周根來

(華電水務(wù)工程有限公司，北京 100160)

分析儀表是電廠鍋爐給水、機(jī)組循環(huán)汽水生產(chǎn)過程中重要的設(shè)備，是監(jiān)測機(jī)組循環(huán)汽水的水質(zhì)和水處理系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的離子定量分析儀表。鍋爐給水及機(jī)組循環(huán)汽水的水質(zhì)會(huì)直接影響鍋爐、汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，也會(huì)影響火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，因此電廠越來越重視鍋爐給水及機(jī)組循環(huán)汽水分析儀表。

1 分析儀表配置原則

電廠鍋爐給水及機(jī)組循環(huán)汽水分析儀表的配置依據(jù)是DL/T 5068—2014《火力發(fā)電廠化學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]。分析儀表的最低配置原則： 不僅能滿足分析電廠鍋爐給水的水質(zhì)，還能夠監(jiān)測全廠機(jī)組循環(huán)汽水的品質(zhì)。因此，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)不止單獨(dú)配置一種類型儀表，還有其他類型的儀表輔助。即使在運(yùn)行過程中某塊儀表出現(xiàn)故障，還可以依靠同一取樣點(diǎn)的其他儀表，來判斷鍋爐給水及機(jī)組汽水的水質(zhì)是否合格。

機(jī)組循環(huán)汽水系統(tǒng)、鍋爐給水系統(tǒng)分析儀表監(jiān)測點(diǎn)的配置分別見表1和表2所列。

2 智能分析儀表通信協(xié)議

常規(guī)分析儀表只能輸出4～20 mA的模擬信號(hào)，而配有Profibus-DP總線通信接口的分析儀表不僅能輸出實(shí)際測量值，還能輸出多個(gè)狀態(tài)及驗(yàn)證信號(hào)。Profibus-DP通信協(xié)議是目前工業(yè)控制系統(tǒng)最成功的總線協(xié)議之一，它不依懶于生產(chǎn)廠家，且屬于開放式的現(xiàn)場總線，各類自動(dòng)化設(shè)備均可以通過相同的接口協(xié)議交換信息。Profibus-DP用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。

Profibus-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信用于組態(tài)、診斷和報(bào)警處理。Profibus產(chǎn)品生產(chǎn)廠家會(huì)提供電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件(GSD)，該文件包含I/O點(diǎn)數(shù)，診斷信息，波特率，參數(shù)監(jiān)視等功能參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)的GSD數(shù)據(jù)將通信擴(kuò)大到操作員控制級(jí)。使用根據(jù)GSD所作的組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備集成在同一總線系統(tǒng)中。

隨著火力發(fā)電廠智能化的不斷推進(jìn)，鍋爐給水及機(jī)組循環(huán)汽水系統(tǒng)也加快了智能化改造。因此模擬信號(hào)的分析儀表升級(jí)改造為Profibus-DP總線通信接口的智能分析儀表是未來的趨勢。

3 智能分析儀表信號(hào)

智能分析儀表集成了多個(gè)傳感器，除輸出測量值，還輸出多個(gè)設(shè)備本體及輔助設(shè)備的狀態(tài)及驗(yàn)證信號(hào)，用以輔助判斷測量值是否有效。下面介紹Profibus-DP的智能分析儀表的信號(hào)種類。

3.1 測量值

測量值包括各參數(shù)相應(yīng)的未經(jīng)變送器處理的電極信號(hào)。常規(guī)pH計(jì)二次儀表輸出的信號(hào)為毫安值，智能pH計(jì)不僅能輸出測量值，還能輸出pH計(jì)電極原始毫伏值和樣水溫度值。

3.2 狀態(tài)值

鈉表測量所需的pH值，pH計(jì)測量樣水所需的溫度值，都可以作為狀態(tài)值，用來輔助判斷當(dāng)前的樣水是否符合測量要求。

3.3 儀表設(shè)定及校準(zhǔn)歷史

電極或者儀表的基本設(shè)定參數(shù)包括： 溫度補(bǔ)償曲線、電導(dǎo)電池常數(shù)，溫度偏置等；校準(zhǔn)歷史包括： 儀表零點(diǎn)校準(zhǔn)、斜率校準(zhǔn)、驗(yàn)證測量、離線手工取樣等操作的執(zhí)行時(shí)間、記錄結(jié)果等。

表1 機(jī)組循環(huán)汽水分析儀表配置

表2 鍋爐給水系統(tǒng)分析儀表配置

3.4 自診斷數(shù)據(jù)及綜合報(bào)警信號(hào)

自診斷數(shù)據(jù)包括： 試劑消耗余量、陽離子置換效率、比色器皿污染程度等相關(guān)信息；綜合報(bào)警信號(hào)包括： 錯(cuò)誤報(bào)警、超限報(bào)警、故障報(bào)警等。

3.5 擴(kuò)展繼電器開關(guān)量信號(hào)

繼電器Relay1和Relay2所有相關(guān)輸入信息及執(zhí)行動(dòng)作(開關(guān)量)，如向上控制/向下控制。

4 智能分析儀表系統(tǒng)

分析儀表廠家可以提供1套完整的智能分析儀表應(yīng)用系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

通過對(duì)鍋爐給水及機(jī)組循環(huán)汽水分析儀表數(shù)據(jù)的集成，進(jìn)而自診斷，自分析。系統(tǒng)可以分析儀表的運(yùn)行狀態(tài)，診斷儀表測量結(jié)果，并且產(chǎn)生相應(yīng)的部件故障及建議維護(hù)方案，其目的是為用戶提供指導(dǎo)性的維護(hù)方案，提高儀表維護(hù)水平和維護(hù)效率。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下功能。

圖1 電廠智能分析儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

4.1 測量值驗(yàn)證

測量值是否有效會(huì)影響鍋爐給水、機(jī)組循環(huán)汽水的品質(zhì)的真實(shí)性，因此測量值的有效性需要被驗(yàn)證。專家診斷系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)定期掃描狀態(tài)值、校準(zhǔn)歷史、儀表設(shè)定值等，告訴用戶當(dāng)前測量值是否有效。

若測量值不可靠，診斷系統(tǒng)會(huì)給用戶提示和相應(yīng)的維護(hù)指導(dǎo)，提示用戶關(guān)注并采取措施。

4.2 儀表維護(hù)

智能分析儀表可以設(shè)定校準(zhǔn)周期，到期后系統(tǒng)自動(dòng)提示需要進(jìn)行相應(yīng)的操作。

智能分析儀表端能產(chǎn)生的預(yù)警信號(hào)包括： 計(jì)算出試劑等消耗品余量值、余量不足、消耗品用完。例如硅表試劑還剩3 d的余量時(shí)，產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)，給予用戶充足的時(shí)間增補(bǔ)試劑。系統(tǒng)能給用戶提供相應(yīng)的處理參考方法。

4.3 數(shù)據(jù)處理

智能分析儀表將儀表末端的所有數(shù)據(jù)上傳給診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，用戶利用歷史數(shù)據(jù)，制作趨勢圖，對(duì)比圖等。

4.4 設(shè)備管理

建立全廠分析儀表設(shè)備數(shù)據(jù)庫，包含儀表、電極、消耗品、備品備件等的數(shù)量，定期維護(hù)過程中更換的消耗品、電極等，及時(shí)更新設(shè)備數(shù)據(jù)庫，定期自動(dòng)提示采購人員需要采購的備品備件、藥品試劑數(shù)量。

4.5 設(shè)備診斷

根據(jù)設(shè)備的維護(hù)記錄，設(shè)備的投用時(shí)間和設(shè)備使用年限，結(jié)合儀表廠家的備品生產(chǎn)信息，定期生成診斷報(bào)告，告訴用戶更換設(shè)備或定期更換備品備件。

5 智能分析儀表效益分析

5.1 智能儀表更安全

智能分析儀表將快速，全面化地傳送和集成信號(hào)給DCS，并根據(jù)專家診斷軟件提供參考處理意見，由此機(jī)組循環(huán)汽水的品質(zhì)可以得到全方位的監(jiān)控。分析儀表維護(hù)過程中無需或僅需少量人為干預(yù)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備自我檢測、自我診斷、趨勢分析、異常報(bào)警等功能，提高了機(jī)組的安全運(yùn)行。

5.2 運(yùn)行更環(huán)保

傳統(tǒng)分析儀表運(yùn)行時(shí)，操作人員通常會(huì)過量加藥來保證其正常運(yùn)行。例如鍋爐給水反滲透ORP值控制還原劑的加入量，循環(huán)汽水ORP值控制加氨量等。智能分析儀表信號(hào)穩(wěn)定可靠，藥劑的用量更為精準(zhǔn)和穩(wěn)定，避免了因人工操作而產(chǎn)生的加藥量不準(zhǔn)確、調(diào)控不穩(wěn)定和加藥時(shí)機(jī)不科學(xué)等問題，從而有效控制藥品消耗，使廢液排放指標(biāo)更為合理、環(huán)保。

6 結(jié)束語

模擬分析儀表獲得的信號(hào)單一，運(yùn)行人員多數(shù)依靠現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合實(shí)際情況來判斷分析儀表運(yùn)行狀態(tài)是否良好。而智能分析儀表可輸出多種信號(hào)，可驗(yàn)證所獲得的測量值，提高測量值的有效性和準(zhǔn)確率。根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)際情況預(yù)估關(guān)鍵部件的使用壽命，更加科學(xué)合理去采購備品備件，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，提高了設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行能力。分析儀表系統(tǒng)監(jiān)測畫面還可顯示相應(yīng)的維護(hù)指令，大幅降低儀表運(yùn)行維護(hù)的難度。使維護(hù)人員快速分析處理問題，大幅提高生產(chǎn)效率。