锅炉炉管泄漏在线监测装置的应用与改进

朱 彬

（华能国际电力股份有限公司上安电厂，石家庄 050310）

1 炉管泄漏在线监测装置简介

炉管泄漏在线监测装置基于声学监测原理。声波传感器采集炉内各种背景噪声，并将声音信号转换成电信号。信号处理监视系统将采集到的信号进行傅里叶变换分析，消除背景噪声后得到炉膛内声音的时域特征和频域特征，然后经过函数模型计算，判断显示锅炉“四管”是否有泄漏现象发生。一旦信号处理监视系统捕捉到泄漏信号，将延时跟踪分析，待信号达到阈值后将发出报警[1]。

2 炉管泄漏在线监测装置的研究背景

随着近年来发电厂锅炉容量的逐渐增大，锅炉承压管数量随之增多，锅炉炉管所承受的压力不断增加。锅炉炉管一旦发生泄漏，将影响发电机组的正常运行，甚至可能因为二次泄漏造成锅炉本体或炉膛内其他设备的损坏。因此，及时发现锅炉炉管早期泄漏并及时处理，有利于防止机组非计划停运，并减轻二次泄漏造成的破坏，缩短炉管泄漏的检修工期，减轻劳动强度[2]。

华能国际电力股份有限公司上安电厂使用的锅炉炉管泄漏在线监测装置选用的是GTXL型声波传导探头加上位机显示系统，因使用年限较长，探头日益老化，导致信号采集周期长，抗干扰能力有限，故障率偏高。运行期间，声波传导管经常受锅炉内部结焦影响发生阻塞情况，导致炉管泄漏时无法及时监测到异常声音，影响了炉管泄漏的早期发现，扩大了事故范围。因此，上安电厂陆续对全厂6台机组的锅炉炉管泄漏在线监测装置的声波传导管、声波传感器、主机信号处理监测系统软硬件进行针对性改造，使之能够适应目前的锅炉运行环境。

3 炉管泄漏在线监测装置改进措施

3.1 总体方案

对炉管泄漏在线监测装置的声波传感器、自动除灰装置、主机信号处理监测系统等进行全面升级，使其具有与分散控制系统（Distributed Control System，DCS）通信的能力，可以实时在DCS操作员站查看炉管泄漏各项参数，切实提升泄漏监测系统的准确性与稳定性，为及时发现锅炉炉管问题，避免问题扩大化，调整生产、检修提供依据。

3.2 声波传感器升级

炉管泄漏在线监测装置原使用的GTXL型声波传感器信号采集周期长，抗干扰能力有限。近年来，声波传感器自检能量值不能达到报警值、探头采集功能无法采集到炉膛内较微弱的声音、探头监听功能无声音传出等问题频发，已经无法满足运行人员对锅炉受热面管道的泄漏情况监视的要求。

升级后的GEEBLA型声波传感器采集速度仅为 0.2 s，且可以有效隔离现场的电磁干扰和低频干扰[3]。它具有可视化窗口，能实时显示声强大小；带有电源指示功能，可在现场进行单通道自检测试；核心芯片选用耐高温、精度高材料，具有稳定性高、使用寿命长的特点。

3.3 自动除灰装置升级

声波传导管主要用于提取炉膛内声音。如果声波传导管堵灰，声波传感器将采集不到炉膛内的各种背景声音，影响炉管泄漏的监测。炉管泄漏在线监测装置原使用的声波传导管自动除灰装置，利用检修空气自动定期吹扫传导管来起到自动除灰的效果，每一个电磁阀控制6根传导管。但是，由于检修空气气源质量不好，含水量较大，锅炉偶发正压喷出高温火焰及烟气，此时传导管长时间运行下会在内壁形成块状凝结物，导致声音提取困难。如果改用气源质量较好的仪表空气吹扫声波传导管，当大量传导管同时启动吹扫时，气源压力波动较大，会威胁机组的安全运行，且成本较高。

本文对声波传导管自动除灰装置进行改进。选用数显时间继电器、直流电机、熔断器、220 V交流电源、24 V直流电源、与电机主轴相连的搅拌杆等，设计了自动搅拌除灰装置。220 V交流电源、数显时间继电器、熔断器等组成控制回路，其中220 V交流电源负责给时间继电器供电，时间继电器设置每小时接通10 s。24 V直流电源、电机、与电机主轴相连的搅拌杆、熔断器等组成工作回路，其中24 V直流电源负责给直流电机M供电，与数显时间继电器常开触点6和8连接。以其中一根声波传导管搅拌除灰装置为例，接线示意图如图1所示。

时间继电器型号选择时主要考虑时间设定范围、线圈电压、触点类型以及抗干扰能力等方面[4]。时间继电器的触点类型有及时通断和延时通断两种。控制回路位于电子间内的炉管泄漏监控机柜内，电磁干扰弱，对时间继电器抗干扰能力要求较低。时间继电器时间设定范围较大，为每小时接通10 s。鉴于以上情况，选择延时控制精度0.05 s，采用集成电路、发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）显示的JSS20-R型号的数显时间继电器。

在控制回路和工作回路中，电源导线的进线端接入作短路保护的熔断器FU。当流经熔断器电流超过熔断器规定电流时，断开电路以保护工作回路中的电源安全。熔断器额定电流约为直流电机额定电流的1.5倍。

搅拌杆选择耐高温、耐腐蚀性能较好的不锈钢杆。搅拌杆应伸出传导管前端2 cm，以达到清理传导管顶部鸭嘴口处积灰的目的。本文设计的搅拌杆长度为120 cm，经测试使用效果良好。

升级后的传导管具备自动搅拌疏通功能。传导管内部的搅拌杆能够自动定期搅拌，使灰尘及焦石无法聚集板结，从而避免传导管堵塞引起的测量失准，有利于声波传感器准确提取到需要的声音信号，提高了炉管泄漏在线监测装置的准确性和可靠性。

3.4 主机信号采集系统及通信方式升级

炉管泄漏在线监测装置原使用的主机信号采集系统操作界面烦琐不直观，且不具备与第三方设备通信的能力。原炉管泄漏上位机监视软件基于Windows 2000操作系统，新型主流研华工控机不再支持此操作系统。当上位机主机发生故障后，缺乏必要的备件进行故障修复。升级后的智能数字炉管泄漏监测软件V4.0不仅优化了人机界面，还具备与第三方设备通信的能力。本文设计实现了炉管泄漏上位机与DCS控制系统上位机通信的功能，便于运行人员在DCS操作员站实时监控炉管泄漏能量值数据。

本文采用Modbus RTU协议实现DCS系统上位机与炉管泄漏上位机的通信。将DCS上位机作为主站，炉管泄漏上位机作为从站，在上位机上分别配置相应的通信接口，完成通信接口的参数设置。

具体操作步骤如下：

（1）确认DCS上位机PGP server具备Modbus driver license；

（2）确认通信的串口参数，包括速率、校验位、数据位及停止位；

（3）确认DCS与第三方通信的硬件连接方式；（4）确定DCS上位机画面格式，绘制画面；（5）确定通信点名、描述、远程测控终端（Remote Terminal Unit，RTU）地址、是否报警等信息；

（6）修改注册表，确认串口速率、校验方式、数字位、终止位及串口名称等信息与炉管泄漏上位机配置一致；

（7）在DCS上位机编写标签，并与画面相关联。

在上述软硬件通信设置完成后，重启DCS上位机并同步标签库至运行操作员站其他上位机，运行人员可以在操作员站随时查看炉管泄漏在线监测系统任何一个测点的实时值和状态，节省了每天定期巡检炉管泄漏监测上位机的时间，便于快速便捷地发现锅炉泄漏情况，大大提高了工作效率。

此次在DCS系统中还制作了吹灰屏蔽程序，增加了软光字报警牌。有任意一杆吹灰器进、退信号时，锅炉泄漏报警信号延时30 min发送至软光字大屏。此外，吹灰屏蔽程序避免了锅炉吹灰时吹灰器附近的泄漏探头检测到的能量值达到报警值频繁报警情况的发生。

4 结语

炉管泄漏在线监测装置在电厂中应用十分广泛，可以及时发现锅炉炉管早期泄漏，并减轻二次泄漏造成的破坏[5]。然而，由于设备本身、现场环境等，炉管泄漏在线监测装置的故障率仍然较高，维护量较大。本文介绍了部分解决实际问题的办法，通过升级系统设备，建立炉管泄漏在线监测系统与DCS系统的通信，为及时发现和处理系统缺陷提供了方便。本文提供的自动搅拌除灰装置，有效避免了灰尘和焦石在传道管内壁聚集板结。升级改造后的炉管泄漏在线监测装置可以尽早发现锅炉承压管受热面轻微泄漏现象，对避免事故扩大、合理安排检修周期、降低人力资源消耗及大量维护费用作用明显。