化学汽水品质监测控制管理系统在热电厂的应用

2015-02-10孙迎新大庆油田公司电力集团热电厂

油气田地面工程 2015年9期

孙迎新大庆油田公司电力集团热电厂

孙迎新大庆油田公司电力集团热电厂

化学汽水品质监测不准确将直接影响热电厂水质调整的准确性，加药过量或不足都将导致水质的波动。选用具有Modbus TCP/IP协议的工业以太网作为主干网，采用冗余结构，由上行和下行两条链路来保证监测控制系统的可靠性和容错性。介质采用光纤光缆，网络通讯速率为100 Mbps，保证了系统大信息量的通讯。系统组成包括具有组态、管理、监视、MIS发布、远控等功能的工作站，以及电化学测量子系统和自动加药控制子系统。各种监测和控制设备全部带有工业以太网接口，可以直接联入主干网，实现办公自动化与工业自动化的无缝结合。

汽水品质监测；工业以太网；现场总线；电化学PAC

化学汽水品质监测不准确将直接影响热电厂水质调整的准确性，加药过量或不足都将导致水质的波动。水质波动在高温、高压的情况下，化学反应是十分明显的。而这种情况将直接导致凝汽器换热管的严重腐蚀，还将对省煤器、锅炉水冷壁、过热器、再热器管造成腐蚀。因此创建一种高效、安全、先进的化学汽水品质监测系统是降低成本、提高监测能力、保障机组安全及经济运行的重要途径。

1 监测存在的问题及解决办法

大庆油田公司电力集团热电厂汽水品质监测存在的主要问题是技术手段低，手工分析弊病多、隐患大。该热电厂建厂初期，受当时的技术、资金方面的限制，其汽水品质监测一直采用传统的“电极+二次仪表”模式在线监测，只能监测样水的pH值、电导率和溶解氧等项目，监测项目少，无法满足生产的实际需要。

为了解决这一问题，采用了性能更好、功能更全、没有维护量的虚拟仪表。这是实施汽水品质监测控制管理系统改造的关键措施，可彻底解决制约热电厂汽水质量监督水平的技术瓶颈。

2 加药装置存在的弊病及解决措施

改造前热电厂1#～3#机组一直采用人工间歇冲击式加药方式，这种原始的加药方式存在很多弊病。

（1）加药量不准确、调整不及时。泵的启停决定是否进行加药，泵开启时间的长短决定加药量，时间全靠经验。一次调整过程要经过现场人工取样、化验分析、启/停泵三个步骤，滞后大约有20～ 30 min，在机组负荷稳定状况下这样的调整还能够满足要求，但遇到机组负荷变动，特别是早、晚供电高峰时，就会因调节不及时，使炉水和给水品质忽高忽低，在相当大的范围内波动，从而导致热力设备腐蚀和结垢。

（2）人为因素多，劳动强度大。加药值班员自己化验、自己控制，全靠值班员的业务水平，不可控的因素较多，加药的准确性和及时性很难保证。如遇到机组负荷大幅波动，取样、化验和调整就更频繁，劳动强度很大。

（3）加药泵工频运转，耗电量大。泵启停和运行的时间长短决定加药量，时间又全靠经验，这样就会浪费很多电量，增加了发电成本。

（4）解决措施。改手动加药为变频自动加药，实现远程监控。对现有的加药装置和控制柜进行改造，实现自动加药。这样可严格控制热力系统的汽水品质，延长机组的寿命，提高发电效率，保证机组安全、稳定运行，而且还能大大减轻值班员的劳动强度，提高生产的自动化水平。另外，也只有实现自动加药，才能进一步实现汽水品质的优化控制，真正达到炉内低磷酸盐工况。

3 监测控制管理系统方案

3.1 汽水品质监测控制管理系统组成及结构

选用了具有Modbus TCP/IP协议的工业以太网作为主干网，采用冗余结构，由上行和下行两条链路来保证监测控制系统的可靠性和容错性。介质采用光纤光缆，网络通讯速率为100 Mbps，保证了系统大信息量的通讯。系统内含具有组态、管理、监视、MIS发布、远控等功能的工作站，以及电化学测量子系统和自动加药控制子系统。各种监测和控制设备全部带有工业以太网接口，可以直接联入主干网，实现办公自动化与工业自动化的无缝结合。

3.2 具有组态、管理、远控等功能的工作站

（1）用虚拟仪表替代二次仪表。通过工作站强大的功能使取消二次仪表变为现实。众所周知，化学仪表长期以来都是以“电极＋二次仪表”模式进行监测。电极属于消耗品定时要更换，对电极的维护就是日常标定、清洗。但二次仪表的维护量大、成本高，对维护人员技术要求很高。据统计，化学在线分析仪表的维护量80%在二次仪表上。本方案通过把虚拟仪表技术与电化学变送模块结合彻底取消了二次仪表，将二次仪表的维护量减少到零。

（2）工作站中虚拟仪表的主要功能。虚拟仪表的主要功能包括：①同时标定4只（种）电极，大大提高了维护效率；②自动生成和查询班报表、日报表、月报表、年报表并打印输出，方便管理统计；③能进行任意4个测量值的历史数据同屏比对分析；④查询某段时间内的报警信息、使用记录、标定记录和系统操作记录，方便系统维护；⑤长达几年的测点数据存储和趋势曲线显示；⑥在局域网上发布，实现了汽水品质监督的信息化；⑦实现了仪表的远程操作和维护。虚拟仪表在具有单台仪表所有功能的同时，还增加了传统的数据采集和联网功能，实现了汽水品质监督的自动化和信息化。

3.3 电化学测量子系统

电化学测量子系统的核心是电化学PAC(可编程自动化控制器)，这是国际上具有工业以太网接口的电化学变送PAC。它借用PAC的设计思想，采用可靠的PAC主卡，插嵌电导率、pH值和溶解氧的变送模板，采用多通道方式，一个模板可挂接多个电极，以实现电化学量的激励、变送、采集和运算。

电化学PAC内嵌工业以太网通讯控制器，采用Modbus TCP/IP协议，还自带RS485通讯接口，实现与钠表、硅表、磷表（因硅、钠、磷表的水路复杂，所以没有取消二次仪表）的数据通讯，从而提高了监测的精度，彻底消除了仪表显示值与计算机系统显示值的不一致问题。

3.4 加药控制子系统

加药控制子系统的核心是加药控制PAC，除具有常规的PAC优点外，其最大的特点是具有更强的编程和逻辑运算能力，以保证加药装置在各种情况下都能准确地加药。

加药控制PAC可插接各种I/O卡，实现控制柜上各种开关的状态采集和指示灯的控制。同时，通过自带的RS485通讯接口实现与变频器的双向数据通讯。