一种地热工程自动监控系统设计方法.docx

一种地热工程自动监控系统设计方法一种地热工程自动监控系统设计方法本发明公开了一种地热工程自动监控系统设计方法，地热工程自动监控系统设计方法，包括如下步骤：S1、被控地热工程系统运行的分析；S2、选取被控参数和控制参数；S3、选取测量变送单元和执行机构；S4、控制方案和控制规律的选取；S5、系统校正方法选择本发明运行费用少，节能和环保效果好，从能耗参数看出，锅炉系统虽然耗电量小，但一次能消耗量大，所以能效低，且环保效益差地热系统情况好得多，环境效应比锅炉系统将近少2／3专利说明】一种地热工程自动监控系统设计方法【技术领域】[0001]本发明具体涉及一种地热工程自动监控系统设计方法背景技术】[0002]可持续利用是地热资源开发利用中的一个重要研究课题，通过对地热井的水温、流量、井口压力、水位等动态参数的监测，使资源的开采量与补给量保持平，” [65]因此，以往地热信息自动监测系统多着力于实现智能化管理，比如区域的采补平衡和信息和收费依据的提供也正是由于上述原因，以往的地热工程的自动监测智能管理都集中监测地热井和回灌井的有关信息，用户信息基本不作为监测对象其设计思路主要集中于地热资源生产的量、质及各项动态参数以及异常情况的及时报警方面。

它是由下位机、上位机以及远程通讯系统构成[0003]本申请中所设计的地热工程的储能系统、提能系统和释能系统整体设计，一体化设计运行，并达到100%回灌率，其各个子系统可以各自独立地完成子功能，又可以有机配合提供完整且高效的总体功能该工程地上地下一体化运行特点的实现是基于地上地下一体化控制系统【发明内容】[0004]为解决上述问题，本发明提供了一种地热工程自动监控系统设计方法[0005]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:[0006]地热工程自动监控系统设计方法，包括如下步骤:[0007]S1、被控地热工程系统运行的分析；[0008]S2、选取被控参数和控制参数；[0009]S3、选取测量变送单元和执行机构；[0010]S4、控制方案和控制规律的选取；[0011]S5、系统校正方法选择[0012]所述步骤S1、S2、S3、S4和S5分配在五阶段里完成，这五个阶段分别是:[0013](I)设计任务书阶段:设计人员了解拟设计的被控工程系统各项工艺参数、技术指标和工艺流程特点及特殊要求，了解工程系统运行环境，明确系统设计目标；[0014](2)方案设计阶段:控制方案的设计是最重要的，它要求所设计的控制系统要能具有符合要求的动态和静态的特征；这要求系统在稳态时是稳定，动态特征上是要使得系统有合适的阻尼；系统对外部干扰和内部噪声具有一定抗干扰能力；当对象系统中参数变化时，对控制系统性能的影响要尽量小。

该阶段提出可选的系统方案并进行选择，确定系统结构和主要设备选型，对系统性价比进行评价；[0015](3)详细设计阶段:工程设计是在方案设计正确的基础上进行的包括仪表系列选型和计算机系统选型、传感器选型、执行器选型、各种零配件选型、控制室仪表盘及操作台设计、计算机控制软件及其组态设计、越限报警和连锁保护系统设计等；该阶段需要对系统功能进行划分并进行相应硬件和软件设计；同时需要对系统辅助系统进行设计，并对系统离线调试进行评价；[0016](4)现场安装调试:安装系统并现场调试，调试，对每个调节器的比例系数、积分时间、微分时间都要做出整步调整，到系统运行时，对这些调节器参数作进一步调整；[0017](5)资料归档:整理自动控制系统建设中所有资料，分类编码归档[0018]本发明运行费用少，节能和环保效果好，从能耗参数看出，锅炉系统虽然耗电量小，但一次能消耗量大，所以能效低，且环保效益差地热系统情况好得多，环境效应比锅炉系统将近少2/3【专利附图】【附图说明】[0019]图1为本发明中地热储能系统的结构示意图；[0020]图2为本具体实施中能耗的对比图具体实施方式】[0021]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明[0022]本申请中的地热工程系统由四个部分构成，分别是储能子系统、提能子系统、释能子系统和运行监控子系统是一种在采、灌平衡条件下建立的可再生、可持续利用的能源系统地热工程利用储能技术，实现了“冬能夏用、夏能冬用”，；一套设备，两种工况，冬季供热，夏季制冷；系统高效节能、经济实用，投资与运行都比常规水源热泵方案大为节省[0023](I)储能系统:通过保存的经过能量提取和置换的水源水，以保存由地面带入地下的热量和冷量做为系统来年运行的冷热源由储能层、储能井和水质处理设备构成[0024](2)提能系统:利用水源热泵机组将水源中所包含的能量(热量和冷量)采集出来，送到释能系统加以利用由热泵机组、水源水管道系统、循环水输水管道系统和热交换设备构成[0025](3)释能系统:将提能系统提取的能量传递到需要的场合它由空调水循环设备和末端能量释放设备构成[0026](4)监控系统:由系统各个技术关键部位的温度、流量、压力传感器、微处理器和计算机中心系统构成，专门监测记录系统运行的有关数据，以供系统运行效果分析，为后期运行方案确立提供依据，为以后的优化设计提供基础数据。

[0027]地层储能系统构成[0028]地层储能系统由储能井(储冷井和储热井)、储能层与水质处理设备构成[0029]I)储能井[0030]储能井要兼作回灌和开采两用，要承受采、灌两个方向的压力，因此，储能井的结构需要满足以下几点要求:[0031]a.井壁管采用抗压、抗剪、防腐、防渗和无毒的管材井管之间的丝扣接头需事先用再生胶布或者麻丝白漆缠绕，以防止灌水过程中漏水[0032]b.滤水管选用缠有铜丝的钢管滤水管，即在打孔钢管外加焊垫筋缠绕的铜丝，再焊接压条和压箍，以增加滤水管的抗压强度滤水管的缠丝间隙按照含水颗粒级配资料确定，一般细、中砂含水层为0.75?10mm采用笼壮滤水管结构，可以增加井的单位回灌量和出水量，延长井的使用年限，对压力回灌尤为适用[0033]c.沉砂管底部设置在含水层底板处，以防止管井下沉[0034]d.填砾层对灌、采井的使用寿命有较大影响，增加填砾层高度和厚度，不仅有利于减小水力坡度，避免产生纹流，而且可以防止采、灌水过程中因填砾层压密而下沉产生“跑砂”现象储能井宜采用“鼓形井”和补砂管结构[0035]2)储能层[0036]储能层可以使用承压含水层和潜水含水层[0037]承压储能层借助于储能井的输送，将冷水或者热水储存于地下含水层，用于储能的承压含水层，应该具有以下特点:[0038]a.含水层分布平缓，具有一定透水性，地下水流速度缓慢；[0039]b.含水层厚度大，空间分布广；[0040]c.含水层地温梯度无异常，温度变化小；[0041]d.含水层上下隔水层分布稳定，隔水和保温性能良好；[0042]e.含水层地下水不含腐蚀滤管的有害气体和化学成分；[0043]f.含水层储能以后，不能引起区域性热污染和地面沉降等有害地质问题。

[0044]承压水回灌问题比较复杂，天津开展的研究项目中，一采一灌模式回灌效率往往不是太高，难以有100%的效率[0045]根据何满潮教授近期地热项目研究成果和工程实践表明，采用埋深比较大，温度相对稳定的潜水层作为储能层，在地层条件比较好(卵砾石、砂砾石)的地区，回灌率可以达到100%由于储能层上部没有盖层，温度场和流场的变化不同于承压层的情况，但工程实践表明，潜水层作为储能层是可行的[0046]3)水质处理设备[0047]回灌技术是储能技术的关键技术，地面水质处理工艺是回灌顺利的保证，地面水质处理工艺应根据储能层和水质情况设计，一般用于解决物理堵塞和气体堵塞的设备有过滤器、排气灌、氮气保护、加压泵、除砂器[0048](2)地层储能系统分类[0049]储能系统按照井的布局，分为单井储能系统、对井储能系统和多井储能系统按照储能层与采能层的相对关系分为同层储能系统和异层储能系统[0050]I)单井储能系统[0051]同一井既采又灌，采灌同时进行，这样的储能井系统称为单井储能系统其储能层与米能层一般不在同一个含水层[0052]单井储能系统通过隔板把取热井分成两部分，一部分是低压(吸水)区，一部分是高压(回水)区。

当潜水泵运行时，地下水从低压区被抽至井口换热器中，与热泵换热，再由同井返回到储能区，储存能量，待下一季，低压区与高压区互换该储能系统抽水和储能在含水层同一径向位置不同深度处同时发生相对于传统的多井储能系统，该系统称为单井储能系统[0053]恒温含水系统，绝大多数呈多层性，开采这类含水系统的地下水，除非邻层水质不符合要求，否则一般采用混合井开采地下水目前，但对于混合井抽水回灌机理，模型及模拟方法的研究还很不够[0054]单井储能系统地上占用更少的场地，减少水井数量，节省初期投资但是，由于同井采、灌冷热水隔离技术的问题，单井储能系统的运行中常常出现冷热水温度混合，使得运行效果不良，因此比较少用[0055]2)对井储能系统[0056]根据地质条件布设两个钻井，一个井为储热井，一个井为储冷井，根据水文地质条件储热层与储冷层可以在同一个含水层(对井同层储能系统)，也可以不在同一个含水层(对井异层储能系统)选择合适的井距，在适宜的含水层、盖层和底板条件下，对井储能效果是最为理想因此，在设计储能系统的时候，要尽可能寻找合适的地质条件的含水层，以实现一采一灌的理想储能系统实际工程多数境况下都是由于回灌效果不佳导致无法建立一采一灌的储能系统。

[0057]对于对井储能系统而言，储能井的井间距和储能层选择、井的施工、回灌效果都是影响储能效果的重要因素，每个工程中都需要专门论证[0058]3)多井储能系统[0059]多井储能系统分为一米多灌储能系统和多米一灌储能系统[0060]一采多灌储能系统是由于回灌效果不佳，无法实现一采一灌，需要用更多的回灌井满足100%回灌的要求，出现这样的情况往往是由于地质条件或者回灌技术的制约显然，一采多灌的方式对于储能利用是不利的，一个冬季的采储过后，夏季里，同样只能是一采多灌，能够提取的，只能是众多回灌井中的一个井中储存的冷能，其他井中储存的冷能则由于灌入夏季的热能而被消减，甚至完全中和了随后的冬季采能效果也是一样的而且，一采多灌储能系统中，由于只能确定两个井位储热井和储冷井，其他多数井都可能是既储热又储冷的，因此就其设计而言，也无法达到比较理想的状态[0061]这样看来，要尽可能避免使用一采多灌的不良储能系统其关键就是回灌技术水平的提闻[0062]多采一灌储能系统是由于采水效果不佳，无法满足工程需要，或者，找到了好的回灌层位，回灌效果非常好，可以保证多个采水井的尾水100%回灌这样的情况回灌效果好，能够节约回灌井的数量，从而达到节约投资的效果，但是，储能层一般储水效果不是很理想，需要避免灌入的流体的流失。

因此需要尽量寻找储水效果好的储能层理想状态下，如果回灌井灌入的某种温度的水在接下来的采能季节采出以后足够使用，则出现一采多灌的组合了一般来说，应该对于具体工程的单井储能效果作详细地分析，比较对井储能节约的运行费用和打井投资费用，确定合适的采灌井比例[0063]4)群井储能系统[0064]一个区域内多个开采井和多个回灌井同时运行的储能系统这样的储能系统是地热规模开发的前提，也是地热利用工程广泛应用的基础地热的广泛应用势必面临有限的区域内需要大量的集中供暖制冷的情况，这样就必须考虑储能井群采群灌的效应下，储能层的流场和温度场均处于动态的变化规律和动态平衡条件的，以。