蒸汽余热综合利用发电工程可行性研究报告.docx
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蒸汽余热综合利用发电工程可行性研究报告
蒸汽余热综合利用发电工程可行性研究报告
1、总论
1.1项目名称
XX钢铁有限责任公司蒸汽余热综合利用发电工程。
1.2项目承办单位
建设单位:
XX钢铁有限责任公司
法人代表:
1.3可研依据及范围
可研依据:
XX钢铁有限责任公司(以下简称“XX钢公司”)“蒸汽余热综合利用发电工程可行性研究”的委托函。
可研范围:
根据委托函要求,本可行性研究范围包括:
XX钢3座70t炼钢转炉的工业蒸汽和一轧厂、二轧厂、热轧板带厂、高线厂等6座加热炉的工业蒸汽的余热利用发电。
1.4企业概况
XX钢公司位于XX市市区西南近郊,距湘黔铁路XX东站6km,有准轨铁路专线进入企业内,湖南省四大水系中资江从XX市区流过,S312省道经过XX与上瑞高速公路相连,企业内交通与市区交通网相连接,水路、陆路、铁路交通运输十分方便。
XX钢公司(前身是XX钢铁厂)始建于1958年,经过四十多年的发展,已经成为集冶金、机械、电力、房地产、贸易于一体的大型企业。
生产厂区占地230万m2,职工6120人,其中各类专业技术人员824人,固定资产46亿元。
是XX市第一、娄底市第二和湖南省前10位纳税大户。
是湖南省20强,湖南省60家重点生产经营调度企业。
全国大型企业500强,列395位,中国500强制造企业,列224位。
是冶金行业100强,全国千家节能行动企业和全省百家节能行动企业。
XX钢公司现已形成年产300万吨钢、铁、材的生产能力。
2008年,XX钢产铁208.1万吨、产钢214.2万吨、产材213.7万吨,实现工业总产值1030000万元,实现利税4.1亿元,是湖南省的大型企业和XX市的支柱企业。
XX钢公司现有工艺中,炼钢厂3台转炉蒸汽分别进入蓄热器后,压力达到1.0MPa(表)左右,总蒸汽量达到80t/h左右。
一轧厂、二轧厂、三轧厂、高线厂加热炉汽化XX却均产生饱和蒸汽,蒸汽压力0.8MPa(表),饱和温度,蒸汽流量10t/h;四轧厂加热炉汽化XX却产生饱和蒸汽,蒸汽压力0.8MPa(表),饱和温度,蒸汽流量5/h;热轧板带厂和高线厂加热炉蒸汽压力0.8MPa(表),饱和温度,蒸汽流量12t/h。
XX钢蒸汽余热综合利用情况表1-1
序号
地点
蒸汽流量
t/h
蒸汽压力
MPa
蒸汽温度
℃
工作制度
1
炼钢厂
80
1.0~1.2
饱和
连续
2
一轧厂
10
0.8
饱和
连续
3
二轧厂
10
0.8
饱和
连续
4
三轧厂
10
0.8
饱和
连续
5
四轧厂
5
0.8
饱和
连续
6
热轧板带厂
12
0.8
饱和
连续
7
高线厂
10
0.8
饱和
连续
目前转炉工业蒸汽除供烧结用10t/h外,夏季排空,冬季有2-3个月供暖使用。
6座加热炉的蒸汽暂时用来冬季取暖,几乎没有被利用。
1.5项目建设的内容
XX钢公司3座70t炼钢转炉的工业蒸汽和一轧厂、二轧厂、三轧厂、四轧厂、热轧板带厂、高线厂等6座加热炉的工业蒸汽全部回收利用发电。
1.6项目建设的必要性及有利条件
1.6.1符合国家能源政策
我国是一个能耗大国,又是一个能源缺乏的国家,节能是国家稳定持续发展的基本国策。
本项目由于综合利用放散蒸汽余热发电,是认真贯彻国家能源政策的具体体现。
1.6.2缓解了供电紧张的局面
XX地区严重缺电,特别是在电力供应紧张的季节,经常拉闸限电,严重的影响了企业的生产,对企业的经济效益造成了重大的影响。
利用放散蒸汽余热发电后,每年可向企业供电11571×104kW.h,不仅大大缓解了供电紧张的局面,还为企业的发展、经济效益的提高创造了条件。
1.6.3实现了资源综合利用
XX钢公司现有的三台转炉可产1.0~1.2MPa的饱和蒸汽约为80t/h,一轧厂、二轧厂、热轧板带厂、高线厂等6座加热炉可产0.8MPa的饱和蒸汽约为57t/h。
目前除少量烧结用汽及冬季采暖外,几乎没有被利用。
公司计划充分回收利用这部份蒸汽的余热,设置蒸汽余热发电设施,既实现了资源综合利用,节约了能源,又改善了环境,降低噪音,且不产生任何污染,做到无公害发电,是企业贯彻落实科学发展观,促进企业技术创新,发展循环经济的重大举措。
1.6.4企业协调发展的需要
XX钢公司是湖南省的大型钢铁联合企业、利税大户,又地处XX城市中心,随着国家经济的发展,企业也在不断发展。
实现生产经营与环境保护的协调发展,不但是企业发展的需要而且也是城市建设的需要,蒸汽余热综合利用工程的建设正体现了这种需要。
所以本工程的建设是非常必要的。
表1-2
项目投资汇总(万元)
项目
建筑
工程费
设备
购置费
安装
工程费
其他费用
总值
3座70t炼钢转炉、一轧厂
520
1721
395
215
3031
二、三、四轧厂
258
645
161
90
1154
热轧板带厂及高线厂
258
645
161
90
1154
合计
1036
3011
717
395
5159
1.12主要技术经济指标
经济指标
3座70t炼钢转炉及一轧厂
二、三、四轧厂
热轧板带厂及高线厂
综合
利用时间(h)
7200
7200
7200
年发电量(kw.h)
8640x104
2160x104
1980x104
12780x104
年供电量(kw.h)
7932x104
1909x104
1730x104
11571x104
厂用电率(%)
8.2
11.6
12.65
9.47
节约标准煤(万t/a)
2.7392
0.6565
0.5932
3.9895
劳动定员项目(人)
40
32
32
104
年净利润(万元/年)
2259
453
386
3161
投资利润率(%)
105.63
52.34
44.54
81.71
单位千瓦静态投资(万元/kW)
2375.83
3846.67
3846.67
2866.11
静态投资回收年限(年)(含建设期)
2.2
3.2
3.5
2.5
内部财务收益率(%)
85.62
45.5
39.55
67.65
1.13主要研究结论
根据企业的实际情况,XX钢公司的工业蒸汽的余热综合利用发电工程,每年可为企业供电11571×104kW.h,相当于节约3.9895万吨标准煤,既符合国家产业政策,符合国家的能源政策,有利于环境保护,又缓和了该地区电力供应紧张的问题,同时为企业的发展和地区经济的发展创造了有利条件。
综上所述,该工程的建设技术上是可行的,经济上是合理的,是回收节约能源,保护环境的好项目,具有良好的经济效益和社会效益,建议尽快实施。
2、热机工艺
2.1概述
⑴炼钢厂现有3台×70t转炉总产量约75炉/天,炼钢周期为30-32min,配有2台蓄热器,蒸汽总流量80t/h,汽包运行压力0.4-1.2MPa(表),蓄热器运行压力1.0MPa(表)。
目前转炉工业蒸汽除供烧结用10t/h外,夏季排空,冬季有2-3个月供暖使用。
⑵一轧厂加热炉产蒸汽流量10t/h,蒸汽压力0.8MPa(表),温度饱和。
目前蒸汽暂时用来冬季供暖,剩余蒸汽放散。
⑶二轧厂加热炉产蒸汽流量10t/h,蒸汽压力0.8MPa(表),温度饱和。
目前蒸汽暂时用来冬季供暖,剩余蒸汽放散。
⑷三轧厂加热炉产蒸汽流量10t/h,蒸汽压力0.8MPa(表),温度饱和。
目前蒸汽暂时用来冬季供暖,剩余蒸汽放散。
⑸四轧厂加热炉产蒸汽流量5t/h,蒸汽压力0.8MPa(表),温度饱和。
目前蒸汽暂时用来冬季供暖,剩余蒸汽放散。
⑹热轧板带厂加热炉产蒸汽流量12t/h,蒸汽压力0.8MPa(表),温度饱和。
目前蒸汽暂时用来冬季供暖,剩余蒸汽放散。
⑺热轧板带厂、高线厂加热炉产蒸汽流量10t/h,蒸汽压力0.8MPa(表),温度饱和。
目前蒸汽暂时用来冬季供暖,剩余蒸汽放散。
综上所述,XX钢公司目前工业产蒸汽量大,而用汽量小,大部分蒸汽放散,造成大量的能源浪费。
为了充分利用能源,回收转炉及加热炉余热锅炉所生产的工业蒸汽,本设计拟将排空蒸汽回收用于发电,做功后蒸汽XX凝回收,达到节能、减排、降耗的目的。
2.2建设规模
通过对热负荷现状分析,本工程采用凝汽式汽轮发电机组回收蒸汽。
2.2.1规模确定原则
⑴严格执行《小型火力发电厂设计规范》(GB50049-94),贯彻节约能源、节省投资、保护环境的基本原则。
⑵充分利用富余工业蒸汽发电,以蒸汽量及蒸汽压力来定发电量。
2.2.2建设规模
XX钢蒸汽回收情况见表2-1
XX钢蒸汽回收情况
表2-1
序号
地点
蒸汽流量
t/h
蒸汽压力
MPa
蒸汽温度
℃
连续性
1
炼钢厂
80
1.0~1.2
饱和
连续
2
一轧厂
10
0.8
饱和
连续
3
二轧厂
10
0.8
饱和
连续
4
三轧厂
10
0.8
饱和
连续
5
四轧厂
5
0.8
饱和
连续
6
热轧板带厂
12
0.8
饱和
连续
7
高线厂
10
0.8
饱和
连续
根据余热资源的分布及利用情况,本设计按以下三部分分别设置余热发电装置:
⑴炼钢厂及一轧厂工业蒸汽发电方案:
规模为1套12MW饱和蒸汽凝汽式汽轮发电组。
⑵二轧厂、三轧厂、四轧厂工业蒸汽发电方案:
规模为1套3MW饱和蒸汽凝汽式汽轮发电组。
⑶热轧板带厂、高线厂工业蒸汽发电方案:
规模为1套3MW饱和蒸汽凝汽式汽轮发电组。
2.3主要设备选型
2.3.1炼钢厂及一轧厂工业蒸汽发电设备
根据炼钢厂3台70t转炉余热锅炉及一轧厂所产蒸汽量,本工程选用杭州发电设备厂生产的12MW凝汽式汽轮发电机组一套。
2.3.1.1主要设备如下:
⑴凝汽式汽轮机1台
型号:
N12-1.0
进口压力:
1.0MPa(绝)
进口温度:
饱和
额定进汽量~80t/h
额定功率12MW
额定转速3000r/min
额定排汽压力0.008MPa(绝)
额定工况保证汽耗率6.67kg/kw.h
⑵发电机的选型1台
型号:
QF-J12-2
额定功率12000kW
功率因数0.8
额定电压6300V
额定转速3000r/min
⑶汽轮机厂配套辅机
汽轮机调节控制系统、空气XX却器、励磁装置、联轴器、油系统、抽真空系统及汽封系统等,由杭州发电设备厂配套供给。
2.3.2二轧厂、三轧厂、四轧厂工业蒸汽发电设备
根据二轧厂、三轧厂、四轧厂加热炉所产蒸汽量,本工程选用杭州发电设备厂生产的3MW凝汽式汽轮发电机组一套。
2.3.2.1主要设备如下:
⑴凝汽式汽轮机1台
型号:
N3-0.8
进口压力:
0.8MPa(绝)
进口温度:
饱和
额定进汽量~24t/h
额定功率3MW
额定转速3000r/min
额定排汽压力0.008MPa(绝)
额定工况保证汽耗率8kg/kw.h
⑵发电机的选型1台
型号:
QF-J3-2
额定功率3MW
功率因数0.8
额定电压6300V
额定转速3000r/min
⑶汽轮机厂配套辅机
汽轮机调节控制系统、空气XX却器、励磁装置、联轴器、油系统、抽真空系统及汽封系统等,由杭州发电设备厂配套供给。
2.3.3热轧板带厂、高线厂工业蒸汽主要发电设备选型同2.3.2。
2.4运行方式
当汽机正常工作时,蒸汽全部供汽轮机发电;当汽机不能工作时,蒸汽直接排空。
2.5主厂房布置
2.5.1主厂房布置原则
⑴符合总平面布置要求,合理设置进、出管线和联系通道;
⑵合理利用现有场地,尽可能少占地,设备布置符合系统要求,能安全、可靠地运行。
⑶保证设备安装、检修与运行维护方便;
⑷保证运行人员有良好的安全、卫生的工作条件;
2.5.2主厂房的布置
⑴炼钢厂及一轧厂发电主厂房
炼钢厂及一轧厂工业蒸汽发电主厂房采用二列式布置,分别为汽轮机间和辅助间,柱距为6.0m,总长36m。
汽机跨双层布置,运转层标高7.0m,跨度为18.0m,屋架下弦标高16.8m,吊车轨面标高14.0m,汽轮机采用纵向布置;辅助跨跨度为8.0m,总长36m,共分两层,局部三层。
一层0.0m,主要布置高、低压配电室及厂用变压器室;二层标高7.0m,为运转层,主要布置机、电中央控制室及主蒸汽母管。
在0.0m层与7.0m层之间设有管道及电缆夹层,其标高为4.0m。
⑵二轧厂、三轧厂、四轧厂发电主厂房
二轧厂、三轧厂、四轧厂工业蒸汽发电主厂房采用二列式布置,分别为汽轮机间和辅助间,柱距为6.0m,总长30m。
汽机跨双层布置,运转层标高6.0m,跨度为12.0m,屋架下弦标高12m,吊车轨面标高11m,汽轮机采用纵向布置;辅助跨跨度为8.0m,总长30m,共分两层,局部三层。
一层0.0m,主要高、低压配电室及厂用变压器室;二层标高6.0m,为运转层,主要布置机、电中央控制室及主蒸汽母管。
在0.0m层与7.0m层之间设有管道及电缆夹层,其标高为3.4m。
⑶热轧板带厂、高线厂厂发电主厂房
同2.5.2中⑵
2.6热力系统
2.6.1热力系统拟定的原则
热力系统拟定是否经济合理,对热电厂安全、经济、可靠的运行有很大的影响。
本工程的热力系统拟定的原则如下:
⑴满足发电机组运行的需求;
⑵系统安全、经济、可靠的运行,操作、检修方便;
⑶设备、管道选择布置合理、经济。
2.6.2炼钢厂及一轧厂工业蒸汽发电热力系统
⑴主蒸汽系统
主蒸汽管道采用单母管制。
运行时炼钢厂蓄热器来蒸汽及一轧厂加热炉余热锅炉来蒸汽分别向母管送汽,再由母管接出至凝汽式汽轮机。
⑵凝结水系统
汽轮发电机系统凝结水经凝结水泵送汽封加热器加热后,接至凝结水母管。
从母管接出分别送转炉余热锅炉进水水箱和一轧厂加热炉余热锅炉进水水箱。
⑶真空系统
汽轮发电机系统中由射水抽气器将XX凝器中的空气抽出。
射水抽气器由射水泵提供压力水作为抽气的动力来源。
在真空系统中,所有汽水管道上的阀门全部使用水封阀,以避免空气渗入,破坏真空。
⑷工业XX却水系统
本工程XX凝器的XX却水自成一个循环水XX却系统,XX却水由循环水泵接至发电主厂房,然后分别接至汽轮发电机的XX凝器、XX油器、空气XX却器使用后,XX却水回XX却塔XX却后循环使用。
2.6.3二、三、四轧厂工业蒸汽发电热力系统
⑴主蒸汽系统
主蒸汽管道采用单母管制。
运行时二、三、四轧厂加热炉余热锅炉所产蒸汽同时向母管送汽,再由母管接出至凝汽式汽轮机。
⑵凝结水系统
汽轮发电机系统凝结水经凝结水泵送汽封加热器加热后,接至凝结水母管。
从母管接出分别送二、三、四轧厂加热炉余热锅炉进水水箱。
⑶真空系统
同2.6.3中⑶
⑷工业XX却水系统
同2.6.3中⑷
2.6.4热轧板带厂及高线厂工业蒸汽发电热力系统
⑴主蒸汽系统
主蒸汽管道采用单母管制。
运行时热轧板带厂及高线厂加热炉余热锅炉所产蒸汽同时向母管送汽,再由母管接出至凝汽式汽轮机。
⑵凝结水系统
汽轮发电机系统凝结水经凝结水泵送汽封加热器加热后,接至凝结水母管。
从母管接出分别送热轧板带厂及高线厂加热炉余热锅炉进水水箱。
⑶真空系统
同2.6.3中⑶
⑷工业XX却水系统
同2.6.3中⑷
2.7发电热经济指标(表2-2)
XX的工业蒸汽回收发电热经济指标
表2-2
经济指标
炼钢厂
(3座70t炼钢转炉)及一轧厂
二、三、
四轧厂
热轧板带厂及高线厂
合计
蒸汽量(t/h)
90
25
22
137
小时发电量(kw)
12000
3000
2750
17750
利用时间(h)
7200
7200
7200
7200
年发电量(kw.h)
8640x104
2160x104
1980x104
12780x104
年供电量(kw.h)
7932x104
1909x104
1730x104
11571x104
厂用电率(%)
8.2
11.6
12.65
9.47
3、发配电
3.1供电电源
XX钢公司现有220kV变电站一座,容量为150000kVA;110kV变电站一座,容量为81500kVA;两变电站电源均由电力系统变引入。
另有煤气发电等,总容量为40000kW,与系统并网。
厂区现有供配电电压等级为220/110/35/10/6/0.4kV,供电系统完善,供电可靠。
3.2设计范围
本工程建设规模:
3座70t炼钢转炉及一轧厂的工业蒸汽回收的发电机组,其容量为1x12MW饱和蒸汽凝汽式汽轮发电组;二、三、四轧厂加热炉的工业蒸汽回收的发电机组,其容量为1x3MW饱和蒸汽凝汽式汽轮发电组;热轧板带厂及高线厂加热炉的工业蒸汽回收的发电机组,其容量为1x3MW饱和蒸汽凝汽式汽轮发电组。
其电气专业设计范围为:
发电机的控制与保护、发电机同期并网与励磁,6kV高压配电系统及0.4kV低压配电系统联络并网及厂用电系统的控制与保护,电气照明与防雷接地、电气消防、通讯等。
3.3电气一次
3.3.1电气主接线
⑴3座70t炼钢转炉及一轧厂的工业蒸汽回收的发电机组,其容量为1x12MW饱和蒸汽凝汽式汽轮发电组,机端电压为6.3kV。
根据小型发电厂设计规范,发电机组采用发电机组单元接线(即不设发电机电压母线),发电机出口至转炉高压配电室6kV母线段设置断路器作为发电机同期并网操作点。
⑵二、三、四轧厂加热炉的工业蒸汽回收的发电机组,其容量为1x3MW饱和蒸汽凝汽式汽轮发电组,机端电压为6.3kV。
发电机组采用发电机组单元接线(即不设发电机电压母线),发电机出口至附近高压配电室6kV侧母线设置断路器作为发电机同期并网操作点。
⑶热轧板带厂及高线厂加热炉的工业蒸汽回收的发电机组,其容量为1x3MW饱和蒸汽凝汽式汽轮发电组,机端电压为6.3kV。
发电机组采用发电机组单元接线(即不设发电机电压母线),发电机出口至附近高压配电室6kV侧母线设置断路器作为发电机同期并网操作点。
3.3.2厂用电
3.3.2.1负荷计算
本工程的负荷计算采用需要系数法,发电机系统机组自用电设备总装机容量为3470kW,计算结果如下:
⑴3座70t炼钢转炉及一轧厂的工业蒸汽回收发电机组:
装机容量Pe=1940kW(6kV装机容量1420kW)
工作容量P=1515kW(6kV工作容量1065kW)
计算有功Pj=984.8kW
计算无功Qj=738.6kvar
视在功率Sj=1231kVA
COSφ=0.8
年耗电量Wn=708×104kWh
厂用电率:
8.2%(以发电机实际发电容量为12000kW为计算基准值)
⑵二、三、四轧厂加热炉的工业蒸汽回收发电机组:
装机容量Pe=765kW
工作容量P=535kW
计算有功Pj=347.75kW
计算无功Qj=260.8kvar
视在功率Sj=434.7kVA
COSφ=0.8
年耗电量Wn=251×104kWh
厂用电率:
11.6%(以发电机实际发电容量为3000kW为计算基准值)
⑶热轧板带厂及高线厂加热炉的工业蒸汽回收发电机组:
装机容量Pe=765kW
工作容量P=535kW
计算有功Pj=347.75kW
计算无功Qj=260.8kvar
视在功率Sj=434.7kVA
COSφ=0.8
年耗电量Wn=250×104kWh
厂用电率:
12.65%(以发电机实际发电容量为2750kW为计算基准值)
⑷本工程总计算结果:
装机容量Pe=3470kW
工作容量P=2585kW
计算有功Pj=1680.3kW
计算无功Qj=1260.2kvar
视在功率Sj=2100.36kVA
COSφ=0.8
年耗电量Wn=1209×104kWh
厂用电率:
9.47%(以发电机实际发电总容量为17750kW为计算基准值)
负荷等级:
一级
3.3.2.2厂用电接线
本工程3座70t炼钢转炉及一轧厂的工业蒸汽回收发电机组循环水泵为6kV,其余所有厂用电设备的电压等级均为380V,厂用电接线方式如下:
⑴根据负荷计算结果,本工程3座70t炼钢转炉及一轧厂的工业蒸汽回收发电机组厂用电设6kV高压配电室,采用单母线不分段接线,电源引自转炉高压配电室6kV母线。
低压系统厂用电不大,故不设厂用变压器,其380V动力电源从附近低压配电室引入,二路电源采用双电源备自投方式,以保证重要负荷供电。
⑵二、三、四轧厂加热炉的工业蒸汽回收发电机组、热轧板带厂及高线厂加热炉的工业蒸汽回收发电机组厂用电均为低压380V,负荷不大,故不设厂用变压器,其380V动力电源从附近低压配电室引入,二路电源采用双电源备自投方式,以保证重要负荷供电。
3.4电气二次
⑴采用综合自动化装置,对发电机组及6kV厂用电、6kV联络线的所有电气设备进行控制、监视、保护、测量及信息处理,并具有事件顺序记录、报表打印、对外远程通信等功能,以保证该机组的安全运行。
综合自动化装置应以计算机为基础,采用技术先进可靠的开放的分层分布式结构。
⑵根据工艺要求,本工程各部分发电机系统均设控制室(机、电共用)。
设置1个电气操作站(OS)和1个电气工程师站(ES)。
⑶发电机系统、中央信号系统等公用部分的控制与保护及励磁系统、同期系统、远动及通讯系统均集中组屏,安装在控制室集中监控;联络线系统、6kV厂用电动机和6kV馈线及母联的综自单元采用分散安装,集中监控的原则。
⑷本工程设有手动及自动同期装置、可控硅自动调节励磁装置和自动灭磁装置。
3.5厂用电设备的控制
厂用电设备中,主要的380VAC低压电机由低压配电室MCC柜供电,当容量≥75kW时,采用软起动装置;阀门系统电气控制柜根据工艺布置情况均设于现场。
所有的厂用电机及阀门均由DCS监控系统于中央控制室集中监控,现场设置厂用电机供调试、检修用的机旁操作箱。
所有的厂用电机设置电动机保护装置,主要配电出线回路设置低压测控装置,由综合自动化系统组网并相互间通讯。
3.6直流电源
本工程3座70t炼钢转炉及一轧厂的工业蒸汽回收发电机组高压系统设置一套100Ah220V直流高频开关电源装置,作为直流油泵、高压开关柜操作电源及其它直流电源设备供电。
其余各发电机组利用就近车间高压配电室直流高频开关电源装置。
3.7主要电气设备选型
⑴6kV配电装置选用KYN27-12型中置式高压开关柜,配HYV1-12型真空断路器,额定短路开断电流均为31.5kA。
⑵低压配电及控制柜选用固定式GGD2型。
3.8过电压保护与接地
主厂房防直击雷保护采用屋顶避雷带,防雷接地与设备保护接地共用接地网,本工程各厂房防雷接地与附近厂房防雷接地采用多点连接,其接地电阻R≤1欧。
6kV系统除设置相应的避雷器外,所有的真空断路器均设置了防操作过电压保护装置。
低压供电采用TN-C—S系统,所有正常情况下电气设备不带电的金属外壳、金属管道及支架等均应与设备保护接地系统可靠连接。
控制室对DCS系统及综合自动化系统设置
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