基于虛擬現實的鍋爐受熱面狀態評估系統研究

張大勇　倪永中　梁梓鈺

摘 要：對鍋爐受熱面管道的狀態進行評估從而制定合理的維修計劃，對于提高鍋爐運行的安全性和經濟性有重要的作用。文章介紹了一個鍋爐設備的狀態評估系統，系統結合在線數據和離線數據的分析，給出鍋爐受熱面的風險等級，在此基礎上指導檢修，并將受熱面管道的實時狀況通過三維可視化技術直觀清晰的反映出來，從而達到狀態檢修的目標。

關鍵詞：虛擬現實；壽命計算；壁溫預測；風險性評價

1 概述

燃煤電站的非計劃停運主要是由鍋爐引起[1]。鍋爐“四管”的防磨防爆管理與評估工作，對火電廠的安全經濟運行至關重要，據統計，我國大型火電站鍋爐四管爆漏引起的停爐占機組非計劃停用時間約40%，占鍋爐設備非計劃停用時間約70%[2]。傳統的“四管”檢修完全是一種計劃檢修模式，浪費大量的人力和物力，同時無法對長期數據進行綜合分析，建立管道的劣化趨勢[3]。因此，如何利用現代化的測量和分析技術，建立受熱面管道的狀態評估檔案，對于鍋爐的安全、經濟運行具有重要意義。

要想有效的預防和減少受熱面的失效，就需要實時的了解受熱面管子的情況，通過鍋爐受熱面檢修信息，分析受熱面管損傷程度及其隱患，從而進行有效的預測和控制[4]。文章在離線監測和在線分析的基礎上，通過一定的數學方法進行壁溫計算和蠕變壽命分析，然后結合檢修信息等對受熱面進行綜合的狀態分析，由分析結果可以直觀的看出管道受熱面的風險等級，便于制定合理的維修計劃。同時，建立電廠的三維模型圖，將受熱面的狀態信息等與三維模型鏈接，利用虛擬現實技術使用戶能夠更加直接直觀的獲得所需要的信息，對于檢修人員的工作有很大的幫助。

2 系統概述

虛擬現實作為一個高新技術現已得到廣泛的應用，在軍事、醫學、教育等方面已經體現出它巨大的作用，但是在電力行業的應用還處于初步階段，有待發掘它更大的用處。尤其在發電企業中，目前只有在對員工的教學培訓方面對虛擬現實技術的應用得到了較明顯的效果，而電廠的三維模型也只是用來提供漫游功能和仿真。由于虛擬現實技術的虛擬性和理想型，而電廠又是相當復雜且相對不太穩定的整體，這就使虛擬現實在電廠實際運行中的應用有相當的難度，讓3D模型更加的切合實際是更大程度發揮虛擬現實技術的重要手段。

本系統是一套面向鍋爐設備的管理系統，系統構建了虛擬現實平臺，設備的信息、運行參數等實時傳送到平臺與對應的3D模型相關聯，用戶通過互聯網可以隨時隨地查閱所需的設備信息，同時可以通過三維模型清晰直觀的看到鍋爐設備的運行狀態以及出現問題的地點，從而快速有效地進行相應的反應。

系統包含鍋爐設備管理、三維模型、檢修管理、壁溫預測、壽命評估五大模塊，涉及20多個功能點。通過設備管理模塊，以樹狀的菜單形式展現設備信息，為鍋爐設備管理提供便捷的工具；通過檢修控制模塊，規范化電廠鍋爐防磨防爆檢修過程；通過檢修管理模塊，導入檢修中的EXCEL記錄，分類統計記錄數據，規范記錄單模板、加強過程管控；通過壁溫預測模塊可以在壁溫測點的基礎上，進行熱力計算，得到鍋爐內部受熱面的溫度和超溫情況，增強了對鍋爐管超溫的監控； 通過壽命預測模塊，可以計算管道的實時壽命損耗，指導檢修過程。通過三維圖形模塊，以三維圖的形式展現鍋爐設備，使防磨防爆檢查工作更加直觀快捷。

系統框架如圖1，系統的數據來源主要有在線測量和離線監測的數據，在線測量數據為鍋爐壁溫計算提供原始數據，最后分析得到的受熱面狀態信息通過WEB服務器發布的SIS網絡中。

3 主要模塊

系統除了用戶管理模塊、數據導入導出模塊和報表模塊等，其核心模塊包括：設備臺帳、三維模型、壁溫計算、蠕變計算和風險分析模塊。

3.1 臺帳模塊

設備編碼管理是整個系統各個模塊之間交流信息的紐帶，通過編碼可以得到設備的所有信息，針對鍋爐不同位置的管道和檢修過程中檢修規則，對鍋爐進行區域劃分，并進行編碼。編碼管理要提供查詢、編輯、添加和刪除功能。

系統采取分級編碼格式，通過設備的相互層次建立設備之間的關系，通過設備名能夠基本了解設備的大致信息，如GL1-SLB表示1#鍋爐水冷壁，GL1-ZRQ表示1#鍋爐再熱器，GL1-ZRQ-DZLD-053-006表示#1爐低再冷段第53排第6根；

4 結束語

文章介紹的鍋爐管理系統就是一個實施的方案，同時，系統采集在線和離線數據，用適當的數學方法處理進行壁溫計算和壽命評估，再通過對檢修歷史數據的分析進行設備風險性的評價，從而從各方面輔助檢修方案的制定，是對由傳統的計劃檢修向策略性維修轉變的探索。如內蒙古岱海電廠目前已存儲了五年的設備數據，使得電廠在超溫、壽命計算以及風險性評估方面取得了良好的效果，同時也對設備損傷趨勢的分析產生了很大的幫助。

由于現有技術的限制，系統中的一些功能還有待完善，如何使三維立體模型更加細致形象，信息交換的實時性和準確性，對各項重要指標的精確監測，金屬材料的研究和試驗，評估和預測的有效性以及系統在電廠中的應用都將是以后一段時間內努力研究的方向。

參考文獻

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