王旭峰

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030024)

太古熱網(wǎng)熱源為古交興能電廠，電廠共有三期六臺供熱機組，其中一期2臺300MW供熱機組，二期2臺600MW供熱機組，三期2臺660MW供熱機組，發(fā)電機組總裝機容量為3120MW，設(shè)計供熱能力達(dá)到3484MW，實際最大供熱面積約6800萬m（其中包含20%調(diào)峰）。設(shè)計供水溫度最高130℃。

古交興能電廠至太原市城區(qū)37.8km，熱電廠地面標(biāo)高1030m，太原市地面標(biāo)高850m，全程最大高差180m。管線距離長、高差大，中間設(shè)置3個中繼泵站（1＃泵站、2＃泵站、3＃泵站）、1個中繼能源站（隔壓站），其中中繼能源站通過水-水換熱器將長輸管線一次側(cè)熱量傳遞至二次側(cè)，經(jīng)大溫差機組換熱至用戶側(cè)供熱。長輸管線為4×DN1400的兩套供熱系統(tǒng)，每套供熱系統(tǒng)有6組循環(huán)泵，每組循環(huán)泵設(shè)4臺水泵，不設(shè)備用泵，全系統(tǒng)共計48臺循環(huán)泵。

太古熱網(wǎng)以中繼能源站板式換熱器為界，分為高溫網(wǎng)系統(tǒng)和一級網(wǎng)系統(tǒng)。電廠至中繼能源站板式換熱器部分為高溫網(wǎng)系統(tǒng)，分為獨立的系統(tǒng)I和系統(tǒng)II兩個系統(tǒng)，敷設(shè)四根供熱管線（兩供兩回）；中繼能源站板式換熱器至下游各熱力站為一級網(wǎng)系統(tǒng)，按照供熱區(qū)域海拔高低的不同，一級網(wǎng)又分為低海拔一級網(wǎng)系統(tǒng)和高海拔一級網(wǎng)系統(tǒng)。

高溫網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部的容水量達(dá)到23.3萬t。低海拔一級網(wǎng)供熱管線全長約922km，最大管徑DN1400，管網(wǎng)容水量約為32.5萬t。高海拔一級網(wǎng)管網(wǎng)長度約45km，計算容水量為2.7萬t。其中高溫網(wǎng)和低海拔一級網(wǎng)系統(tǒng)容水量巨大，運行過程中要保證水質(zhì)的安全、穩(wěn)定。

1 水質(zhì)管理

在一整個自然年中，系統(tǒng)保壓分為三個階段：

10.1-10.25注水期（供熱運行前的系統(tǒng)保壓）

10.26-3.31補水期（供熱運行中的系統(tǒng)保壓）

4.1-9 .31濕保護(hù)期（停熱時的系統(tǒng)保壓）

在系統(tǒng)保壓的各個階段，要對水質(zhì)進(jìn)行檢測，以防水質(zhì)出現(xiàn)異常。由于水體采樣點固定，當(dāng)水體不循環(huán)時，檢測管網(wǎng)內(nèi)的水質(zhì)沒有意義。所以，在檢測過程中以系統(tǒng)內(nèi)部水體是否循環(huán)為分界點，分為補水期水質(zhì)檢測和注水期、濕保護(hù)期水質(zhì)檢測兩個階段。其中，補水期檢測軟化罐、軟水箱和管網(wǎng)水質(zhì)狀況；注水、濕保護(hù)期檢測軟化罐和軟水箱水質(zhì)狀況。管線系統(tǒng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為表1所示。

表1 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)表

對于供熱系統(tǒng)來說，系統(tǒng)內(nèi)部水質(zhì)情況的變化取決于給注入的水質(zhì)情況，下面通過介紹各子系統(tǒng)的補水方式，來闡述對水質(zhì)的管理重方式。

1.1 高溫網(wǎng)水質(zhì)管理

太古長輸管線高差達(dá)到180m，為能夠便于向系統(tǒng)內(nèi)部注水。將海拔相對較高的古交興能電廠、1＃中繼泵站、2＃中繼泵站設(shè)為補水點（見圖1）。

圖1 太古長輸管線簡圖

其中，注水期和補水期是以電廠為主，1、2＃泵站為輔；濕保護(hù)期是1、2＃泵站為主，電廠不進(jìn)行補水。

經(jīng)統(tǒng)計2016—2021期間內(nèi)，5年內(nèi)的各個補水階段的補水量：

補水期單系統(tǒng)的補水量為6000～10000t。

濕保護(hù)期單系統(tǒng)的補水量為5000～9000t。

注水期單系統(tǒng)的補水量為2000～6000t。

單系統(tǒng)容水量約為116000t，所以每年的置換比例為11%～22%。整體來看，長輸管線系統(tǒng)封閉性較好，失水量較低。

太古長輸管線從電廠出來后先后經(jīng)過四個泵站，為保證水質(zhì)化驗的準(zhǔn)確，在4個泵站都有化驗點來檢測水質(zhì)。由于系統(tǒng)內(nèi)部水體循環(huán)，4個點位的水質(zhì)情況一致。

系統(tǒng)是通過離子交換樹脂進(jìn)行制水，制水一段時間后樹脂需要沖洗，要隨時檢測制水情況。開始補水時，制水設(shè)備和管網(wǎng)中的水質(zhì)情況不穩(wěn)定，檢測會比較頻繁。隨著水質(zhì)情況越來越穩(wěn)定，逐步延長檢測間隔。具體檢測方式如下。

1）補水期：開始補水時，每2h測一次水質(zhì)。隨著水質(zhì)越來越穩(wěn)定，檢測間隔逐步提高，分別為4、6、8、12、24h，并一直以每24h測一次，至運行結(jié)束。

2）注水、濕保護(hù)期：設(shè)備剛啟動時，每2h測一次水質(zhì)，制出的水質(zhì)穩(wěn)定后，每4h測一次水質(zhì)。

1.2 低海拔一級網(wǎng)水質(zhì)管理

為確保太古低海拔一級網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，盡可能避免大量失水導(dǎo)致失壓，需在管網(wǎng)上設(shè)置足夠多的補水點，保證正常運行狀態(tài)補水及應(yīng)急狀態(tài)補水。各供熱單位共設(shè)立21處一級網(wǎng)補水點。截止目前，除個別補水點由于正在建設(shè)或自來水水壓不足無法補水外，其余均具備補水條件，系統(tǒng)持續(xù)1h計算最大補水能力為1257t。

太古低海拔一級網(wǎng)由中繼能源站出口到管網(wǎng)最末端達(dá)37km，管網(wǎng)龐大結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運行期管網(wǎng)日常失水量為5000t左右。為了保證熱網(wǎng)正常運行，需“二補一”熱力站對熱網(wǎng)進(jìn)行補水，因此“二補一”熱力站水質(zhì)情況對中繼能源站、熱力站及管網(wǎng)的影響十分顯著，若水質(zhì)硬度過大會影響能源站及熱力站板換的換熱效果，降低管網(wǎng)使用壽命。

在前4個采暖季都采取人工定時化驗水質(zhì)狀況，由于太古熱網(wǎng)涉及范圍大，部分“二補一”熱力站距離分公司較遠(yuǎn)，會出現(xiàn)路上2h，工作五分鐘的現(xiàn)象，并且無法實時得知在“二補一”熱力站補水時的水質(zhì)情況，會存在補水時水質(zhì)硬度過高的情況，因此對太古一級網(wǎng)“二補一”熱力站安裝了在線水質(zhì)監(jiān)測裝置，可遠(yuǎn)程實時監(jiān)測熱力站的水質(zhì)狀況。

在停暖期間對太古低海拔一級網(wǎng)“二補一”熱力站軟化罐后加裝在線水質(zhì)監(jiān)測裝置（如圖2、圖3），該設(shè)備采用比色滴定原理檢測系統(tǒng)的產(chǎn)水硬度，并通過藥劑的消耗量計算出實際硬度值。系統(tǒng)內(nèi)配置高精度蠕動泵3臺，用于藥劑的滴定作業(yè)，直接使用正常藥劑，無需特殊配置的藥劑，節(jié)約測試成本。系統(tǒng)根據(jù)間隔時間和間隔流量自動取樣分析產(chǎn)水硬度，分析結(jié)果實時顯示并記錄保存。裝置可與熱力站軟水罐連接，檢測水質(zhì)不合格時，可啟動軟水系統(tǒng)再生，如軟水系統(tǒng)存在故障時，報警提示，不引發(fā)再生。

圖2 水質(zhì)在線監(jiān)測裝置外觀與內(nèi)部構(gòu)造

圖3 水質(zhì)在線監(jiān)測裝置屏幕顯示

水質(zhì)在線監(jiān)測裝置采用modbus通信協(xié)議，將數(shù)據(jù)接入熱力站自控PLC柜內(nèi)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)測熱力站水質(zhì)狀況。

太古熱網(wǎng)共在18個“二補一”熱力站，1個泵站及2個熱源廠安裝在線水質(zhì)監(jiān)測裝置，并完成遠(yuǎn)程顯示功能，可實時監(jiān)測21個“二補一”補水點的水質(zhì)狀況。在運行期啟動遠(yuǎn)程監(jiān)測水質(zhì)合格的補水點，當(dāng)監(jiān)測到啟動補水點水質(zhì)硬度過高時及時停止補水，并更換其他水質(zhì)合格補水點進(jìn)行補水。

太古一級網(wǎng)安裝在線水質(zhì)監(jiān)測裝置后，明顯降低了化驗人員化驗水質(zhì)的頻率，很大程度上節(jié)約了人力、物力資源，實時監(jiān)控“二補一”熱力站水質(zhì)情況，有效的控制太古一級網(wǎng)補水水源水質(zhì)合格，水質(zhì)硬度維持在0.44mmol/L，在線水質(zhì)監(jiān)測裝置發(fā)揮了巨大作用。

2 運行過程中使用的新創(chuàng)新

2.1 旁路凈化系統(tǒng)

太古高溫網(wǎng)運行的前兩個采暖季，發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)內(nèi)黑色粉末雜質(zhì)較多，對水泵機械密封損害較大，且容易堵塞板換影響換熱效果。為解決上述問題，擬試用循環(huán)水旁路凈化系統(tǒng)。經(jīng)過公司、廠家及施工單位多方溝通，在二號泵站系統(tǒng)I、II回水1＃除污器出口分別安裝1套循環(huán)水旁路凈化系統(tǒng)。

其工藝直接在循環(huán)系統(tǒng)回水管網(wǎng)除污器之后管道進(jìn)行旁通設(shè)置，讓系統(tǒng)雜質(zhì)以旁通形式進(jìn)入旁流凈化系統(tǒng)。經(jīng)過凈化系統(tǒng)處理后的潔凈水再流入循環(huán)系統(tǒng)，最終實現(xiàn)整體凈化。

根據(jù)長輸管線的設(shè)計參數(shù)：流量15000t/h、回水溫度50℃、壓力2.5MPa。循環(huán)水旁路凈化系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范選取循環(huán)水量的1%作為旁路凈化水量，設(shè)計參數(shù)：處理水量150t/h、耐溫80℃、設(shè)計壓力2.5MPa、過濾精度20um。

2018年10月太古熱網(wǎng)開始冷態(tài)聯(lián)動試運行，調(diào)試并啟動循環(huán)水旁路凈化系統(tǒng)，高溫網(wǎng)冷運持續(xù)5d，期間取旁路凈化系統(tǒng)前后水樣如圖4所示。可以看出過濾后的水質(zhì)較過濾前明顯清澈。

圖4 過濾前后水質(zhì)對比

高溫網(wǎng)冷運結(jié)束后，打開過濾罐，清洗過濾袋。發(fā)現(xiàn)過濾袋內(nèi)黑色雜質(zhì)較多，過濾罐底部有部分黑色雜質(zhì)，如圖5所示。

圖5 過濾后設(shè)備內(nèi)部情況

循環(huán)水旁路凈化系統(tǒng)投運至今以來，長輸管線系統(tǒng)內(nèi)部的水質(zhì)情況逐步改善。

2.2 螺旋除污器

太古供熱項目2017～2018采暖季臨近停熱時進(jìn)行了升流量試驗，當(dāng)達(dá)到設(shè)計流量時，發(fā)現(xiàn)中繼能源站板換的一級側(cè)堵塞現(xiàn)象較為嚴(yán)重，其中二車間堵塞更加明顯。2017～2018采暖季結(jié)束之后需要對堵塞的板換進(jìn)行清理，大致有50%的板換堵塞嚴(yán)重需要進(jìn)行清理，工作量十分巨大。2018～2019采暖季整體工況將達(dá)到設(shè)計狀態(tài)，為了保證中繼能源站一級網(wǎng)側(cè)板換不再發(fā)生大面積堵塞情況，使得板換能夠有較好的換熱能力，根據(jù)目前現(xiàn)有的一級網(wǎng)除污器情況，在中繼能源站板換的一級網(wǎng)側(cè)管道加裝10臺螺旋微泡除污裝置，可以起到對現(xiàn)有經(jīng)過一級網(wǎng)除污器的回水進(jìn)行二次除污器，提高一級網(wǎng)側(cè)去除各類細(xì)小顆粒雜質(zhì)的能力。

中繼能源站有兩個車間，每個車間設(shè)置了45臺板換，每三臺板換串聯(lián)為一組，每三組板換并聯(lián)為一個陣列，即一個車間有5個陣列板換，按照一個陣列加裝一臺螺旋微泡除污的方式配備。

圖6 螺旋除污器外部尺寸圖

除污器濾網(wǎng)濾芯直徑80mm，濾芯是通過18到22個7×12mm的長方形螺旋編制組成（見圖6）。在實際運行時，絲網(wǎng)編織芯體能夠起到捕捉微小顆粒和氣泡的作用。流經(jīng)除污器的顆粒和微小氣泡會被芯體捕捉到，在浮力和重力的作用下，微小氣泡上升到頂部的集氣空腔、微小顆粒下降到腔體下部的收集區(qū)域，顆粒通過下部排污閥排出，氣泡則通過上部排氣閥排出系統(tǒng)。

加裝螺旋除污器改造工程有效的緩解一級網(wǎng)板換堵塞情況，極大的改善供暖季一級網(wǎng)的換熱效率，避免因為多次拆洗板換導(dǎo)致板換壽命加速降低的情況發(fā)生。

3 結(jié)語

截止目前太古熱網(wǎng)以平穩(wěn)運行6個采暖季，熱網(wǎng)實際供熱面積已達(dá)到設(shè)計供熱面積，為十家用熱單位提供熱源，供熱面積占太原市總供熱面積的1/3，面積大，范圍廣，供熱運行參數(shù)較高，對安全穩(wěn)定運行要求高。

太古供熱項目具有強大供熱能力，致使項目的管理責(zé)任巨大。項目的平穩(wěn)運行是每一個運行人員的工作目標(biāo)。項目運行過程中，有一個參數(shù)出現(xiàn)異常都可能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會影響，水質(zhì)管理也就成為了一項重要的工作內(nèi)容。