孫迎新 大慶油田公司電力集團(tuán)熱電廠

化學(xué)汽水品質(zhì)監(jiān)測(cè)控制管理系統(tǒng)在熱電廠的應(yīng)用

孫迎新 大慶油田公司電力集團(tuán)熱電廠

化學(xué)汽水品質(zhì)監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確將直接影響熱電廠水質(zhì)調(diào)整的準(zhǔn)確性，加藥過量或不足都將導(dǎo)致水質(zhì)的波動(dòng)。選用具有Modbus TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)，采用冗余結(jié)構(gòu)，由上行和下行兩條鏈路來(lái)保證監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)性。介質(zhì)采用光纖光纜，網(wǎng)絡(luò)通訊速率為100 Mbps，保證了系統(tǒng)大信息量的通訊。系統(tǒng)組成包括具有組態(tài)、管理、監(jiān)視、MIS發(fā)布、遠(yuǎn)控等功能的工作站，以及電化學(xué)測(cè)量子系統(tǒng)和自動(dòng)加藥控制子系統(tǒng)。各種監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備全部帶有工業(yè)以太網(wǎng)接口，可以直接聯(lián)入主干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化與工業(yè)自動(dòng)化的無(wú)縫結(jié)合。

汽水品質(zhì)監(jiān)測(cè)；工業(yè)以太網(wǎng)；現(xiàn)場(chǎng)總線；電化學(xué)PAC

化學(xué)汽水品質(zhì)監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確將直接影響熱電廠水質(zhì)調(diào)整的準(zhǔn)確性，加藥過量或不足都將導(dǎo)致水質(zhì)的波動(dòng)。水質(zhì)波動(dòng)在高溫、高壓的情況下，化學(xué)反應(yīng)是十分明顯的。而這種情況將直接導(dǎo)致凝汽器換熱管的嚴(yán)重腐蝕，還將對(duì)省煤器、鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器管造成腐蝕。因此創(chuàng)建一種高效、安全、先進(jìn)的化學(xué)汽水品質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是降低成本、提高監(jiān)測(cè)能力、保障機(jī)組安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要途徑。

1 監(jiān)測(cè)存在的問題及解決辦法

大慶油田公司電力集團(tuán)熱電廠汽水品質(zhì)監(jiān)測(cè)存在的主要問題是技術(shù)手段低，手工分析弊病多、隱患大。該熱電廠建廠初期，受當(dāng)時(shí)的技術(shù)、資金方面的限制，其汽水品質(zhì)監(jiān)測(cè)一直采用傳統(tǒng)的“電極+二次儀表”模式在線監(jiān)測(cè)，只能監(jiān)測(cè)樣水的pH值、電導(dǎo)率和溶解氧等項(xiàng)目，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目少，無(wú)法滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要。

為了解決這一問題，采用了性能更好、功能更全、沒有維護(hù)量的虛擬儀表。這是實(shí)施汽水品質(zhì)監(jiān)測(cè)控制管理系統(tǒng)改造的關(guān)鍵措施，可徹底解決制約熱電廠汽水質(zhì)量監(jiān)督水平的技術(shù)瓶頸。

2 加藥裝置存在的弊病及解決措施

改造前熱電廠1#～3#機(jī)組一直采用人工間歇沖擊式加藥方式，這種原始的加藥方式存在很多弊病。

（1）加藥量不準(zhǔn)確、調(diào)整不及時(shí)。泵的啟停決定是否進(jìn)行加藥，泵開啟時(shí)間的長(zhǎng)短決定加藥量，時(shí)間全靠經(jīng)驗(yàn)。一次調(diào)整過程要經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)人工取樣、化驗(yàn)分析、啟/停泵三個(gè)步驟，滯后大約有20～ 30 min，在機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定狀況下這樣的調(diào)整還能夠滿足要求，但遇到機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)，特別是早、晚供電高峰時(shí)，就會(huì)因調(diào)節(jié)不及時(shí)，使?fàn)t水和給水品質(zhì)忽高忽低，在相當(dāng)大的范圍內(nèi)波動(dòng)，從而導(dǎo)致熱力設(shè)備腐蝕和結(jié)垢。

（2）人為因素多，勞動(dòng)強(qiáng)度大。加藥值班員自己化驗(yàn)、自己控制，全靠值班員的業(yè)務(wù)水平，不可控的因素較多，加藥的準(zhǔn)確性和及時(shí)性很難保證。如遇到機(jī)組負(fù)荷大幅波動(dòng)，取樣、化驗(yàn)和調(diào)整就更頻繁，勞動(dòng)強(qiáng)度很大。

（3）加藥泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，耗電量大。泵啟停和運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)短決定加藥量，時(shí)間又全靠經(jīng)驗(yàn)，這樣就會(huì)浪費(fèi)很多電量，增加了發(fā)電成本。

（4）解決措施。改手動(dòng)加藥為變頻自動(dòng)加藥，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。對(duì)現(xiàn)有的加藥裝置和控制柜進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加藥。這樣可嚴(yán)格控制熱力系統(tǒng)的汽水品質(zhì)，延長(zhǎng)機(jī)組的壽命，提高發(fā)電效率，保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，而且還能大大減輕值班員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。另外，也只有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加藥，才能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)汽水品質(zhì)的優(yōu)化控制，真正達(dá)到爐內(nèi)低磷酸鹽工況。

3 監(jiān)測(cè)控制管理系統(tǒng)方案

3.1 汽水品質(zhì)監(jiān)測(cè)控制管理系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

選用了具有Modbus TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)，采用冗余結(jié)構(gòu)，由上行和下行兩條鏈路來(lái)保證監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)性。介質(zhì)采用光纖光纜，網(wǎng)絡(luò)通訊速率為100 Mbps，保證了系統(tǒng)大信息量的通訊。系統(tǒng)內(nèi)含具有組態(tài)、管理、監(jiān)視、MIS發(fā)布、遠(yuǎn)控等功能的工作站，以及電化學(xué)測(cè)量子系統(tǒng)和自動(dòng)加藥控制子系統(tǒng)。各種監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備全部帶有工業(yè)以太網(wǎng)接口，可以直接聯(lián)入主干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化與工業(yè)自動(dòng)化的無(wú)縫結(jié)合。

3.2 具有組態(tài)、管理、遠(yuǎn)控等功能的工作站

（1）用虛擬儀表替代二次儀表。通過工作站強(qiáng)大的功能使取消二次儀表變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。眾所周知，化學(xué)儀表長(zhǎng)期以來(lái)都是以“電極＋二次儀表”模式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。電極屬于消耗品定時(shí)要更換，對(duì)電極的維護(hù)就是日常標(biāo)定、清洗。但二次儀表的維護(hù)量大、成本高，對(duì)維護(hù)人員技術(shù)要求很高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，化學(xué)在線分析儀表的維護(hù)量80%在二次儀表上。本方案通過把虛擬儀表技術(shù)與電化學(xué)變送模塊結(jié)合徹底取消了二次儀表，將二次儀表的維護(hù)量減少到零。

（2）工作站中虛擬儀表的主要功能。虛擬儀表的主要功能包括：①同時(shí)標(biāo)定4只（種）電極，大大提高了維護(hù)效率；②自動(dòng)生成和查詢班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表并打印輸出，方便管理統(tǒng)計(jì)；③能進(jìn)行任意4個(gè)測(cè)量值的歷史數(shù)據(jù)同屏比對(duì)分析；④查詢某段時(shí)間內(nèi)的報(bào)警信息、使用記錄、標(biāo)定記錄和系統(tǒng)操作記錄，方便系統(tǒng)維護(hù)；⑤長(zhǎng)達(dá)幾年的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和趨勢(shì)曲線顯示；⑥在局域網(wǎng)上發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了汽水品質(zhì)監(jiān)督的信息化；⑦實(shí)現(xiàn)了儀表的遠(yuǎn)程操作和維護(hù)。虛擬儀表在具有單臺(tái)儀表所有功能的同時(shí)，還增加了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和聯(lián)網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)了汽水品質(zhì)監(jiān)督的自動(dòng)化和信息化。

3.3 電化學(xué)測(cè)量子系統(tǒng)

電化學(xué)測(cè)量子系統(tǒng)的核心是電化學(xué)PAC(可編程自動(dòng)化控制器)，這是國(guó)際上具有工業(yè)以太網(wǎng)接口的電化學(xué)變送PAC。它借用PAC的設(shè)計(jì)思想，采用可靠的PAC主卡，插嵌電導(dǎo)率、pH值和溶解氧的變送模板，采用多通道方式，一個(gè)模板可掛接多個(gè)電極，以實(shí)現(xiàn)電化學(xué)量的激勵(lì)、變送、采集和運(yùn)算。

電化學(xué)PAC內(nèi)嵌工業(yè)以太網(wǎng)通訊控制器，采用Modbus TCP/IP協(xié)議，還自帶RS485通訊接口，實(shí)現(xiàn)與鈉表、硅表、磷表（因硅、鈉、磷表的水路復(fù)雜，所以沒有取消二次儀表）的數(shù)據(jù)通訊，從而提高了監(jiān)測(cè)的精度，徹底消除了儀表顯示值與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示值的不一致問題。

3.4 加藥控制子系統(tǒng)

加藥控制子系統(tǒng)的核心是加藥控制PAC，除具有常規(guī)的PAC優(yōu)點(diǎn)外，其最大的特點(diǎn)是具有更強(qiáng)的編程和邏輯運(yùn)算能力，以保證加藥裝置在各種情況下都能準(zhǔn)確地加藥。

加藥控制PAC可插接各種I/O卡，實(shí)現(xiàn)控制柜上各種開關(guān)的狀態(tài)采集和指示燈的控制。同時(shí)，通過自帶的RS485通訊接口實(shí)現(xiàn)與變頻器的雙向數(shù)據(jù)通訊。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 實(shí)現(xiàn)了反饋參數(shù)的柔性連接

加藥控制子系統(tǒng)的控制器采用了具有Modbus TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)接口，其優(yōu)點(diǎn)如下：①實(shí)現(xiàn)了加藥裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控；②實(shí)現(xiàn)了加藥裝置與化學(xué)測(cè)量值的軟連接。由于采用了工業(yè)以太網(wǎng)作為測(cè)量和加藥裝置的通訊接口，加藥控制器通過網(wǎng)絡(luò)直接獲取測(cè)量值，不再需要其他的連接。

4.2 實(shí)現(xiàn)了加藥系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)

準(zhǔn)確、可靠的反饋信號(hào)是加藥裝置自動(dòng)控制的前提，通過采用工業(yè)以太網(wǎng)、加藥控制器可以對(duì)測(cè)量子系統(tǒng)的測(cè)量參數(shù)靈活選擇，形成多參數(shù)冗余控制，一旦某參數(shù)失效，自動(dòng)切換到另一個(gè)參數(shù)，繼續(xù)正常加藥，大大提高了加藥的可靠性。

例如磷酸鹽加藥系統(tǒng)，可以很方便地將爐水的電導(dǎo)率和pH值作為反饋信號(hào)，與磷酸根值一起參與控制，一旦磷表出現(xiàn)故障，自動(dòng)將電導(dǎo)率和pH值作為反饋控制信號(hào)。

4.3 系統(tǒng)具有超強(qiáng)擴(kuò)展性

本方案主要是進(jìn)行汽水品質(zhì)的測(cè)量、給水及爐水加藥裝置的改造，但在構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)，充分考慮了以后系統(tǒng)的擴(kuò)展需要，采用了開放性很好的工業(yè)以太網(wǎng)作為系統(tǒng)的主干網(wǎng)，以后可以很方便地將其他控制和檢測(cè)系統(tǒng)聯(lián)入本系統(tǒng)。

常見的其他系統(tǒng)有：①加藥的自動(dòng)配藥裝置，進(jìn)一步減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；②爐水連排的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)合理的自動(dòng)排污；③內(nèi)冷水的自動(dòng)加藥；④循環(huán)水自動(dòng)加緩蝕阻垢劑；⑤與化學(xué)有關(guān)的其他量的監(jiān)測(cè)（如水箱、酸堿罐的液位）。

4.4 系統(tǒng)運(yùn)行及效果評(píng)定

（1）該系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的化學(xué)在線儀分析表設(shè)置模式，減少了二次儀表的中間環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)的測(cè)量、傳輸和顯示更加準(zhǔn)確可靠。

（2）該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大，信息容量大，且相互之間的傳輸轉(zhuǎn)換極為方便，同時(shí)大容量的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)及報(bào)表生成功能為進(jìn)行準(zhǔn)確的汽水品質(zhì)分析提供了可靠的保證。

（3）由于加藥裝置實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)控操作，大大減輕了值班人員的工作強(qiáng)度。

（4）該系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單易行，模塊及電極的故障檢測(cè)和更換極為方便。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.030

2015-05-29