淺析鍋爐給水及機組循環汽水智能分析儀表的應用

周根來

(華電水務工程有限公司，北京 100160)

分析儀表是電廠鍋爐給水、機組循環汽水生產過程中重要的設備，是監測機組循環汽水的水質和水處理系統設備運行狀態的離子定量分析儀表。鍋爐給水及機組循環汽水的水質會直接影響鍋爐、汽輪機的安全運行，也會影響火力發電廠的經濟和社會效益，因此電廠越來越重視鍋爐給水及機組循環汽水分析儀表。

1 分析儀表配置原則

電廠鍋爐給水及機組循環汽水分析儀表的配置依據是DL/T 5068—2014《火力發電廠化學設計規范》[1]。分析儀表的最低配置原則： 不僅能滿足分析電廠鍋爐給水的水質，還能夠監測全廠機組循環汽水的品質。因此，每個監測點不止單獨配置一種類型儀表，還有其他類型的儀表輔助。即使在運行過程中某塊儀表出現故障，還可以依靠同一取樣點的其他儀表，來判斷鍋爐給水及機組汽水的水質是否合格。

機組循環汽水系統、鍋爐給水系統分析儀表監測點的配置分別見表1和表2所列。

2 智能分析儀表通信協議

常規分析儀表只能輸出4～20 mA的模擬信號，而配有Profibus-DP總線通信接口的分析儀表不僅能輸出實際測量值，還能輸出多個狀態及驗證信號。Profibus-DP通信協議是目前工業控制系統最成功的總線協議之一，它不依懶于生產廠家，且屬于開放式的現場總線，各類自動化設備均可以通過相同的接口協議交換信息。Profibus-DP用于現場層的高速數據傳送。

Profibus-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信用于組態、診斷和報警處理。Profibus產品生產廠家會提供電子設備數據庫文件(GSD)，該文件包含I/O點數，診斷信息，波特率，參數監視等功能參數。標準的GSD數據將通信擴大到操作員控制級。使用根據GSD所作的組態工具可將不同廠商生產的設備集成在同一總線系統中。

隨著火力發電廠智能化的不斷推進，鍋爐給水及機組循環汽水系統也加快了智能化改造。因此模擬信號的分析儀表升級改造為Profibus-DP總線通信接口的智能分析儀表是未來的趨勢。

3 智能分析儀表信號

智能分析儀表集成了多個傳感器，除輸出測量值，還輸出多個設備本體及輔助設備的狀態及驗證信號，用以輔助判斷測量值是否有效。下面介紹Profibus-DP的智能分析儀表的信號種類。

3.1 測量值

測量值包括各參數相應的未經變送器處理的電極信號。常規pH計二次儀表輸出的信號為毫安值，智能pH計不僅能輸出測量值，還能輸出pH計電極原始毫伏值和樣水溫度值。

3.2 狀態值

鈉表測量所需的pH值，pH計測量樣水所需的溫度值，都可以作為狀態值，用來輔助判斷當前的樣水是否符合測量要求。

3.3 儀表設定及校準歷史

電極或者儀表的基本設定參數包括： 溫度補償曲線、電導電池常數，溫度偏置等；校準歷史包括： 儀表零點校準、斜率校準、驗證測量、離線手工取樣等操作的執行時間、記錄結果等。

表1 機組循環汽水分析儀表配置

表2 鍋爐給水系統分析儀表配置

3.4 自診斷數據及綜合報警信號

自診斷數據包括： 試劑消耗余量、陽離子置換效率、比色器皿污染程度等相關信息；綜合報警信號包括： 錯誤報警、超限報警、故障報警等。

3.5 擴展繼電器開關量信號

繼電器Relay1和Relay2所有相關輸入信息及執行動作(開關量)，如向上控制/向下控制。

4 智能分析儀表系統

分析儀表廠家可以提供1套完整的智能分析儀表應用系統方案。該系統結構如圖1所示。

通過對鍋爐給水及機組循環汽水分析儀表數據的集成，進而自診斷，自分析。系統可以分析儀表的運行狀態，診斷儀表測量結果，并且產生相應的部件故障及建議維護方案，其目的是為用戶提供指導性的維護方案，提高儀表維護水平和維護效率。該系統可以實現如下功能。

圖1 電廠智能分析儀表系統結構示意

4.1 測量值驗證

測量值是否有效會影響鍋爐給水、機組循環汽水的品質的真實性，因此測量值的有效性需要被驗證。專家診斷系統會自動定期掃描狀態值、校準歷史、儀表設定值等，告訴用戶當前測量值是否有效。

若測量值不可靠，診斷系統會給用戶提示和相應的維護指導，提示用戶關注并采取措施。

4.2 儀表維護

智能分析儀表可以設定校準周期，到期后系統自動提示需要進行相應的操作。

智能分析儀表端能產生的預警信號包括： 計算出試劑等消耗品余量值、余量不足、消耗品用完。例如硅表試劑還剩3 d的余量時，產生預警信號，給予用戶充足的時間增補試劑。系統能給用戶提供相應的處理參考方法。

4.3 數據處理

智能分析儀表將儀表末端的所有數據上傳給診斷系統數據庫，用戶利用歷史數據，制作趨勢圖，對比圖等。

4.4 設備管理

建立全廠分析儀表設備數據庫，包含儀表、電極、消耗品、備品備件等的數量，定期維護過程中更換的消耗品、電極等，及時更新設備數據庫，定期自動提示采購人員需要采購的備品備件、藥品試劑數量。

4.5 設備診斷

根據設備的維護記錄，設備的投用時間和設備使用年限，結合儀表廠家的備品生產信息，定期生成診斷報告，告訴用戶更換設備或定期更換備品備件。

5 智能分析儀表效益分析

5.1 智能儀表更安全

智能分析儀表將快速，全面化地傳送和集成信號給DCS，并根據專家診斷軟件提供參考處理意見，由此機組循環汽水的品質可以得到全方位的監控。分析儀表維護過程中無需或僅需少量人為干預，可以實現設備自我檢測、自我診斷、趨勢分析、異常報警等功能，提高了機組的安全運行。

5.2 運行更環保

傳統分析儀表運行時，操作人員通常會過量加藥來保證其正常運行。例如鍋爐給水反滲透ORP值控制還原劑的加入量，循環汽水ORP值控制加氨量等。智能分析儀表信號穩定可靠，藥劑的用量更為精準和穩定，避免了因人工操作而產生的加藥量不準確、調控不穩定和加藥時機不科學等問題，從而有效控制藥品消耗，使廢液排放指標更為合理、環保。

6 結束語

模擬分析儀表獲得的信號單一，運行人員多數依靠現場經驗并結合實際情況來判斷分析儀表運行狀態是否良好。而智能分析儀表可輸出多種信號，可驗證所獲得的測量值，提高測量值的有效性和準確率。根據現場運行實際情況預估關鍵部件的使用壽命，更加科學合理去采購備品備件，保證機組安全穩定運行的同時，提高了設備經濟運行能力。分析儀表系統監測畫面還可顯示相應的維護指令，大幅降低儀表運行維護的難度。使維護人員快速分析處理問題，大幅提高生產效率。