中電華創(chuàng)電力技術(shù)研究有限公司 徐 威 俞衛(wèi)新 江蘇常熟發(fā)電有限公司 薛建強(qiáng) 許文彥 北京必可測(cè)科技股份有限公司 曹 鑫 高文蒂

火力發(fā)電站鍋爐受熱面泄漏是造成機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)的主要原因之一，今天對(duì)于鍋爐四管泄露的原因已有較深切認(rèn)識(shí)，對(duì)于四管泄露也有了相應(yīng)的管理制度和預(yù)防措施。。鍋爐四管泄漏事故的預(yù)防，主要隨著機(jī)組檢修時(shí)間段內(nèi)對(duì)鍋爐受熱面管道實(shí)行深入檢驗(yàn)檢測(cè)，在發(fā)現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)進(jìn)行消缺處理，但四大管道在日常檢修中，存在著“檢”不全面、存在盲點(diǎn)，“修”不到位、遺留缺陷的問題。因此如何把鍋爐安全預(yù)控工作做好，充分利用檢修期對(duì)鍋爐四管開展精細(xì)化檢修就顯得非常關(guān)鍵[1-2]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于數(shù)字孿生的電站鍋爐可視化安全預(yù)控系統(tǒng)，是利用數(shù)字孿生和可視化技術(shù)，對(duì)電站鍋爐進(jìn)行三維建模，實(shí)時(shí)直觀展示鍋爐受熱面布置情況，并將受熱面管材數(shù)據(jù)、金屬檢驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)、SIS 系統(tǒng)中鍋爐壁溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等關(guān)聯(lián)到三維模型中，建立電站鍋爐的數(shù)字孿生體，對(duì)設(shè)備進(jìn)行精細(xì)化管理的一種新技術(shù)。

利用所建立的電站鍋爐數(shù)字孿生模型，對(duì)受熱面的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、異動(dòng)預(yù)警和長(zhǎng)周期趨勢(shì)分析，通過對(duì)所監(jiān)測(cè)受熱面的重要程度、超溫情況、劣化趨勢(shì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定該處設(shè)備的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)并提出相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)建議，指導(dǎo)鍋爐受熱面檢修與金屬檢驗(yàn)檢測(cè)工作的開展。利用人機(jī)交互技術(shù)，將鍋爐受熱面檢修工作中發(fā)現(xiàn)的問題與最新的管材數(shù)據(jù)等反饋到系統(tǒng)中，將受熱面壁厚情況、減薄分布等更新到系統(tǒng)的知識(shí)庫，為進(jìn)一步做好鍋爐四管泄漏安全預(yù)控工作打下數(shù)字基礎(chǔ)（圖1）。

圖1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)圖

2 鍋爐三維建模

該系統(tǒng)以所建模的鍋爐圖紙為基礎(chǔ)，以臺(tái)賬設(shè)備樹為支撐，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際管道的布置，根據(jù)現(xiàn)有的三維數(shù)字化建模技術(shù)，將鍋爐受熱面中各主要部件及零件單獨(dú)進(jìn)行三維模型建模，然后拼裝組合成完整鍋爐。通過對(duì)鍋爐中需要監(jiān)督的設(shè)備、部件及零件進(jìn)行三維建模實(shí)現(xiàn)將所需要監(jiān)測(cè)的設(shè)備以三維立體圖形展示，并用顏色將不同的區(qū)域及不同的管道材質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，然后在設(shè)備臺(tái)賬錄入的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)三維模型所有設(shè)備信息與臺(tái)賬一致，完成數(shù)據(jù)對(duì)接，最后實(shí)現(xiàn)防磨防爆的可視化管理。

利用三維建模并結(jié)合可視化技術(shù)對(duì)電站鍋爐進(jìn)行數(shù)字孿生再現(xiàn)，可直觀展示鍋爐當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)與歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析情況。當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)存在受熱面超溫等異常情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)高亮閃爍并報(bào)警異常區(qū)域，便于技術(shù)人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常受熱面；可單獨(dú)選取受熱面各區(qū)域，查看當(dāng)前區(qū)域的詳細(xì)信息，包括管道材質(zhì)使用情況、檢修記錄、金屬檢驗(yàn)檢測(cè)記錄等。利用各類圖表，對(duì)電站鍋爐超溫統(tǒng)計(jì)情況、壁厚減薄分布、金屬檢驗(yàn)檢測(cè)情況等進(jìn)行圖表化展示，將鍋爐防磨防爆重點(diǎn)工作進(jìn)行可視化管理，做到對(duì)當(dāng)前鍋爐設(shè)備的各類信息一目了然。

3 受熱面狀態(tài)監(jiān)測(cè)及設(shè)備管控

通過數(shù)字孿生與可視化技術(shù)，將電廠SIS 系統(tǒng)中壁溫測(cè)點(diǎn)關(guān)聯(lián)預(yù)置在建立的鍋爐三維模型中，實(shí)現(xiàn)管道與測(cè)點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，獲取鍋爐受熱面的壁溫測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合管道的尺寸以及材質(zhì)等設(shè)備主要參數(shù)設(shè)置報(bào)警閾值，用列表和曲線圖譜等形式進(jìn)行數(shù)據(jù)展示實(shí)時(shí)反映測(cè)點(diǎn)及設(shè)備狀態(tài)等信息，采用多級(jí)報(bào)警的模式將報(bào)警信息告知相關(guān)技術(shù)人員，并提供相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警描述及維修建議。

系統(tǒng)對(duì)鍋爐受熱面狀態(tài)進(jìn)行報(bào)表管理，可選定時(shí)間段對(duì)各區(qū)域的超溫次數(shù)、超溫時(shí)長(zhǎng)、壁厚減薄程度等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從較長(zhǎng)時(shí)間維度上監(jiān)測(cè)各指標(biāo)的變化趨勢(shì)。系統(tǒng)將兩個(gè)或多個(gè)具備相關(guān)性的指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，設(shè)置受熱面劣化上限，當(dāng)有指標(biāo)超過預(yù)設(shè)的劣化極限時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)推送劣化預(yù)警，對(duì)由某一指標(biāo)變化即將帶來的缺陷進(jìn)行提取告知，對(duì)某些深層次隱藏缺陷提前預(yù)警，加強(qiáng)人工干預(yù)規(guī)避事故的發(fā)生。結(jié)合綜合評(píng)估信息可評(píng)估出該部件的狀態(tài)信息，包括健康狀態(tài)、部件風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、鍋爐管在線穩(wěn)定性及耐久性等，指導(dǎo)檢修工作重點(diǎn)關(guān)注該部位，合理分配檢修資源。

系統(tǒng)管理員可將火電廠內(nèi)的關(guān)于金屬監(jiān)督、防磨防爆及滾動(dòng)檢修等計(jì)劃項(xiàng)目進(jìn)行定制化植入，用戶可在此基礎(chǔ)上直觀的進(jìn)行計(jì)劃制定、記錄信息錄入及檢查檢修進(jìn)度并進(jìn)行跟蹤，也可通過系統(tǒng)觀察記錄匯總、完成缺陷管理、實(shí)現(xiàn)金檢閉環(huán)總結(jié)等工作，設(shè)備管理人員可根據(jù)時(shí)間、人員情況合理分配檢修工作，制定專項(xiàng)檢修計(jì)劃，為實(shí)現(xiàn)全局把控整個(gè)金檢過程，優(yōu)化檢修資源，需檢驗(yàn)的零件做到不過檢、失檢。此外結(jié)合歷次檢查發(fā)現(xiàn)受熱面缺陷的跟蹤信息、已發(fā)生缺陷的危險(xiǎn)信息、機(jī)組運(yùn)行報(bào)警信息等，以金屬監(jiān)督工作國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)則為基礎(chǔ)，以建立的設(shè)備臺(tái)賬樹為媒介，系統(tǒng)自動(dòng)智能化生成大、小檢修計(jì)劃。

系統(tǒng)設(shè)置各類金屬檢驗(yàn)檢測(cè)及防磨防爆記錄錄入模塊，用戶可在該模塊進(jìn)行各類檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的錄入，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢查及消缺過程所得結(jié)果（數(shù)據(jù)、圖片等）的快速錄入以及生成相關(guān)檢查報(bào)告的功能。同時(shí)系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)庫的高智能檢索功能在金屬檢驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上自動(dòng)將歷次的檢查詳情通過一定方式進(jìn)行科學(xué)的總結(jié)，總結(jié)信息包含時(shí)長(zhǎng)、所有設(shè)備信息、項(xiàng)目總數(shù)、項(xiàng)目完成率、缺陷項(xiàng)總結(jié)、消缺率、各類缺陷分布及參與人員與隊(duì)伍詳情，總結(jié)信息與三維圖形進(jìn)行關(guān)聯(lián)，歷次檢查的工作內(nèi)容以及目前設(shè)備現(xiàn)狀將一目了然。系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)跟蹤金屬檢驗(yàn)了解詳細(xì)情況，并將總結(jié)信息隨檢修進(jìn)度以及當(dāng)前工作任務(wù)的完成實(shí)時(shí)更新，從而實(shí)現(xiàn)改變目前的金屬監(jiān)督及檢驗(yàn)的管理體系及模式，大幅度提高檢修工作效率。

系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等信息化方式，建立鍋爐運(yùn)行維護(hù)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控及安全管理體系，通過用戶授權(quán)等功能實(shí)現(xiàn)用戶關(guān)系管理將管理的責(zé)任準(zhǔn)確的落實(shí)到責(zé)任人。通過梳理鍋爐防磨防爆和金屬檢驗(yàn)工作的主要環(huán)節(jié)，使用數(shù)字化進(jìn)行鍋爐相關(guān)信息實(shí)時(shí)跟蹤，建立起鍋爐長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和檢修信息，為超前控制風(fēng)險(xiǎn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

通過基于數(shù)字孿生的電站鍋爐可視化安全預(yù)控系統(tǒng)的研究，搭建了鍋爐三維模型，利用數(shù)字孿生技術(shù)，將各類信息關(guān)聯(lián)到模型中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的數(shù)字化管理；結(jié)合可視化技術(shù)，將各類信息用圖形、圖表的方式展現(xiàn)，便于技術(shù)人員直觀、及時(shí)地了解設(shè)備狀況；通過大數(shù)據(jù)分析，對(duì)鍋爐受熱面運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，提供運(yùn)行、維護(hù)與檢修建議，指導(dǎo)電廠鍋爐防磨防爆管理工作，減少鍋爐四管泄漏的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)鍋爐四管安全預(yù)控管理，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃?rùn)z修到精準(zhǔn)檢修的轉(zhuǎn)變。