基于声谱分析技术的锅炉炉管漏泄在线监测

基于声谱分析技术的锅炉炉管漏泄在线监测

随着核电站运行的可靠性不断提高，能源技术的不断完善，尤其是计算机技术的快速发展，通过对蒸汽发电站的运行状态进行各种实时在线监测和诊断，我们显著减少了磁体发染厂的事件率和非计划停工。利用声谱分析技术对锅炉“四管”漏泄的在线监测,早期发现它的轻微漏泄并及时报警,对妥善安排检修和缩短检修时间有非常重要的意义。通辽发电总厂于1998年初在厂家东北电力学院诊断中心的配合下,在#2炉(670T)安装了SFL型声谱分析法早期检测锅炉炉管漏泄在线监测系统。该系统是一种在线监测锅炉炉管早期漏泄状况的自动装置。1锅炉“四管”泄漏分析1.1管外冲淤,局部染色锅炉“四管”是指锅炉的水冷壁、省煤器、过热器、再热器。由于“四管”的工作环境极为恶劣,管内是高温高压的水、蒸汽或汽水混合物,管外不但承受高温烟气的辐射和对流换热,同时承受灰粒子的连续不断的冲蚀及由于火焰中心的偏移造成局部过热,因此很容易发生漏泄事故。诸如磨损、疲劳、材质不良、焊接工艺不好、烟气侧腐蚀、应力断裂等原因,都可能引起“四管”发生漏泄事故。1.2锅炉“四管”实时在线监测传统的检测锅炉漏泄的方法是工作人员在现场巡视监听,或通过补给水量的变化、蒸汽流量的变化、压力温度等参数指示异常进行分析判断。由于锅炉本体的管路复杂,加之气体的流动,火焰的燃烧等干扰,上述方法不容易发现炉管的早期漏泄,迟滞性很大,无法满足现场的要求。由于不能做到对锅炉“四管”实时在线监测,对微小漏泄不能及时发现,无法判断漏泄位置。当锅炉某一管路漏泄而未及时处理时,其内部具有强大压力的介质喷射而出,击穿其旁侧管路,甚至造成一连串的击穿,必将造成维修工作量加大,维修费用提高,延长停机时间。2.3锅炉炉管噪声控制技术目前,国内外先进的检测锅炉炉管漏泄的方法是通过声频传感器捕捉锅炉炉管漏泄产生的一定强度和频率范围的噪声,应用对噪声源信号进行在线频谱特性分析技术区分漏泄声源和背景噪声,达到检测炉管的早期漏泄目的。2加大了炉管裂纹或开孔时产生的低频带噪声信号锅炉正常运行时由于燃烧噪声,一、二次风流动噪声,灰粒子冲击管壁等等都产生强度非常大的背景噪声。由于磨损、疲劳、局部过热等原因造成炉管裂纹或开孔时,高温高压的内部介质流经缝隙而产生宽频带的噪声信号,通过对漏泄时产生的宽频带噪声信号的捕捉来确定泄漏与否。由于锅炉背景噪声信号强及炉内温度高,漏泄噪声信号衰减非常快,如何在非常强的背景噪声中提取漏泄信号是漏泄检测的关键问题之一。2.1设备维护简单方便,方便维护简单方便本系统为一套计算机数据采集控制系统,通过规范系统结构,有效地降低了设备的故障率,设备维护简单方便。锅炉“四管”漏泄在线监测装置主要由波导管、传感器、阻抗匹配放大器、滤波器、转换器、主机、数据采集卡、FFT分析、报警装置、输出装置等构成的一套计算机数据采集系统,系统结构框图如图1所示:2.2信号转换电路具有灵敏度高、抗干扰性能好、耐高温、抗潮湿的传感器采集炉内的噪声信号和漏泄信号并转换成电信号,该信号送入前置放大器进行放大,去除信号中的无用部分,以提高信噪比,考虑到现场存在的各种干扰,需将信号转换成适合于远距离传输的标准信号,即V/I转换。而在控制室还要将传输过来的信号进行I/V转换,再进行放大、滤波和信号整形,转换成A/D采集量程范围内的标准电信号送入系统主机中。2.3傅立叶变换A/D转换将模拟信号转换成数字信号供FFT板进行在线傅立叶变换,获得漏泄频率信号和强弱。根据传感器的检测范围确定的所有检测通道形成的一种网状结构,对锅炉每一个部位的漏泄进行全面在线监测。2.4计算机输出警报置于主控室内的漏泄检测报警机柜的彩色显示器上显示漏泄情况及驱动漏泄报警。2.5系统设计的优势监测系统软件为一套全中文图形化多点监控软件包,该软件包利用频谱分析技术对各通道采集信号进行在线频谱特性分析,极大地提高了检测的准确性和灵敏度,实现了锅炉炉管漏泄的早期报警和漏泄过程的可视化,同时具备网络和远程监控诊断能力。系统设计采用模块化结构,充分考虑软件的升级和方便现场操作,具有非常高的先进性、稳定性、可扩展性。其软件配置结构如图2所示。2.5.1数据采集模块模拟信号经A/D转换后变成数字量信号,通过对该数字量信号进行数字滤波、放大、整合后送入FFT分析模块。2.5.2基于在线频谱特性分析的漏泄检测技术锅炉在运行时有各种各样的噪声源,而且不同容量的锅炉,相同容量在不同负荷下运行的锅炉以及运行的不同时刻都可能使噪声源产生变化。如何区分锅炉运行时背景噪声与漏泄噪声是早期检测“四管”漏泄的关键。仅仅将传感器接收的噪声源信号进行带通滤波处理和通过设置槛值的办法是不够的,为了提高漏泄检测的准确性和灵敏度,必须对噪声源信号进行在线频谱特性分析,利用该技术解决在临界状态下漏泄噪声的判别问题。通过对信号在线FFT分析,获得每一通道的频率特性,再通过频谱分析、软件滤波等进行综合计算以及经验数据的支持,消除掉背景噪声,提取出漏泄信号。通过采用对噪声源信号进行在线频谱特性分析和带通滤波相结合的方法,可以提高检测的准确性和灵敏度,而且设备维护、调试简单方便,系统各测点间相互干扰的问题也全部消除,锅炉吹灰对正确判断漏泄无影响。还可根据锅炉运行情况用人机对话方式设置工作频段。2.5.3根据调查数据的基本特征,可将这一基层数据纳入数据文件或网络数据库中各自为了满足实时显示和历史查询及远程和网络查询的需要,数据存储模块分别将诊断数据分别存入数据文件、本地或网络数据库中,并可按要求直观反映不同时段、不同测点的变化趋势。2.5.4漏泄位置和漏泄程度根据系统诊断结果,当确定为漏泄后,输出报警信号、直观显示漏泄位置和漏泄程度。当选择系统自检时,通过对自检信号的接收与分析,确定传感器故障、堵灰、各通道的电路故障并提示用户,有效防止漏报、误报。2.5.5系统参数设置模块根据锅炉实际运行情况,通过本模块设置漏泄监测系统的放大情况、中心频率、上下限截止频率、延迟时间、通道启停等,参数设置全部数字化。2.5.6远程监控模块通过拨号连接提供远程漏泄诊断、技术支持及软件升级等功能,为用户提供实时的技术服务和技术支持。2.5.7实时传输,方便监测本系统具有很好的开放性,可采用文件写入方式或网上交互方式与电厂DCS或MIS系统相连,实现数据共享,方便用户实时地检测和查询锅断漏泄监测情况。3辅助监测系统目前检测锅炉炉管早期漏泄的装置只能判断在锅炉内某一区域是否发生炉管漏泄,并不能准确定位到具体的漏泄管排上,所以装置主要作用是判断锅炉“四管”的早期漏泄,确定漏泄发生的受热面。此外该装置还可作为锅炉吹灰系统的辅助监测设备。图3是电厂“声谱分析法锅炉炉管漏泄在线监测系统”捕捉的再热器漏泄的实际记录曲线。图中趋势曲线明显表明,在某日该点信号上升报警,当时在炉外监听或通过给水流量、蒸汽流量无法判断是否发生漏泄,直到事后第二天才有轻微漏泄现象。由于发现漏泄早,及时进行了处理,很快恢复正常运行。实践证明当炉内某受热面出现炉管漏泄时,传感器覆盖范围内漏泄点附近的几个测点信号都将变强,并发出报警。烟气流动对传感器的影响下游测点比上游测点大。特征量为频谱分析和软件滤波等综合计算后的能量值。4锅炉炉管漏泄监测系统的意义采用计算机技术、在线声谱分析技术和漏泄智能分析技术的锅炉炉管漏泄在线监测系统,能够对锅炉受热面的轻微漏泄进行实时监测和准确早期报警。(1)通过使用锅炉炉管漏泄在线监测系统对炉管漏泄的早期诊断,可以合理的安排检修计划,充人利用热备用停炉检修,减少临检