锅炉仪表保温伴热智能监视系统的研究与应用

苏镜元, 孟立波, 吴 超

(大唐东营发电有限公司, 山东 东营 257000)

0 引言

目前，越来越多的大容量高参数超超临界机组采用露天布置塔式直流炉型，用于提高系统性能、节省投资，但对热工测点保温防护带来了巨大挑战。面对每年为期5个月防寒防冻及极端严寒天气，参与重要保护和自动热工仪表的伴热设备监视，往往存在以下三方面的问题：一是由于保温柜温度未能实现远传，只能传统的人为巡检，不能实时进行监视，难以发现伴热损坏等故障；二是当气温突变，伴热电源跳闸时，不能及时发现，易导致事故扩大化；三是缺乏对保温柜中变送器接头泄漏渗水等突发情况的实时监视。鉴于以上问题，结合某电厂保温伴热改造过程，本文将设计一种锅炉伴热智能监视系统，用于增强对锅炉仪表保温伴热投运的监视力度，提高隐患发现和处理速度，确保机组安全稳定运行。

1 锅炉仪表保温伴热系统简介

某电厂锅炉仪表保温伴热系统如图1所示，机组伴热电源柜提供电源至就地保温柜，保温柜中分配电源至铠装伴热、自限温伴热及加热块。

图1 某电厂锅炉仪表保温伴热系统示意图

若采用就地人为定期巡检方式，当气温变化导致仪表取样管路冻结时，会引起测点测量发生突变，影响测量的准确性。同时气温突变易引起空开过载，伴热电源跳闸。当该测点参与保护、自动时，会引起保护误(拒)动、自动失调，如果巡检不及时、不到位，极易引发机组跳闸。综上所述可知：

(1)对于锅炉仪表保温伴热系统而言，需要进行实时监视保温柜伴热电源空开状态、机柜温度。

(2)对于锅炉仪表保温伴热监视系统而言，还缺乏对保温柜中变送器接头泄漏渗水等突发情况的实时监视。

2 锅炉仪表保温伴热监视系统的设计

2.1 伴热电源监视系统的设计

以某百万电厂锅炉仪表保温伴热系统为例，其就地有41个保温柜，含134个伴热电源空开，若将就地所有伴热电源空开状态加以监视报警，当采用传统硬接线方式接入DCS系统，至少需要11块开关量输入模块，同时还需要在锅炉16 m～116 m布置电缆，其成本投入过大。当采用基于现场总线的智能前端方式接入DCS系统时，其仅能监视空开跳闸状态，不能反映保温柜过载情况，故采用监视锅炉仪表伴热电源柜各空开电流来达到实时监视伴热电源空开状态的目的，如图2所示。

图2 锅炉伴热电源监视系统示意图

在电源柜内各空开线路中增加电流互感器，感应出现场设备电流输出0～5 V标准信号制[1]，智能前端采集其输出信号，并基于现场总线冗余技术传输到DCS控制系统的设计架构[2]，在DCS侧读取模拟量数据，通过计算得出各空开当前电流值。当伴热系统运行正常时，投入掉电报警按钮，逻辑自动锁定当前电流值为正常工作值。当各空开电流小于工作值时，发出空开失电报警。在实际运行过程中，由于系统电流本身波动、伴热系统中温包和温控器动作后引起的电流波动，故需要增加报警死区，避免信号频繁误发。经多次试验后，报警死区参数设置如表1所示，其程序流程图如图3所示。

图3 伴热电源空开电流报警程序流程图

表1 电流报警死区参数设置

表2为锅炉伴热电源空开电流报警状态，当系统运行电流小于正常工作值与报警死区偏差后，发出报警，提醒运行人员及时联系现场检查处理，确保机组安全稳定运行。同时仪控人员可以实时查询电流趋势，当电流突减时，说明就地存在伴热电源空开跳闸；当电流增大时，说明天气变冷，需要加强就地保温柜和就地仪表巡检，避免仪表取样管路冻结，引发不安全事故发生。

表2 锅炉伴热电源空开电流报警状态图

2.2 伴热系统温湿度监视系统的设计

图4为温度、湿度集中远程监视网络拓扑图，通过在各保温柜内中增加温湿度模块，将实时温度、湿度信号经过调制转换成MODBUS协议信号[3]，通过4G物联网信号发射器发射到接收端，接收端统一处理上传数据后，发布到云端[4]。仪控人员可通过手机APP访问云端，查看各控制柜内温度数据。

图4 温度、湿度集中远程监视网络拓扑图

图5、6为手机APP温湿度监视、报警画面，当温度小于报警值时，APP自动发出报警，从而对现场易受冻设备增加防寒防冻措施，规避测点受冻威胁机组运行安全的风险。当湿度>5%时，APP自动发出报警，提醒仪控人员就地可能存在变送器接头泄漏渗水发生。经多次试验后，温湿度报警参数设置如表3所示。

图5 手机APP温湿度监视画面

图6 温湿度APP报警设置画面

表3 温湿度报警参数

3 现场应用及经济性分析

该锅炉仪表保温伴热智能监视系统应用后，现场故障排除情况统计如表4、5所示。

表4 现场故障排除统计表(锅炉伴热电源空开电流报警)

表5 现场故障排除统计表(锅炉伴热温湿度报警)

通过对仪表伴热柜的实时监视，在保障机组安全运行的前提下，根据报警情况对高上冻风险的保温柜采取预防性维护措施，提高保温性能，降低机组因仪表受冻误动的风险。对报警频发或偶发的保温柜，加强监视，重点整改，保障机组安全稳定运行。在处理结束后，对同类已发生报警的情况进行归纳总结，并对易发生故障的设备进行隐患排查与治理工作，减少同类情况的发生。

以某百万机组平均负荷700 MW(负荷率70%)，且机组在极热态以最快速度启动并网，时间约5 h计算，若发生一次非计划停运，各项经济损失如表6所示。

表6 非停各项经济损失

综上所述，在不考虑单位固定成本的情况下，每避免一次机组非计划停运，至少减少经济损失约643万元。

4 结语

本文以实际工程为背景，针对目前锅炉仪表保温伴热系统存在的多项问题，设计了一种高效可靠的保温伴热监视系统。该系统较好地实现了以下功能：仪表保温柜温度、湿度实时监视，当其到达报警值时，通过短信、微信等方式及时提醒热工人员加强设备防护；仪表保温柜电流实时监视，当系统发出报警后，提醒运行人员及时联系热工人员现场检查处理，避免仪表取样管路冻结，确保机组安全稳定运行。

综上所述在火力发电厂中提高热工控制自动化程度，可以为火电厂的创新改革提供技术支持，进而维护机组的安全性。通过锅炉保温伴热智能监视系统的投入，保障了机组在极寒天气中的稳定性，大大提升了火电厂生产效率，同时为火电厂带来了更大的经济效益。