落後。選用油井控制器的原則價格合理，可靠性高。
4.1. 硬體
監控工作站選用流行的個人計算機或者工控機。P4 2.0GHz ,512M RAM,80G 硬碟，20英寸顯示器或者17英寸LCD顯示器，鍵盤、滑鼠和多媒體套件。配備印表機一台。
通信服務可以選擇工控機，對機器要求不是非常高，可以靈活配置。
資料庫伺服器選擇小型工作組伺服器即可。
4.2. 軟體
參考價格：國內不限點版本 報價 5萬元左右，可以有折扣。
國外軟體可以向代理商諮詢，也有國外的盜版軟體可用。
完成功能：
監控中心採集現場過程數據進行分析計算處理，對運行人員提供操作指導，實現對熱網的監測控制、熱量供需量分析、管網水力分析、故障診斷報告、歷史數據處理、趨勢顯示等功能。
5. 規約說明
MODBUS 規約
MODBUS規約是MODICOM公司開發的一個為很多廠商支持的開放規約
此協定定義了一個控制器能認識使用的訊息結構,而不管它們是經過何種網路進行通信的。它描述了控制器請求訪問其它設備的過程，如果回應來自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯誤並記錄。它制定了訊息域格局和內容的公共格式。
當在Modbus網路上通信時，此協定決定了每個控制器須要知道它們的設備地址，識別按地址發來的訊息，決定要產生何種行動。如果需要回應，控制器將生成反饋信息並用Modbus協定發出。在其它網路上，包含了Modbus協定的訊息轉換為在此網路上使用的幀或包結構。這種轉換也擴展了根據具體的網路解決節地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。
控制器通信使用主—從技術，即僅設備（主設備）能初始化傳輸（查詢）。其它設備（從設備）根據主設備查詢提供的數據做出相應反應。典型的主設備：主機和可程式儀表。典型的從設備：可程式控制器。
主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。如果單獨通信，從設備返回訊息作為回應，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應。Modbus協定建立了主設備查詢的格式：設備（或廣播）地址、功能代碼、所有要傳送的數據、錯誤檢測域。
從設備回應訊息也由Modbus協定構成，包括確認要行動的域、任何要返回的數據、和錯誤檢測域。如果在訊息接收過程中發生錯誤，或從設備不能執行其命令，從設備將建立錯誤訊息並把它作為回應傳送出去。
在其它網路上，控制器使用對等技術通信，故任何控制都能初始和其它控制器的通信。這樣在單獨的通信過程中，控制器既可作為主設備也可作為從設備。提供的多個內部通道可允許同時發生的傳輸進程。
在訊息位，Modbus協定仍提供了主—從原則，儘管網路通信方法是“對等”。如果控制器傳送訊息，它只是作為主設備，並期望從從設備得到回應。同樣，當控制器接收到訊息，它將建立一從設備回應格式並返回給傳送的控制器。
查詢
查詢訊息中的功能代碼告之被選中的從設備要執行何種功能。數據段包含了從設備要執行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從設備讀保持暫存器並返回它們的內容。數據段必須包含要告之從設備的信息：從何暫存器開始讀及要讀的暫存器數量。錯誤檢測域為從設備提供了一種驗證訊息內容是否正確的方法。
回應
如果從設備產生正常的回應，在回應訊息中的功能代碼是在查詢訊息中的功能代碼的回應。數據段包括了從設備收集的數據：像暫存器值或狀態。如果有錯誤發生，功能代碼將被修改以用於指出回應訊息是錯誤的，同時數據段包含了描述此錯誤信息的代碼。錯誤檢測域允許主設備確認訊息內容是否可用。
控制器能設定為兩種傳輸模式（ASCII或RTU）中的任何一種在標準的Modbus網路通信。用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數（波特率、校驗方式等），在配置每個控制器的時候，在Modbus網路上的所有設備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數。
所選的ASCII或RTU方式僅適用於標準的Modbus網路，它定義了在這些網路上連續傳輸的訊息段的每一位，以及決定怎樣將信息打包成訊息域和如何解碼。
在該系統中，我們僅僅支持RTU的幀格式。
每個位元組的位
. 1個起始位
. 8個數據位，最小的有效位先傳送
. 1個奇偶校驗位，採用偶校驗
. 1個停止位
錯誤檢測域
. CRC校驗
地址域
訊息幀的地址域包含兩個字元（ASCII）或8Bit（RTU）。可能的從設備地址是0...247 (十進制)。單個設備的地址範圍是1...247。主設備通過將要聯絡的從設備的地址放入訊息中的地址域來選通從設備。當從設備傳送回應訊息時，它把自己的地址放入回應的地址域中，以便主設備知道是哪一個設備做出回應。
地址0是用作廣播地址，以使所有的從設備都能認識。當Modbus協定用於更高水準的網路，廣播可能不允許或以其它方式代替。
功能域
訊息幀中的功能代碼域包含了兩個字元（ASCII）或8Bits（RTU）。可能的代碼範圍是十進制的1...255。當然，有些代碼是適用於所有控制器，有此是套用於某種控制器，還有些保留以備後用。
當訊息從主設備發往從設備時，功能代碼域將告之從設備需要執行哪些行為。例如去讀取輸入的開關狀態，讀一組暫存器的數據內容，讀從設備的診斷狀態，允許調入、記錄、校驗在從設備中的程式等。
當從設備回應時，它使用功能代碼域來指示是正常回應(無誤)還是有某種錯誤發生（稱作異議回應）。對正常回應，從設備僅回應相應的功能代碼。對異議回應，從設備返回一等同於正常代碼的代碼，但最重要的位置為邏輯1。
支持主要功能碼：
Read Coil Status
Read Input Status
Read Holding Registers（讀保持暫存器）
Read Input Registers （讀輸入暫存器）
Force Single Coil (設定單個繼電器)
Preset Single Register （設定單個保持暫存器）
Force Multiple Coils（設定多個線圈）
Preset Multiple Registers（設定多個保持暫存器）
Read General Reference （讀檔案）
Write General Reference
Mask Write 4X Register
Read/Write 4X Registers （讀寫保持暫存器）
Read FIFO Queue（讀FIFO佇列）
