鍋爐爐管泄漏在線監測裝置的應用與改進

朱 彬

（華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

1 爐管泄漏在線監測裝置簡介

爐管泄漏在線監測裝置基于聲學監測原理。聲波傳感器采集爐內各種背景噪聲，并將聲音信號轉換成電信號。信號處理監視系統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聲音的時域特征和頻域特征，然后經過函數模型計算，判斷顯示鍋爐“四管”是否有泄漏現象發生。一旦信號處理監視系統捕捉到泄漏信號，將延時跟蹤分析，待信號達到閾值后將發出報警[1]。

2 爐管泄漏在線監測裝置的研究背景

隨著近年來發電廠鍋爐容量的逐漸增大，鍋爐承壓管數量隨之增多，鍋爐爐管所承受的壓力不斷增加。鍋爐爐管一旦發生泄漏，將影響發電機組的正常運行，甚至可能因為二次泄漏造成鍋爐本體或爐膛內其他設備的損壞。因此，及時發現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測裝置選用的是GTXL型聲波傳導探頭加上位機顯示系統，因使用年限較長，探頭日益老化，導致信號采集周期長，抗干擾能力有限，故障率偏高。運行期間，聲波傳導管經常受鍋爐內部結焦影響發生阻塞情況，導致爐管泄漏時無法及時監測到異常聲音，影響了爐管泄漏的早期發現，擴大了事故范圍。因此，上安電廠陸續對全廠6臺機組的鍋爐爐管泄漏在線監測裝置的聲波傳導管、聲波傳感器、主機信號處理監測系統軟硬件進行針對性改造，使之能夠適應目前的鍋爐運行環境。

3 爐管泄漏在線監測裝置改進措施

3.1 總體方案

對爐管泄漏在線監測裝置的聲波傳感器、自動除灰裝置、主機信號處理監測系統等進行全面升級，使其具有與分散控制系統（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，切實提升泄漏監測系統的準確性與穩定性，為及時發現鍋爐爐管問題，避免問題擴大化，調整生產、檢修提供依據。

3.2 聲波傳感器升級

爐管泄漏在線監測裝置原使用的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較微弱的聲音、探頭監聽功能無聲音傳出等問題頻發，已經無法滿足運行人員對鍋爐受熱面管道的泄漏情況監視的要求。

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

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

本文對聲波傳導管自動除灰裝置進行改進。選用數顯時間繼電器、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，設計了自動攪拌除灰裝置。220 V交流電源、數顯時間繼電器、熔斷器等組成控制回路，其中220 V交流電源負責給時間繼電器供電，時間繼電器設置每小時接通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直流電源負責給直流電機M供電，與數顯時間繼電器常開觸點6和8連接。以其中一根聲波傳導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內的爐管泄漏監控機柜內，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、發光二極管（Light-Emitting Diode，LED）顯示的JSS20-R型號的數顯時間繼電器。

在控制回路和工作回路中，電源導線的進線端接入作短路保護的熔斷器FU。當流經熔斷器電流超過熔斷器規定電流時，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。攪拌桿應伸出傳導管前端2 cm，以達到清理傳導管頂部鴨嘴口處積灰的目的。本文設計的攪拌桿長度為120 cm，經測試使用效果良好。

升級后的傳導管具備自動攪拌疏通功能。傳導管內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，從而避免傳導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測裝置的準確性和可靠性。

3.4 主機信號采集系統及通信方式升級

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

本文采用Modbus RTU協議實現DCS系統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的通信接口，完成通信接口的參數設置。

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，包括速率、校驗位、數據位及停止位；

（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，并與畫面相關聯。

在上述軟硬件通信設置完成后，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測系統任何一個測點的實時值和狀態，節省了每天定期巡檢爐管泄漏監測上位機的時間，便于快速便捷地發現鍋爐泄漏情況，大大提高了工作效率。

此次在DCS系統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生。

4 結語

爐管泄漏在線監測裝置在電廠中應用十分廣泛，可以及時發現鍋爐爐管早期泄漏，并減輕二次泄漏造成的破壞[5]。然而，由于設備本身、現場環境等，爐管泄漏在線監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，通過升級系統設備，建立爐管泄漏在線監測系統與DCS系統的通信，為及時發現和處理系統缺陷提供了方便。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壁聚集板結。升級改造后的爐管泄漏在線監測裝置可以盡早發現鍋爐承壓管受熱面輕微泄漏現象，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。