浅析锅炉给水及机组循环汽水智能分析仪表的应用

周根来

(华电水务工程有限公司，北京 100160)

分析仪表是电厂锅炉给水、机组循环汽水生产过程中重要的设备，是监测机组循环汽水的水质和水处理系统设备运行状态的离子定量分析仪表。锅炉给水及机组循环汽水的水质会直接影响锅炉、汽轮机的安全运行，也会影响火力发电厂的经济和社会效益，因此电厂越来越重视锅炉给水及机组循环汽水分析仪表。

1 分析仪表配置原则

电厂锅炉给水及机组循环汽水分析仪表的配置依据是DL/T 5068—2014《火力发电厂化学设计规范》[1]。分析仪表的最低配置原则： 不仅能满足分析电厂锅炉给水的水质，还能够监测全厂机组循环汽水的品质。因此，每个监测点不止单独配置一种类型仪表，还有其他类型的仪表辅助。即使在运行过程中某块仪表出现故障，还可以依靠同一取样点的其他仪表，来判断锅炉给水及机组汽水的水质是否合格。

机组循环汽水系统、锅炉给水系统分析仪表监测点的配置分别见表1和表2所列。

2 智能分析仪表通信协议

常规分析仪表只能输出4～20 mA的模拟信号，而配有Profibus-DP总线通信接口的分析仪表不仅能输出实际测量值，还能输出多个状态及验证信号。Profibus-DP通信协议是目前工业控制系统最成功的总线协议之一，它不依懒于生产厂家，且属于开放式的现场总线，各类自动化设备均可以通过相同的接口协议交换信息。Profibus-DP用于现场层的高速数据传送。

Profibus-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信用于组态、诊断和报警处理。Profibus产品生产厂家会提供电子设备数据库文件(GSD)，该文件包含I/O点数，诊断信息，波特率，参数监视等功能参数。标准的GSD数据将通信扩大到操作员控制级。使用根据GSD所作的组态工具可将不同厂商生产的设备集成在同一总线系统中。

随着火力发电厂智能化的不断推进，锅炉给水及机组循环汽水系统也加快了智能化改造。因此模拟信号的分析仪表升级改造为Profibus-DP总线通信接口的智能分析仪表是未来的趋势。

3 智能分析仪表信号

智能分析仪表集成了多个传感器，除输出测量值，还输出多个设备本体及辅助设备的状态及验证信号，用以辅助判断测量值是否有效。下面介绍Profibus-DP的智能分析仪表的信号种类。

3.1 测量值

测量值包括各参数相应的未经变送器处理的电极信号。常规pH计二次仪表输出的信号为毫安值，智能pH计不仅能输出测量值，还能输出pH计电极原始毫伏值和样水温度值。

3.2 状态值

钠表测量所需的pH值，pH计测量样水所需的温度值，都可以作为状态值，用来辅助判断当前的样水是否符合测量要求。

3.3 仪表设定及校准历史

电极或者仪表的基本设定参数包括： 温度补偿曲线、电导电池常数，温度偏置等；校准历史包括： 仪表零点校准、斜率校准、验证测量、离线手工取样等操作的执行时间、记录结果等。

表1 机组循环汽水分析仪表配置

表2 锅炉给水系统分析仪表配置

3.4 自诊断数据及综合报警信号

自诊断数据包括： 试剂消耗余量、阳离子置换效率、比色器皿污染程度等相关信息；综合报警信号包括： 错误报警、超限报警、故障报警等。

3.5 扩展继电器开关量信号

继电器Relay1和Relay2所有相关输入信息及执行动作(开关量)，如向上控制/向下控制。

4 智能分析仪表系统

分析仪表厂家可以提供1套完整的智能分析仪表应用系统方案。该系统结构如图1所示。

通过对锅炉给水及机组循环汽水分析仪表数据的集成，进而自诊断，自分析。系统可以分析仪表的运行状态，诊断仪表测量结果，并且产生相应的部件故障及建议维护方案，其目的是为用户提供指导性的维护方案，提高仪表维护水平和维护效率。该系统可以实现如下功能。

图1 电厂智能分析仪表系统结构示意

4.1 测量值验证

测量值是否有效会影响锅炉给水、机组循环汽水的品质的真实性，因此测量值的有效性需要被验证。专家诊断系统会自动定期扫描状态值、校准历史、仪表设定值等，告诉用户当前测量值是否有效。

若测量值不可靠，诊断系统会给用户提示和相应的维护指导，提示用户关注并采取措施。

4.2 仪表维护

智能分析仪表可以设定校准周期，到期后系统自动提示需要进行相应的操作。

智能分析仪表端能产生的预警信号包括： 计算出试剂等消耗品余量值、余量不足、消耗品用完。例如硅表试剂还剩3 d的余量时，产生预警信号，给予用户充足的时间增补试剂。系统能给用户提供相应的处理参考方法。

4.3 数据处理

智能分析仪表将仪表末端的所有数据上传给诊断系统数据库，用户利用历史数据，制作趋势图，对比图等。

4.4 设备管理

建立全厂分析仪表设备数据库，包含仪表、电极、消耗品、备品备件等的数量，定期维护过程中更换的消耗品、电极等，及时更新设备数据库，定期自动提示采购人员需要采购的备品备件、药品试剂数量。

4.5 设备诊断

根据设备的维护记录，设备的投用时间和设备使用年限，结合仪表厂家的备品生产信息，定期生成诊断报告，告诉用户更换设备或定期更换备品备件。

5 智能分析仪表效益分析

5.1 智能仪表更安全

智能分析仪表将快速，全面化地传送和集成信号给DCS，并根据专家诊断软件提供参考处理意见，由此机组循环汽水的品质可以得到全方位的监控。分析仪表维护过程中无需或仅需少量人为干预，可以实现设备自我检测、自我诊断、趋势分析、异常报警等功能，提高了机组的安全运行。

5.2 运行更环保

传统分析仪表运行时，操作人员通常会过量加药来保证其正常运行。例如锅炉给水反渗透ORP值控制还原剂的加入量，循环汽水ORP值控制加氨量等。智能分析仪表信号稳定可靠，药剂的用量更为精准和稳定，避免了因人工操作而产生的加药量不准确、调控不稳定和加药时机不科学等问题，从而有效控制药品消耗，使废液排放指标更为合理、环保。

6 结束语

模拟分析仪表获得的信号单一，运行人员多数依靠现场经验并结合实际情况来判断分析仪表运行状态是否良好。而智能分析仪表可输出多种信号，可验证所获得的测量值，提高测量值的有效性和准确率。根据现场运行实际情况预估关键部件的使用寿命，更加科学合理去采购备品备件，保证机组安全稳定运行的同时，提高了设备经济运行能力。分析仪表系统监测画面还可显示相应的维护指令，大幅降低仪表运行维护的难度。使维护人员快速分析处理问题，大幅提高生产效率。