河南第一火電建設(shè)公司 閆 冰

爐管泄漏自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的技術(shù)分析
——以新疆天富電廠為例

河南第一火電建設(shè)公司 閆 冰

鍋爐爐管泄漏是電廠常發(fā)事故，新疆天富電廠一期工程2臺(tái)1 180 t/h自然循環(huán)鍋爐所使用的DK-XLE型爐管泄漏自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是基于聲學(xué)檢測(cè)原理的爐管泄露監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鍋爐的水冷壁管、過熱器管、再熱器管和省煤器管的泄漏狀態(tài)，并可以在它們發(fā)生泄漏的早期給出報(bào)警信息，跟蹤、提示泄漏的發(fā)展趨勢(shì)，使電廠運(yùn)行工作人員及時(shí)采取措施，防止事故擴(kuò)大。系統(tǒng)具有的泄漏定位功能，可以縮短電廠的搶修時(shí)間，減少經(jīng)濟(jì)損失。

一、裝置概述

1. 工作原理。鍋爐在運(yùn)行時(shí)，爐內(nèi)管道充滿高溫、高壓介質(zhì)。如果發(fā)生泄漏，這些高溫、高壓介質(zhì)就會(huì)通過裂縫或破口噴射出來(lái)，形成噴流。噴流流入周圍環(huán)境氣流時(shí)，高速噴流介質(zhì)和周圍環(huán)境介質(zhì)急劇混合，從而使得射流邊界層形成強(qiáng)烈的湍流脈動(dòng)，產(chǎn)生噴流混合噪聲。另外，泄漏同樣也會(huì)在管道中激發(fā)出應(yīng)力波，然后通過管道的相互作用，聲源向外輻射能量形成聲波。從廣義上來(lái)講，聲波的這兩種傳播方式均可認(rèn)為是聲發(fā)射現(xiàn)象。

新疆天富電廠DK–XLE型爐管泄漏自動(dòng)報(bào)警裝置就是集鍋爐、聲學(xué)、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)，通過高度集成聲吶傳感器來(lái)動(dòng)態(tài)獲取鍋爐內(nèi)爐管泄漏的噪聲信號(hào)，建立動(dòng)態(tài)識(shí)別模型。在消除鍋爐運(yùn)行的各種復(fù)雜噪聲干擾的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過快速傅里葉變換（FFT），進(jìn)行聲譜分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐爐管泄漏的早期測(cè)報(bào)，并判斷出泄漏的區(qū)域位置及泄漏程度，使電站工作人員及時(shí)采取防護(hù)措施，防止事故擴(kuò)大，縮短搶修時(shí)間，減少經(jīng)濟(jì)損失。

2. 裝置組成。裝置由兩部分組成，包括信號(hào)采集系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3. 信號(hào)采集處理和傳輸過程。信號(hào)采集（傳感器）→信號(hào)傳輸（信號(hào)電纜）→A/D轉(zhuǎn)換PCL818HD→頻譜分析（FFT變換）→在線建立泄漏動(dòng)態(tài)模型→動(dòng)態(tài)模型與靜態(tài)模型比較

二、信號(hào)采集系統(tǒng)

1. 聲吶傳感器。傳感器是用來(lái)接收爐膛內(nèi)的聲頻信號(hào)，其中，現(xiàn)場(chǎng)采集單元是聲吶傳感器系統(tǒng)非常重要的組成部分，主要是把現(xiàn)場(chǎng)的聲音信號(hào)通過聲/ 電轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)的電壓信號(hào)，然后通過專用調(diào)理電路，去掉其中無(wú)用的高、低頻干擾信號(hào)，并把調(diào)理后的信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)要求適于遠(yuǎn)程傳輸?shù)?～20 mA電流信號(hào)。當(dāng)鍋爐正常工作時(shí)，所接收的信號(hào)為背景噪聲，其頻率主要集中在低頻段，而且聲音強(qiáng)度較弱。當(dāng)鍋爐爐管發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏聲不僅使?fàn)t膛噪聲強(qiáng)度明顯加強(qiáng)，而且其頻率主要集中在中高頻段，傳感器能將鍋爐爐內(nèi)噪聲的強(qiáng)度、頻譜等真實(shí)情況迅速地轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，傳輸給遠(yuǎn)在集控室的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。傳感器固定安裝在傳導(dǎo)管尾部上，每個(gè)傳感器包括一個(gè)一體化聲吶傳感器件和一個(gè)自測(cè)試噪聲發(fā)生器件，封裝在塑料殼中。傳感器的檢測(cè)范圍受增益旋鈕控制，一般在直徑10～15 m的半球空間，增益值隨測(cè)點(diǎn)背景噪聲變化而變化。

2. 聲波傳導(dǎo)管。傳導(dǎo)管固定在鍋爐爐壁上，用來(lái)提供信號(hào)通道，使傳感器與爐內(nèi)連通，保證真實(shí)采集鍋爐爐管泄漏所產(chǎn)生的聲頻信號(hào)。它包括金屬管、絕緣體、球閥、45°角三通和電動(dòng)除灰機(jī)構(gòu)等構(gòu)件，整體密封。

三、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1. 中心處理單元。利用多通道高速A/D采集卡，將一體化聲吶傳感器傳輸過來(lái)的電流信號(hào)進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，通過總線送至主處理板，進(jìn)行傅里葉快速變換（FFT），得出實(shí)時(shí)頻譜棒形圖及趨勢(shì)圖，建立動(dòng)態(tài)泄漏模型，跟蹤頻譜棒圖及趨勢(shì)圖的變化，針對(duì)泄漏特有的靜態(tài)頻譜模式，經(jīng)判別后進(jìn)行泄漏報(bào)警。同時(shí)具有歷史追憶功能，用于報(bào)警后數(shù)據(jù)分析。另外對(duì)測(cè)點(diǎn)處背景噪聲的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用于傳導(dǎo)管堵灰判別。

2. 顯示報(bào)警單元。作為中心處理單元的數(shù)據(jù)分析后顯示功能界面，它們包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、堵灰指示、監(jiān)聽畫面、遠(yuǎn)程診斷及系統(tǒng)配置情況顯示等。

（1）通過軟件界面的爐膛模擬圖可判斷出泄漏的區(qū)域位置。當(dāng)出現(xiàn)某測(cè)點(diǎn)附近爐管泄漏時(shí)，該點(diǎn)將會(huì)顯示紅色，經(jīng)延時(shí)處理后，輸出開關(guān)從量信號(hào)至光字牌報(bào)警。

（2）在堵灰指示畫面中，指出每一根聲波傳導(dǎo)管的積灰情況。當(dāng)出現(xiàn)堵灰時(shí)，提醒維護(hù)人員進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)。

（3）通過軟件界面的棒圖，可看出通道的能量大小。它反映通道的有效聲強(qiáng)值。

（4）通過頻譜圖可看出通道能量的頻率分布，得出頻譜曲線，與已知數(shù)學(xué)模式進(jìn)行比較，進(jìn)行泄漏判別。

（5）通過監(jiān)聽畫面實(shí)時(shí)監(jiān)聽爐內(nèi)噪聲。

（6）通過系統(tǒng)配置畫面設(shè)置每一個(gè)通道的增益值，并可以消除系統(tǒng)時(shí)間誤差。

四、設(shè)備主要構(gòu)成

1. 聲波傳導(dǎo)管。

2. 傳感器。

3. 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（38通道）配置：工控主機(jī)系統(tǒng)。

五、設(shè)備性能指標(biāo)

1. 傳感器。靈敏度＞25 mV/Pa，輸出電流0～6 mA（AC），檢測(cè)范圍半徑≤15 m半球空間，工作溫度－25～＋105 ℃，防水防塵標(biāo)準(zhǔn)IP65，耐腐蝕性pH≥4。

2. 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。16～48路輸入通道；PⅢ866CPU+128M內(nèi)存+20G硬盤+3.5英寸軟驅(qū);工業(yè)級(jí)專用電源及開關(guān)電源；32位隔離高速A/D卡，采樣頻率100 kHz；歷史追憶時(shí)間12個(gè)月。

六、實(shí)現(xiàn)功能

1. 爐管泄漏早期報(bào)警，實(shí)時(shí)顯示爐管泄漏區(qū)域位置。

2. 跟蹤泄漏發(fā)展趨勢(shì)，顯示泄漏頻譜，記錄泄漏歷史趨勢(shì)。

3. 實(shí)時(shí)監(jiān)聽爐內(nèi)噪聲，輔助監(jiān)視吹灰器運(yùn)行工況。

4. 系統(tǒng)自檢測(cè)試，傳導(dǎo)管堵灰判別。

5. 傳導(dǎo)管具備自動(dòng)清灰功能。

七、結(jié)論

目前，隨著火電機(jī)組向著高參數(shù)、大容量的方向發(fā)展，鍋爐爐管內(nèi)粘污、結(jié)垢、腐蝕等問題也尤為突出，成為爐管泄露的主要原因，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。在機(jī)組運(yùn)行中，運(yùn)用聲學(xué)監(jiān)測(cè)原理通過爐管泄漏自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)鍋爐運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以提高機(jī)組運(yùn)行的安全性；實(shí)時(shí)快速準(zhǔn)確報(bào)警，捕捉事故征兆，更能使運(yùn)行人員及時(shí)采取措施，防止事故擴(kuò)大，縮短搶修時(shí)間，減少經(jīng)濟(jì)損失。