锅炉保护安全仪表系统设计分析

龚来广

摘 要：锅炉是火电厂主要的火力设备，由于锅炉燃烧系统具有非线性、延时性、不确定性、滞后性等特点，锅炉燃烧过程中，受到各个方面因素的影响，导致锅炉燃烧不充分，锅炉二氧化碳、氮氧化物含量过多，操作不当甚至引起爆炸。因此，必须加强锅炉安全保护措施。保护安全仪表通过对锅炉进行实时监测，及时发现锅炉的情况，避免安全事故的发生。本文主要分析了锅炉安全仪表系统设计原则、设计目标、系统结构以及安全仪表系统软、硬件设计。

关键词：锅炉燃烧系统；安全仪表；系统设计

引言：

我国60%以上的电能由火力发电厂供电，为了满足人们日益增长的电力需求，火电厂锅炉容量和参数越来越高，则一定程度上增加了锅炉的HSE管理风险。根据《大中型火电厂设计规范》GB50660-2011和2011年颁布的《大中型火力发电厂设计规范》中要求火力发电厂锅炉和汽轮机的跳闸保护系统采用电子逻辑系统或者继电器逻辑系统，并经过SIL级安全认证。安全 仪表系统正式引入到火电厂发电领域。然而当前的安全仪表系统设计方面存在不少问题，严重影响到安全仪表系统的正常功能。因此，需要加强锅炉保护安全仪表系统设计水平。

1.锅炉安全仪表系统设计原则

安全仪表系统又称安全联锁系统，主要为工厂控制系统提供报警和联锁功能，如果控制系统监控到锅炉运行出现异常情况，那么根据控制系统监测结果将发布报警信息并向继电保护器发出保护功能，同时向火电厂汽轮机发布停机指令。安全仪表系统是火电厂实现自动化、智能化重要的环节。因此，安全仪表系统关系火电厂的自动化、智能化建设，在设计的时候，必须遵循以下原则。

1.1安全性

安全性指锅炉在规定的时间和条件下，安全相关系统成功实现安全功能所需的平均概率，按照IEC61508中的定義，锅炉整体安全性水平分为SIL1、SIL2、SIL3、SIL4四个等级，数字越大则安全性越高。安全等级需要专门的结构进行认证，认证以后才能被认可。安全仪表系统的安全性是系统设计的第一要素，如果安全仪表系统无法保证仪器运行的安全，那么就失去了应有的功能和作用。

1.2完整性

安全仪表系统设计的完整性包括系统的各个部分，不仅包括安全控制器，而且还包括与安全控制器相连接的部分，比如安全仪表检测装置和安全之星等输出部分。安全仪表系统的完整性还体现在系统整个生命周期，包括系统规划设计、建设、施工、验收、安装调试、试运行、管理与维护、拆除等各个环节，这些环节必须经过第三方机构的认定以后方能实施。根据相关数据显示，安全仪表系统的生命周期故障中施工、安装调试以及维修造成的故障占所有故障比例的58%。

1.3适应性

安全仪表系统设计的可用性指的是系统在冗余配置条件下，如果子系统出现故障，影响到整个系统的运行，安全仪表无法发挥的功能。因此，在设计的时候，单一子系统出现故障，则必须确保整个安全仪表系统依然可以发挥正常功能。安全性和适应性是仪表系统设计的难点和重点，如果提高安全仪表系统的安全性，必然降低仪表的可用性，任何一个环节出现问题，则可能导致安全仪表系统无法使用，一旦安全仪表系统无法使用，那么系统的适应性就降低了。因此，在设计的时候，要做好安全性和适应性两者之间的平衡。

2.锅炉安全仪表系统设计

2.1锅炉安全仪表系统设计目标

锅炉安全仪表系统主要是实现对锅炉控制系统进行监控，对锅炉的气体、燃烧工况、温度、压力等参数进行监控，一旦发现某一项参数异常情况，则立即调整锅炉的控制系统，确保锅炉运行的安全性和稳定性。

2.2锅炉安全仪表系统设计结构

炉膛安全监控系统FSSS是大型火电厂机组锅炉的安全监控系统，主要监控锅炉燃烧系统的工况以及燃烧参数，如果锅炉在运行过程中，出现异常情况，炉膛安全监控系统的安全联锁功能启动安全报警功能，让锅炉机组实现开合闸，确保锅炉燃烧系统的安全性。炉膛安全监控系统包括燃烧器控制系统（BCS）、燃料安全系统（FSS）以及锅炉分散控制系统（DCS）。燃烧器控制系统主要控制炉膛点火、油枪点火、煤炭燃烧等进行控制；燃料安全系统是锅炉的保护系统主要负责炉膛吹扫、燃油系统泄露测试、燃料跳闸等；锅炉分散控制器主要是将锅炉保护装置采集的数据信息传输到分散控制器，分散控制器根据采集的数据信息对锅炉进行调节、控制。炉膛安全监控系统确保锅炉燃烧的安全性，如果炉膛出现危急过来安全的情况下，主燃料跳闸单元自动切断所有进入到炉膛的燃料，并发布紧急停炉指令，汽机自动跳闸，从而避免故障范围进一步扩大，发生安全事故。

2.3锅炉安全仪表系统软硬件设计

2.3.1锅炉安全仪表系统硬件设计

锅炉安全仪表系统硬件包括温度表、压力表、流量计量表、液位仪、电动机、电动阀、气动阀、PLC逻辑控制器、继电保护器、计算机、电源、服务器、摄像头等主要硬件设备。温度表、压力表、液位仪等监测设备主要监测锅炉运行的温度、压力、流量变化，并将炉膛变化传输到监控中心，监控中心对这些数据进行分析、整理。气动阀、电动机、电动阀门、PLC逻辑控制器主要实现对锅炉安全仪表系统的控制，并向各个子系统发布控制命令，实现对锅炉燃烧系统的保护；计算机、电源等主要为锅炉安全仪表系统的运行提供电能以及运行工作站。

2.3.2锅炉安全仪表系统软件

锅炉安全仪表系统软件采用ERP系统，该系统具有高集成性，可以实现人、物、财、信息等资源的整合优化；采用模块化设计方式，可以根据锅炉安全仪表系统功能，不断扩展安全仪表系统的功能模块，从而提高锅炉监控系统的应变能力。为了提高锅炉安全仪表系统各个控制模块的通信能力，及时将信息发送到控制中心，采用HTTP通信协议，提高系统通信服务质量，服务器平台采用XML作为数据的基本格式。

结束语；

综上所述，锅炉安全仪表系统作为炉膛监控系统，对确保炉膛燃烧系统的安全性和稳定性具有重要意义。安全仪表系统设计的时候，需要综合考虑到锅炉燃烧系统的特性，确保系统安全性的同时，还有考虑到适应性。

参考文献

[1] 耿娟芝.锅炉保护安全仪表系统设计分析[J].中小企业管理与科技，2019，（1）：143-144.

[2] 田小兵.锅炉保护安全仪表系统设计[J].电力勘测设计，2017，（2）：25-29.

[3] 刘华.安全仪表系统在锅炉保护中的设计与实现[J].自动化仪表，2016，37（11）：58-61，