熱工儀表中的自動化控制及其應用

(山西京玉發電有限責任公司,山西朔州 037200)

0 引言

伴隨技術進步,熱工儀表的功能性有很大提升,而且熱工參數的獲取也更為準確、高效,特別是熱工自動化技術的應用,提高工業生產智能化管控水平。在生產運行中,熱工儀表是不可或缺的,借助線纜通信,構建出熱工儀表自動控制系統,在熱工系統狀態監測與控制中發揮關鍵性作用,下面將就此展開詳述。

1 熱工儀表自動化簡述

在工業生產中,為獲取到準確的壓力、溫度、流量等設備工藝狀態,通常設計有熱工儀表系統,其包含有多種功能性表計、校驗等裝置,如管路儀表、熱工信號校驗儀、程控儀等,而且各裝置間由通信電纜相連,在生產控制中作用顯著。同時,電子信息、自動化技術與熱工儀表的融合,使其更具技術性及智能化特點,熱工儀表功能及設計也更加精密,在進行設備檢測及狀態識別時,熱工儀表基本可實現自動、精確、智能控制,熱工參數的獲取也更為高效、可靠,不僅可對設備及工藝異常進行及時精準反饋,而且熱工儀表還具有自適應功能,使工況處于可控范圍。在安全、經濟、高質量生產中,熱工儀表自動化應用,發揮著關鍵性作用,應予以重視。

2 熱工儀表自動化控制功能

2.1 分散控制系統(DCS)

在實際應用中,要想實現熱工儀表的自動化控制,通常會設計為DCS模式。針對各生產工序,將其熱工儀表以計算機局域網來實現互聯與控制,進而構建出網絡化的DCS控制系統。因其處理器是分散布置的,往往存在于熱工儀表現場,較好的彌補集中控制下的系統隱患,即使有單個處理器故障,熱工儀表DCS系統整體仍能可靠運行。同時,通過構建DCS系統,可有效控制系統規模,減少熱工儀表通信電纜成本投入,經濟性較好,而且還能靈活擴展熱工儀表系統。

2.2 自動控制及調節功能

在熱力系統中,其自動調節功能的實現,還需借助熱工自動化技術,而且熱力設備的溫度、壓力等參數,在經熱工儀表獲取后,還可作為系統控制調節的輸入。以電廠熱力系統為例,熱工自動控制的應用集中在幾點范圍[1]:

(1)機爐協調控制,在發電單元模塊中,通常汽機與鍋爐是相對應的,要想穩定機爐發電狀態,應對其進行統一調控,基于熱工儀表構建起協調控制系統,可有效降低機爐狀態變化影響。(2)燃燒系統,在機組運行中,燃燒系統控制與發電功率關系密切,可通過熱工儀表自動控制實現對燃燒系統溫度、壓力等關鍵參數的調控。(3)主汽壓力系統,當涉及到水溫控制時,也需利用熱工儀表,并且采用模糊控制方法,能夠顯著提高主汽調節功能,對熱力系統運行作用顯著。

2.3 熱工測量功能

在熱工儀表系統中,熱工測量是其基礎性功能,也是熱工自動化技術的實現的根本保障,其測量對象涉及壓力、流量等多種熱工參數,具體內容[2]:

(1)流量。在進行該類熱工儀表設計時,主要是基于壓差原理,通過利用節流裝置完成對流量的測量任務,能夠較好的減少流量誤差,并且還有較高的熱工參數測量精度。(2)壓力。在熱工儀表裝置中,主要是借助壓力傳感裝置,在應變作用下,能夠準確獲取熱力系統壓力參數,進而實現對壓力的監測與控制。(3)溫度。這也是熱工儀表的主要測量對象,借助其內部傳感器件,熱力系統中的溫度能夠以真實、精確的數據進行呈現。(4)液位。在工業生產中液體介質有較多應用,而為有效監測液位變化,通常需借助液位傳感裝置來保障熱工測量準確性。

3 熱工儀表自動化設備安裝

要想保障熱工儀表功能的穩定性,必須要掌握其設備、表盤、管線等安裝要點,減少安裝失誤的發生,確保熱工儀表使用安全性及功能穩定性,具體安裝要求如下[3]:

3.1 設備和表盤安裝要點

在生產現場,熱工儀表的安裝要與設計相符,在明確安裝位置的基礎上,需就熱工系統整體構造加以分析,并梳理好現場設備,掌握熱工儀表安裝相關設備數量及類別,還要完成熱工儀表的現場校驗工作,杜絕質量、性能不達標的儀表設施,做好安裝準備工作。同時,考慮熱工儀表的設計功能,需借助定值測試的手段,來分析其儀表性能可靠性,并且只有通過相關測試,相應的儀表設備方可用于熱工系統安裝,這也是系統獲得功能穩定性的基本要求。此外,安裝工藝的選擇,也對熱工儀表有重要影響,要知道自動化儀表的安裝,往往對工藝合理性較為敏感,一旦出現接線混亂等問題,將會降低熱工儀表使用性能,也會加大維護難度,所以須對熱工儀表設備安裝工藝可行性加以校驗,并針對性進行改進,以保證儀表設備及表盤安裝可靠性。

3.2 管線鋪設和配線安裝

熱工儀表在安裝時,要想滿足其對測量、電源供給及信號傳輸要求,需要合理安裝各類管線、配線等。而且考慮到熱工儀表管線布線較為復雜,如何準確的走線、布線,關系著熱工儀表安裝效率及經濟性,為此,應當做好儀表管線設計工作,需對熱力系統現場調研,分析管線鋪設方案可行性,以免因此而出現熱工儀表安裝返工問題。除了環境因素外,當涉及到熱工儀表管線、配線鋪設時,還需從維護、檢查便利性考慮,合理規劃管線布局,優化其最終呈現效果。而且,還要提高儀表接線工藝水準,使熱工儀表接線更為可靠、安全。同時,考慮磁場干擾因素,在進行熱工儀表安裝時,不僅要做好設備本體隔離,還要在管線布設時,盡可能遠離生產現場的高干擾區域,確保熱工儀表性能穩定性。

3.3 做好管路吹掃及儀表調試

在實際使用中,儀表調試往往是熱工儀表自動化設備安裝的基礎性工作,可使其處于高精確的運行狀態,而且管路吹掃也是熱工儀表持續運行的保障,為此,應提高對調試、吹掃等安裝工序的重視。由于熱工儀表的應用對象,往往是高溫、高壓的管道等熱力設施,所以在安裝時,要在正常工作狀態下進行儀表調試,滿足其今后使用要求。待完成儀表調試工作,還需進行生產工藝分析,研究單體儀表狀態的對應關系,驗證監測數據的完整性,使儀表更加可靠安全運行。

3.4 熱工儀表系統試運行

對于企業來講,熱工儀表自動化控制系統在投運前,還需在系統整體安裝的基礎上,充分進行試運行工作,以檢驗熱工系統可靠性。具體操作流程如:(1)單體系統的檢測,需保證在生產系統運行狀態下,對熱工儀表入口參數準確性加以校驗,分析其功能是否健全且精確。(2)較大容量的機組,熱工系統試運行工作重點不僅在于關鍵性的熱工參數,還需驗證其聯動控制功能,以免出現熱工儀表失控風險,使熱工儀表遠程控制更為可靠。(3)要注意熱工系統聯動試運行,應當更替進行遠方與就地操作,按要求投入壓力、控制等儀表,全面檢測儀表系統,為自動控制功能實現奠定基礎。

4 熱工儀表自動控制應用要求

4.1 重視設備檢修與維護

在實際生產環境中,基于自動化技術的熱工系統,其本身需要長期不間斷運行,再加上復雜、惡劣的工作條件,熱工儀表系統故障往往是必然的結果,要求迅速進行故障定位,并制定熱工系統檢修方案,使其發揮正常的儀表及控制功能[4]。

(1)要進行故障狀態分析,要結合化工儀表運行數據,研究對比其故障前后數據異常情況,然后在分析儀表設計圖紙及安裝記錄的基礎上,根據其系統自身定位情況,盡快的找出故障儀表,并確定基本的檢修思路。而且在運行維護中,熱工儀表系統會留存大量的運行數據,可將其作為故障研判的依據。(2)要重點就其故障參數加以分析,在熱工儀表實際使用中,其所呈現出的參數曲線往往是有正常波動范圍及變化規律的。而若監測到有明顯的儀表參數異常,則可確定熱工儀表有故障發生。參數評定是熱工儀表故障研究的重要手段。在實際使用中,DSC儀表故障、死線等問題也較多出現,需要結合運行參數及故障形式加以判別。若儀表參數波動喪失規律性,而且無法加以控制,則較大可能出現工藝性故障。若負責溫度監測的熱工儀表在參數獲取上存在滯后,需重點就其變送裝置、熱電阻等加以檢測。

4.2 系統誤動、拒動問題防控

熱工儀表在長期使用中,可能因DCS系統異常或者電纜故障而出現儀表誤動、拒動等問題,會嚴重破壞生產穩定,為此,需重視熱工系統誤動、拒動問題防控,主要從兩方面入手:

(1)改進DCS系統設計。經應用實踐可知,熱工系統誤動的一大原因便是,DCS系統端子板在使用中出現保險熔斷而未及時更換,所以要在DCS系統設計增添信號反饋回路,及時掌握電流異常。不僅如此,拒動問題也對熱工系統有較大危害,主要原因在于不穩定的電流輸入信號。要想發揮熱工系統保護及控制功能,便要預防拒動問題,需改進其電流回路,使其具備信號質量檢測功能,若有較差信號出現,可通過信號質量檢測加以獲取,將其斷開便不會干擾到熱工儀表動作,系統拒動問題將得以避免。(2)加強電源及電纜維護。在熱工系統中,電源或電纜故障,也會引發誤動問題,為此需要加強其管理,要求如:1)在機柜安裝中,要控制好模件數量,盡可能僅帶單個模件,而且作為機柜而言,要結合其供電電源容量,合理配置機柜電源,以免超出容量限制。2)做好輸出電壓檢查工作,以免電源模件電壓低于限值,對于電壓不穩定的電源模件需予以更換。3)對于電纜與電源接頭部分,因常有超溫問題,也需作為重點檢查對象,如有異常需加以緊固,以免因此而導致熱工儀表誤動。

5 結語

綜上所述,自動化技術與熱工儀表的深度融合,不僅是技術發展必然結果,更是現代工業發展的需要。所以,應重視熱工自動化技術,使其在熱力系統監測、控制中有更好應用效果,通過完善熱工儀表自動化控制功能,規范熱工儀表設備安裝,掌握熱工儀表檢修、故障分析要點,實現熱工系統效能的穩步提升。如今,熱工儀表已呈現出智能化發展趨勢,更多的智能儀表實現了實用化,帶來更高的經濟效益。