一种用于锅炉四管状态风险预测的管控系统的制作方法

本实用新型涉及一种用于锅炉四管状态风险预测的管控系统。

背景技术：

随着以美国“工业互联网”和德国“工业4.0”为代表的新工业革命发展，以及“中国制造2025”、“互联网+”行动计划的颁布实施，数字化技术正以前所未有的方式改变工业的生产和运营方式。并且目前大容量、高参数机组不断投入使用，特别是超临界和超超临界用耐热钢等级不断提升，锅炉受热面管防泄漏与安全运行监督工作的重要性也越来越高。研究锅炉受热面管智能管控技术，进行锅炉状态监测和风险预测意义重大。

目前的金属壁温监测系统，测点安装较少，数据处理没有统一的理论依据，也没有考虑温度场的影响，更没有按照受热面管氧化皮厚度进行金属壁温当量计算，更没有利用炉内少量试验测点进行温度的矫正；没有将金属检修数据输入到系统中，利用每次大小修数据对金属部件状态进行趋势性分析；更没有将导波传感器判断泄露与金属壁温、炉膛温度场联合起来考虑，综合分析是否爆管泄漏并准确判断位置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种用于锅炉四管状态风险预测的管控系统，既能解决金属壁温监测系统测点安装较少，数据处理不合理，结果不准确的问题，又能将金属检修数据输入到系统中，利用每次大小修数据对金属部件状态进行趋势性分析，还能将导波传感器判断泄露与金属壁温、炉膛温度场联合起来考虑，综合分析是否爆管泄漏并准确判断位置。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该用于锅炉四管状态风险预测的管控系统，其特点在于：包括电站锅炉、锅炉温度场炉顶部位温度传感器、炉顶导波传感器、受热面管金属壁温传感器、氧化皮厚度数值人工输入装置、炉后导波传感器、锅炉温度场炉后温度传感器、锅炉温度场炉后水冷壁区域温度传感器、炉后水冷壁区域导波传感器、锅炉温度场炉前温度传感器、炉前导波传感器、受热面管壁厚检测数据人工输入装置、炉内金属壁温监测装置、温度采集模块和导波采集模块，所述电站锅炉上设置有锅炉温度场炉顶部位温度传感器、炉顶导波传感器、受热面管金属壁温传感器、氧化皮厚度数值人工输入装置、炉后导波传感器、锅炉温度场炉后温度传感器、锅炉温度场炉后水冷壁区域温度传感器、炉后水冷壁区域导波传感器、锅炉温度场炉前温度传感器、炉前导波传感器、受热面管壁厚检测数据人工输入装置和炉内金属壁温监测装置；所述锅炉温度场炉顶部位温度传感器、受热面管金属壁温传感器、锅炉温度场炉后温度传感器、锅炉温度场炉后水冷壁区域温度传感器、锅炉温度场炉前温度传感器和炉内金属壁温监测装置均连接至温度采集模块；所述的炉顶导波传感器、炉后导波传感器、炉后水冷壁区域导波传感器和炉前导波传感器均连接至导波采集模块。

进一步而言，本实用新型还包括温度处理控制器、导波处理冗余控制器、导波处理主控制器、温度处理冗余控制器、三级网主路由器、三级网副路由器、应用程序主服务器、数据库主服务器、应用程序冗余服务器、数据库冗余服务器、二级网路由器、一级网络系统、二级网络系统和三级网络系统，所述一级网络系统通过二级网路由器与二级网络系统相连，应用程序主服务器、数据库主服务器、应用程序冗余服务器和数据库冗余服务器均连接到二级网络系统；三级网络系统通过三级网副路由器连接至应用程序主服务器和数据库主服务器，三级网络系统通过三级网主路由器连接至应用程序冗余服务器和数据库冗余服务器；所述温度采集模块连接至温度处理控制器和温度处理冗余控制器，所述导波采集模块连接至导波处理主控制器和导波处理冗余控制器；温度处理控制器、导波处理冗余控制器、导波处理主控制器和温度处理冗余控制器均与三级网络系统相连；所述氧化皮厚度数值人工输入装置和受热面管壁厚检测数据人工输入装置均连接至三级网络系统上。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：可以根据需要在线进行锅炉四管状态风险预测，丰富金属技术监督的手段，同样有利于提高机组运行的安全性；同时可以在停炉停机的基础上进行故障分析，准确判断泄漏点；同时可以记录并分析大量的金属壁温和炉膛温度数据，结合大小修正锅炉四管壁厚和氧化皮厚度，计算真实的锅炉四管壁温，准确判断超温等非正常工况；还可以根据历次检修数据的趋势性来判断锅炉四管的状态。解决了目前锅炉四管全靠人力调整、优化运行来控制爆管问题，具有较好的经济效益和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对实施例和/或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中用于锅炉四管状态风险预测的管控系统的结构示意图。

图中：电站锅炉1、锅炉温度场炉顶部位温度传感器2、炉顶导波传感器3、受热面管金属壁温传感器4、氧化皮厚度数值人工输入装置5、炉后导波传感器6、锅炉温度场炉后温度传感器7、锅炉温度场炉后水冷壁区域温度传感器8、炉后水冷壁区域导波传感器9、锅炉温度场炉前温度传感器10、炉前导波传感器11、受热面管壁厚检测数据人工输入装置12、炉内金属壁温监测装置13、温度采集模块14、导波采集模块15、温度处理控制器16、导波处理冗余控制器17、导波处理主控制器18、温度处理冗余控制器19、三级网主路由器20、三级网副路由器21、应用程序主服务器22、数据库主服务器23、应用程序冗余服务器24、数据库冗余服务器25、二级网路由器26、一级网络系统27、二级网络系统28、三级网络系统29。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例中用于锅炉四管状态风险预测的管控系统包括电站锅炉1、锅炉温度场炉顶部位温度传感器2、炉顶导波传感器3、受热面管金属壁温传感器4、氧化皮厚度数值人工输入装置5、炉后导波传感器6、锅炉温度场炉后温度传感器7、锅炉温度场炉后水冷壁区域温度传感器8、炉后水冷壁区域导波传感器9、锅炉温度场炉前温度传感器10、炉前导波传感器11、受热面管壁厚检测数据人工输入装置12、炉内金属壁温监测装置13、温度采集模块14、导波采集模块15、温度处理控制器16、导波处理冗余控制器17、导波处理主控制器18、温度处理冗余控制器19、三级网主路由器20、三级网副路由器21、应用程序主服务器22、数据库主服务器23、应用程序冗余服务器24、数据库冗余服务器25、二级网路由器26、一级网络系统27、二级网络系统28和三级网络系统29。

本实施例中的电站锅炉1上设置有锅炉温度场炉顶部位温度传感器2、炉顶导波传感器3、受热面管金属壁温传感器4、氧化皮厚度数值人工输入装置5、炉后导波传感器6、锅炉温度场炉后温度传感器7、锅炉温度场炉后水冷壁区域温度传感器8、炉后水冷壁区域导波传感器9、锅炉温度场炉前温度传感器10、炉前导波传感器11、受热面管壁厚检测数据人工输入装置12和炉内金属壁温监测装置13；锅炉温度场炉顶部位温度传感器2、受热面管金属壁温传感器4、锅炉温度场炉后温度传感器7、锅炉温度场炉后水冷壁区域温度传感器8、锅炉温度场炉前温度传感器10和炉内金属壁温监测装置13均连接至温度采集模块14；的炉顶导波传感器3、炉后导波传感器6、炉后水冷壁区域导波传感器9和炉前导波传感器11均连接至导波采集模块15。

本实施例中的一级网络系统27通过二级网路由器26与二级网络系统28相连，应用程序主服务器22、数据库主服务器23、应用程序冗余服务器24和数据库冗余服务器25均连接到二级网络系统28；三级网络系统29通过三级网副路由器21连接至应用程序主服务器22和数据库主服务器23，三级网络系统29通过三级网主路由器20连接至应用程序冗余服务器24和数据库冗余服务器25；温度采集模块14连接至温度处理控制器16和温度处理冗余控制器19，导波采集模块15连接至导波处理主控制器18和导波处理冗余控制器17；温度处理控制器16、导波处理冗余控制器17、导波处理主控制器18和温度处理冗余控制器19均与三级网络系统29相连；氧化皮厚度数值人工输入装置5和受热面管壁厚检测数据人工输入装置12均连接至三级网络系统29上。

本实施例中的用于锅炉四管状态风险预测的管控系统的工作步骤如下：

（1）三维监视。结合数据库技术、软件技术、网络技术、图形技术，建立一个集综合业务、数据信息、高度可视化为一体的三维数字平台，实现对锅炉受热面管立体结构、规格型号、材质等所有参数进行直观的三维显示，同时结合历年四管隐患点与泄漏点的数据、照片等信息进行分类、归纳、分析，并结合三维立体模型进行定位、查询和展现。

（2）锅炉受热面管泄漏监测。集合锅炉、声学、电子、计算机、机械等多学科技术，通过传感器获取炉内炉管泄漏的噪声信号，在消除锅炉运行的各种复杂噪声干扰的基础上，利用计算机技术，通过数据处理，进行声谱分析，实现对锅炉炉管泄漏的早期预报，并判断出泄漏的区域位置及泄漏程度。

（3）受热面壁温监测。建立完善的金属壁温监测系统，多起事故案例中无法追溯事故超温数据，建议逐根加装壁温测点，全面监测锅炉燃烧工况和管子超温情况；而对于上部垂直管，发生异物堵塞等情况较少，可分区域布置少量的壁温测点。分隔屏最外圈管子沿宽度方向应至少每屏布置１个测点。后屏过热器沿宽度方向每片屏最外侧管子均布置测点，沿宽度方向靠近两侧墙1/4处装设全屏壁温测点。高温过热器沿宽度方向每隔几片屏间隔布置1个测点，装设在每屏壁温计算值最高的管子上，同时在沿宽度方向高温区域的２～３管屏装设4到5个测点。高温再热器沿宽度方向壁温测点的布置原则与过热器的布置原则相同，对于低温过热器和低温再热器一般不要求布置较多的壁温测点。

（4）三维温度场模拟

随着大型电站锅炉的发展，其容量越来越大，炉膛尺寸也越来越大，因而很难在现场实际测量到所有需要的温度值，需要进行三维温度场模拟分析。利用锅炉原有温度场模型，结合现场的大量温度测点，进行模型修正，得出符合实际的三维温度场。

（5）当量温度计算

依据检测的管样向火侧内壁的氧化层厚度和锅炉运行时间，依据标准DL/T 654-2009对管子金属温度进行估算。例如估算12Cr1MoVG管样的金属温度，即：

lgx = - 6.839869 + 0.003860 T1 + 0.000283 T1 lgT

式中：

x—向火侧内壁氧化层厚度；

T1—兰氏温度；

T—管子的运行时间。

（6）估算出当量金属壁温后，利用第（4）步三维温度场温度分布模拟和第（5）步当量壁温计算，修正第（3）步中得到的金属壁温数据，最终形成壁温最终结果，用于超温风险预警。

（7）检验检测数据存储

将历次大小修的受热面氧化皮厚度数据及管壁壁厚的数据通过人工输入装置输入到系统，系统对这些数据进行趋势性分析，并可以利用壁温和减薄寿命评估模型，评估受热面管的风险状态。

（8）历史数据趋势分析

自学习，生成正常运行数据模型，根据数据趋势，自动诊断后续运行状况。目前电厂DCS系统均采用锅炉状态监测单参数阈值报警，智能管控采用锅炉状态监测多参数自学习阈值报警。

（9）状态监测及风险评级

针对锅炉受热面管进行风险管理，识别其在服役过程中存在的失效模式，分析发生失效的可能性及其后果的严重程度，评价其风险等级，通过在线监控、精细化深度检验、精益化检修改造、健康状态评价等措施进行风险防控，以提高锅炉运行安全性。

在将历次大小修受热面所有数据建档输入后，统计分析短时过热时间、短时过热次数、腐蚀情况、吹灰冲刷、壁厚、老化等级、硬度、运行时间、启停次数、升降温速率等参数，建立经验模型。根据关联因子模糊控制模型，计算出对应的正常工况判断常数空间；通过自学习修正后，后续将自动实时计算，判断潜在风险。故障工况下，计算故障常数空间，准确判断故障风险。

具体如下：正常工况：k1X1+k2X2+……+knXn={y1,y2,y3,……,yn}，结果在一个模糊控制的范围之内；故障工况：k1X1+k2X2+……+knXn={C1,C2,C3,……,Cn}，结果在一个模糊控制的范围之内。

（10）根据以上分析及计算结果，最终评估锅炉受热面状态风险情况。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。