朱 彬

（華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

1 爐管泄漏在線監(jiān)測裝置簡介

爐管泄漏在線監(jiān)測裝置基于聲學(xué)監(jiān)測原理。聲波傳感器采集爐內(nèi)各種背景噪聲，并將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號。信號處理監(jiān)視系統(tǒng)將采集到的信號進行傅里葉變換分析，消除背景噪聲后得到爐膛內(nèi)聲音的時域特征和頻域特征，然后經(jīng)過函數(shù)模型計算，判斷顯示鍋爐“四管”是否有泄漏現(xiàn)象發(fā)生。一旦信號處理監(jiān)視系統(tǒng)捕捉到泄漏信號，將延時跟蹤分析，待信號達到閾值后將發(fā)出報警[1]。

2 爐管泄漏在線監(jiān)測裝置的研究背景

隨著近年來發(fā)電廠鍋爐容量的逐漸增大，鍋爐承壓管數(shù)量隨之增多，鍋爐爐管所承受的壓力不斷增加。鍋爐爐管一旦發(fā)生泄漏，將影響發(fā)電機組的正常運行，甚至可能因為二次泄漏造成鍋爐本體或爐膛內(nèi)其他設(shè)備的損壞。因此，及時發(fā)現(xiàn)鍋爐爐管早期泄漏并及時處理，有利于防止機組非計劃停運，并減輕二次泄漏造成的破壞，縮短爐管泄漏的檢修工期，減輕勞動強度[2]。

華能國際電力股份有限公司上安電廠使用的鍋爐爐管泄漏在線監(jiān)測裝置選用的是GTXL型聲波傳導(dǎo)探頭加上位機顯示系統(tǒng)，因使用年限較長，探頭日益老化，導(dǎo)致信號采集周期長，抗干擾能力有限，故障率偏高。運行期間，聲波傳導(dǎo)管經(jīng)常受鍋爐內(nèi)部結(jié)焦影響發(fā)生阻塞情況，導(dǎo)致爐管泄漏時無法及時監(jiān)測到異常聲音，影響了爐管泄漏的早期發(fā)現(xiàn)，擴大了事故范圍。因此，上安電廠陸續(xù)對全廠6臺機組的鍋爐爐管泄漏在線監(jiān)測裝置的聲波傳導(dǎo)管、聲波傳感器、主機信號處理監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件進行針對性改造，使之能夠適應(yīng)目前的鍋爐運行環(huán)境。

3 爐管泄漏在線監(jiān)測裝置改進措施

3.1 總體方案

對爐管泄漏在線監(jiān)測裝置的聲波傳感器、自動除灰裝置、主機信號處理監(jiān)測系統(tǒng)等進行全面升級，使其具有與分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）通信的能力，可以實時在DCS操作員站查看爐管泄漏各項參數(shù)，切實提升泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的準確性與穩(wěn)定性，為及時發(fā)現(xiàn)鍋爐爐管問題，避免問題擴大化，調(diào)整生產(chǎn)、檢修提供依據(jù)。

3.2 聲波傳感器升級

爐管泄漏在線監(jiān)測裝置原使用的GTXL型聲波傳感器信號采集周期長，抗干擾能力有限。近年來，聲波傳感器自檢能量值不能達到報警值、探頭采集功能無法采集到爐膛內(nèi)較微弱的聲音、探頭監(jiān)聽功能無聲音傳出等問題頻發(fā)，已經(jīng)無法滿足運行人員對鍋爐受熱面管道的泄漏情況監(jiān)視的要求。

升級后的GEEBLA型聲波傳感器采集速度僅為 0.2 s，且可以有效隔離現(xiàn)場的電磁干擾和低頻干擾[3]。它具有可視化窗口，能實時顯示聲強大小；帶有電源指示功能，可在現(xiàn)場進行單通道自檢測試；核心芯片選用耐高溫、精度高材料，具有穩(wěn)定性高、使用壽命長的特點。

3.3 自動除灰裝置升級

聲波傳導(dǎo)管主要用于提取爐膛內(nèi)聲音。如果聲波傳導(dǎo)管堵灰，聲波傳感器將采集不到爐膛內(nèi)的各種背景聲音，影響爐管泄漏的監(jiān)測。爐管泄漏在線監(jiān)測裝置原使用的聲波傳導(dǎo)管自動除灰裝置，利用檢修空氣自動定期吹掃傳導(dǎo)管來起到自動除灰的效果，每一個電磁閥控制6根傳導(dǎo)管。但是，由于檢修空氣氣源質(zhì)量不好，含水量較大，鍋爐偶發(fā)正壓噴出高溫火焰及煙氣，此時傳導(dǎo)管長時間運行下會在內(nèi)壁形成塊狀凝結(jié)物，導(dǎo)致聲音提取困難。如果改用氣源質(zhì)量較好的儀表空氣吹掃聲波傳導(dǎo)管，當大量傳導(dǎo)管同時啟動吹掃時，氣源壓力波動較大，會威脅機組的安全運行，且成本較高。

本文對聲波傳導(dǎo)管自動除灰裝置進行改進。選用數(shù)顯時間繼電器、直流電機、熔斷器、220 V交流電源、24 V直流電源、與電機主軸相連的攪拌桿等，設(shè)計了自動攪拌除灰裝置。220 V交流電源、數(shù)顯時間繼電器、熔斷器等組成控制回路，其中220 V交流電源負責(zé)給時間繼電器供電，時間繼電器設(shè)置每小時接通10 s。24 V直流電源、電機、與電機主軸相連的攪拌桿、熔斷器等組成工作回路，其中24 V直流電源負責(zé)給直流電機M供電，與數(shù)顯時間繼電器常開觸點6和8連接。以其中一根聲波傳導(dǎo)管攪拌除灰裝置為例，接線示意圖如圖1所示。

時間繼電器型號選擇時主要考慮時間設(shè)定范圍、線圈電壓、觸點類型以及抗干擾能力等方面[4]。時間繼電器的觸點類型有及時通斷和延時通斷兩種?？刂苹芈肺挥陔娮娱g內(nèi)的爐管泄漏監(jiān)控機柜內(nèi)，電磁干擾弱，對時間繼電器抗干擾能力要求較低。時間繼電器時間設(shè)定范圍較大，為每小時接通10 s。鑒于以上情況，選擇延時控制精度0.05 s，采用集成電路、發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode，LED）顯示的JSS20-R型號的數(shù)顯時間繼電器。

在控制回路和工作回路中，電源導(dǎo)線的進線端接入作短路保護的熔斷器FU。當流經(jīng)熔斷器電流超過熔斷器規(guī)定電流時，斷開電路以保護工作回路中的電源安全。熔斷器額定電流約為直流電機額定電流的1.5倍。

攪拌桿選擇耐高溫、耐腐蝕性能較好的不銹鋼桿。攪拌桿應(yīng)伸出傳導(dǎo)管前端2 cm，以達到清理傳導(dǎo)管頂部鴨嘴口處積灰的目的。本文設(shè)計的攪拌桿長度為120 cm，經(jīng)測試使用效果良好。

升級后的傳導(dǎo)管具備自動攪拌疏通功能。傳導(dǎo)管內(nèi)部的攪拌桿能夠自動定期攪拌，使灰塵及焦石無法聚集板結(jié)，從而避免傳導(dǎo)管堵塞引起的測量失準，有利于聲波傳感器準確提取到需要的聲音信號，提高了爐管泄漏在線監(jiān)測裝置的準確性和可靠性。

3.4 主機信號采集系統(tǒng)及通信方式升級

爐管泄漏在線監(jiān)測裝置原使用的主機信號采集系統(tǒng)操作界面煩瑣不直觀，且不具備與第三方設(shè)備通信的能力。原爐管泄漏上位機監(jiān)視軟件基于Windows 2000操作系統(tǒng)，新型主流研華工控機不再支持此操作系統(tǒng)。當上位機主機發(fā)生故障后，缺乏必要的備件進行故障修復(fù)。升級后的智能數(shù)字爐管泄漏監(jiān)測軟件V4.0不僅優(yōu)化了人機界面，還具備與第三方設(shè)備通信的能力。本文設(shè)計實現(xiàn)了爐管泄漏上位機與DCS控制系統(tǒng)上位機通信的功能，便于運行人員在DCS操作員站實時監(jiān)控爐管泄漏能量值數(shù)據(jù)。

本文采用Modbus RTU協(xié)議實現(xiàn)DCS系統(tǒng)上位機與爐管泄漏上位機的通信。將DCS上位機作為主站，爐管泄漏上位機作為從站，在上位機上分別配置相應(yīng)的通信接口，完成通信接口的參數(shù)設(shè)置。

具體操作步驟如下：

（1）確認DCS上位機PGP server具備Modbus driver license；

（2）確認通信的串口參數(shù)，包括速率、校驗位、數(shù)據(jù)位及停止位；

（3）確認DCS與第三方通信的硬件連接方式；（4）確定DCS上位機畫面格式，繪制畫面；（5）確定通信點名、描述、遠程測控終端（Remote Terminal Unit，RTU）地址、是否報警等信息；

（6）修改注冊表，確認串口速率、校驗方式、數(shù)字位、終止位及串口名稱等信息與爐管泄漏上位機配置一致；

（7）在DCS上位機編寫標簽，并與畫面相關(guān)聯(lián)。

在上述軟硬件通信設(shè)置完成后，重啟DCS上位機并同步標簽庫至運行操作員站其他上位機，運行人員可以在操作員站隨時查看爐管泄漏在線監(jiān)測系統(tǒng)任何一個測點的實時值和狀態(tài)，節(jié)省了每天定期巡檢爐管泄漏監(jiān)測上位機的時間，便于快速便捷地發(fā)現(xiàn)鍋爐泄漏情況，大大提高了工作效率。

此次在DCS系統(tǒng)中還制作了吹灰屏蔽程序，增加了軟光字報警牌。有任意一桿吹灰器進、退信號時，鍋爐泄漏報警信號延時30 min發(fā)送至軟光字大屏。此外，吹灰屏蔽程序避免了鍋爐吹灰時吹灰器附近的泄漏探頭檢測到的能量值達到報警值頻繁報警情況的發(fā)生。

4 結(jié)語

爐管泄漏在線監(jiān)測裝置在電廠中應(yīng)用十分廣泛，可以及時發(fā)現(xiàn)鍋爐爐管早期泄漏，并減輕二次泄漏造成的破壞[5]。然而，由于設(shè)備本身、現(xiàn)場環(huán)境等，爐管泄漏在線監(jiān)測裝置的故障率仍然較高，維護量較大。本文介紹了部分解決實際問題的辦法，通過升級系統(tǒng)設(shè)備，建立爐管泄漏在線監(jiān)測系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的通信，為及時發(fā)現(xiàn)和處理系統(tǒng)缺陷提供了方便。本文提供的自動攪拌除灰裝置，有效避免了灰塵和焦石在傳道管內(nèi)壁聚集板結(jié)。升級改造后的爐管泄漏在線監(jiān)測裝置可以盡早發(fā)現(xiàn)鍋爐承壓管受熱面輕微泄漏現(xiàn)象，對避免事故擴大、合理安排檢修周期、降低人力資源消耗及大量維護費用作用明顯。