基于DCS的YG-240鍋爐汽水系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)

（中鋁山東工程技術有限公司，山東 淄博 255052）

1 概述

汽水系統(tǒng)作為鍋爐水汽轉(zhuǎn)換及輸送的重要單元，長時間在高溫高壓環(huán)境下工作，受高溫腐蝕及煙氣磨損的影響，汽水系統(tǒng)極易發(fā)生故障，是鍋爐安全運行的薄弱環(huán)節(jié)，且這些事故往往非常突然，且對設備本體具有一定的沖擊破壞性，本文通過分析影響汽水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的各種元素，并通過故障樹分析方法研究汽水系統(tǒng)故障機理，應用廣義故障樹框架結構建立了基于故障樹的故障診斷系統(tǒng)。最后，利用VB，MYSQL等開發(fā)工具開發(fā)出基于故障樹的故障診斷系統(tǒng)軟件，該軟件具有可靠性、實時性、預警性以及可擴展性等特性。

2 工藝流程

2.1 工作流程

YG-240/9.8-M1鍋爐的工藝流程如圖1所示。

圖2簡要的概括了鍋爐汽水系統(tǒng)的工藝流程。鍋爐給水經(jīng)給水泵升壓后先進入省煤器，在省煤器中與煙氣進行熱交換后進入汽包，然后沿著下降管、下聯(lián)箱、水冷壁的路徑在爐膛內(nèi)部接受輻射熱，形成汽水混合物后進入汽包。汽包中的汽水分離器將汽水混合物分離，水留在汽包水容積中與不斷送人的給水一塊經(jīng)下降管進入水冷壁受熱后再次進入汽包，如此反復，形成水循環(huán)。有引出管將汽包內(nèi)的蒸汽引出，進入鍋爐過熱系統(tǒng)，經(jīng)低過、屏過、高過加熱到額定溫度后送至汽輪機中做功[1]。

圖1 YG-240/9.8-M1鍋爐的工藝流程圖

2.2 影響汽水系統(tǒng)故障的因素

鍋爐汽水系統(tǒng)的故障通常都發(fā)生在鍋爐受熱面上，另外汽包及給水系統(tǒng)的故障雖沒有受熱面常見，但這些部位一旦發(fā)生故障，很容易造成鍋爐停爐。因此汽水系統(tǒng)故障診斷主要圍繞這些鍋爐部件的故障現(xiàn)象來進行分析，表1歸納總結了常見的鍋爐汽水系統(tǒng)故障現(xiàn)象及形成原因。

表1 鍋爐汽水系統(tǒng)故障列表

圖2 鍋爐汽水系統(tǒng)流程圖

3 故障樹診斷法及其特點

3.1 故障樹診斷法的定義

故障樹診斷法（簡稱FAT）對系統(tǒng)故障所發(fā)生的總體原因進行細化，并按照邏輯關系將所有細化原因排列成樹狀結構，通過對樹狀結構的分析確定導致故障發(fā)生的各種因素組合及發(fā)生概率，非常適合在實際的工程系統(tǒng)中使用。

3.2 故障樹的建立

通常故障樹建立的步驟為：系統(tǒng)定義、建立故障樹、定性估計、定量估計。針對鍋爐汽水系統(tǒng)建立故障樹，具體步驟如下：

（1）研究汽水系統(tǒng)的結構功能、工作流程、運行參數(shù)。

（2）統(tǒng)計整理汽水系統(tǒng)以往發(fā)生的故障，對未發(fā)生但有可能發(fā)生的故障進行預測，綜合這些故障進行重新定義。

（3）分析故障形成的原因，針對汽水系統(tǒng)不同部件的設計、制造、安裝、運行工況進行故障分析，同時外部環(huán)境因素及人為因素也應一并進行綜合分析。

（4）收集系統(tǒng)各故障發(fā)生的概率數(shù)據(jù)。

（5）選定汽水系統(tǒng)中最常見且對鍋爐穩(wěn)定運行影響最大的故障狀態(tài)作為頂事件，并建立故障樹。

（6）對故障樹結構作定性分析。應用布爾代數(shù)法則對故障樹進行化簡；對故障樹進行最小割集和最小路集運算；對故障樹中的各事件做重要度分析，確定各事件對其頂事件的影響程度，從而對各事件所代表的部件對整個系統(tǒng)的重要程度有了定性的認識。

（7）對故障樹結構進行定量分析，比對根據(jù)最小割集和最小路集計算出的頂事件發(fā)生概率，若超出預期，則采取可靠措施降低頂事件的發(fā)生概率。

（8）綜合考慮技術、價格等條件，對預防事故發(fā)生提出并采取可靠措施。

4 系統(tǒng)設計

4.1 系統(tǒng)設計思想

①實時、可靠、準確。②實時性。③可靠性。④預警性。⑤可擴展性。

4.2 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

本故障診斷系統(tǒng)基于WindowsXP為操作系統(tǒng)，以Visual C++6.0為開發(fā)工具。Visual C++，是以C++語言為基礎的開發(fā)Windows環(huán)境程序，面向?qū)ο蟮目梢暬删幊滔到y(tǒng)。它不但具有程序框架自動生成、靈活方便的類管理、代碼編寫和界面設計集成交互操作、可開發(fā)多種程序等優(yōu)點，而且通過的設置就可使其生成的程序框架支持數(shù)據(jù)庫接口、OLE2.0，WinSock網(wǎng)絡、3D控制界面。

本系統(tǒng)采用MYSQL數(shù)據(jù)庫對系統(tǒng)知識庫進行組織和管理，診斷程序通過調(diào)用DCS數(shù)據(jù)存儲中的實時數(shù)據(jù)，經(jīng)過OBDC方法與數(shù)據(jù)庫進行交互，故障診斷程序通過分析監(jiān)測到的DCS實時數(shù)據(jù)，利用知識庫中的相關知識及推理機制對系統(tǒng)進行診斷，并將診斷結果在診斷界面顯示出來，同時給予運行人員相應的故障處理建議。整個診斷系統(tǒng)的基本結構如圖3所示：

圖3 診斷系統(tǒng)基本框架

4.3 系統(tǒng)界面介紹

本系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)主參數(shù)、運行故障診斷單元、診斷結果輸出三個界面。

鍋爐系統(tǒng)主參數(shù)界面監(jiān)控鍋爐主要運行參數(shù)，通過采集DCS信號，實時反映鍋爐整體運行狀態(tài)，故障診斷系統(tǒng)診斷單元對生產(chǎn)過程中所采集的數(shù)據(jù)進行預處理，同時采集DCS的故障信息，運用基于故障樹的故障診斷技術對汽水系統(tǒng)進行自動診斷。

系統(tǒng)診斷完成后，將在診斷輸出界面將診斷結果顯示出來，界面包含有主要故障征兆狀態(tài)，并給出操作人員操作指導建議。

鍋爐汽水系統(tǒng)故障診斷單元界面如圖4所示。

5 小結

通過運用VC語言及MYSQL數(shù)據(jù)庫對系統(tǒng)進行了初步開發(fā)，采用基于故障樹的故障診斷推理機制，使得故障樹理論與故障智能診斷有機結合，很好的實現(xiàn)了狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷功能，實現(xiàn)了鍋爐汽水系統(tǒng)的智能診斷。

圖4 故障診斷單元界面