CN102644912B - 电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制装置及方法 - Google Patents

电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制装置及方法，所述的电站锅炉热交换管安全风险的在线监视与控制装置，其特征在于，包括锅炉炉膛压力传感器、汽包水位测量装置、汽轮机调节级后蒸汽压力传感器、引风机电流表、烟气湿度传感器、电站锅炉热工保护***接口、计算服务器、网页服务器和用户端浏览器锅炉炉膛压力传感器、汽包水位测量装置、汽轮机调节级后蒸汽压力传感器、引风机电流表、烟气湿度传感器皆通过电站锅炉热工保护***接口连接计算服务器，计算服务器连接网页服务器，网页服务器连接用户端浏览器。本发明实现了电站锅炉热交换管安全风险的在线计算与控制。

Description

电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制装置及方法
技术领域
本发明涉及电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制装置及方法，属于电站锅炉技术领域。
背景技术
电站锅炉的热交换管包括省煤器、水冷壁、过热器和再热器。省煤器的作用是利用锅炉尾部低温烟气的热量来加热锅炉给水，降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率，节约燃料消耗量。水冷壁的作用是吸收炉膛火焰和烟气的热量并传递给水冷壁管子里的水，使其蒸发为饱和蒸汽。过热器的作用是将饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽，以提高火电机组的热效率。再热器的作用是将汽轮机高压缸排汽加热到与过热蒸汽相等或相近的再热温度，然后再送到汽轮机中压缸及低压缸中膨胀做功，进一步提高火电机组的热效率。电站锅炉热交换管发生爆管事故，后果严重。电站锅炉热交换管的安全风险同热交换管发生爆管事故可能性和热交换管爆管事故后果有关；电站锅炉热交换管发生爆管事故可能性同事故概率和事故特征信号有关，电站锅炉热交换管的事故后果同检修时间长短有关。现有的电站锅炉热工保护***，具有炉膛压力、汽包水位、引风机的电动机电流等在线保护功能，还没有电站锅炉热交换管安全风险的在线监视与控制功能。
发明内容
本发明的目的是提供电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制装置和方法，实现电站锅炉热交换管安全风险的在线监视与控制。
为了实现以上目的，本发明提供了一种电站锅炉热交换管安全风险的在线监视与控制装置，其特征在于，包括锅炉炉膛压力传感器、汽包水位测量装置、汽轮机调节级后蒸汽压力传感器、引风机电流表、烟气湿度传感器、电站锅炉热工保护***接口、计算服务器、网页服务器和用户端浏览器，锅炉炉膛压力传感器设于倒U型锅炉的水平烟道上壁面和下壁面，汽包水位测量装置设于汽包上，汽轮机调节级后蒸汽压力传感器设于汽轮机高压缸上，引风机电流表设于引风机的电动机上，烟气湿度传感器设于锅炉尾部烟道的四周炉墙内壁上，锅炉炉膛压力传感器、汽包水位测量装置、汽轮机调节级后蒸汽压力传感器、引风机电流表、烟气湿度传感器皆通过电站锅炉热工保护***接口连接计算服务器，计算服务器连接网页服务器，网页服务器连接用户端浏览器。
本发明还提供了一种电站锅炉热交换管的安全风险在线监视与控制方法，其特征在于，使用上述装置，采用C语言编写电站锅炉热交换管安全风险的计算软件，运行在计算服务器上，应用于电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制，具体步骤为：
第一步：计算电站锅炉热交换管发生爆管的事故概率FPi：使用计算机软件，在线计算电站锅炉第i种热交换管发生爆管事故的概率FPi
Figure 2011104138407100002DEST_PATH_IMAGE001
式中，ni为本台电站锅炉各第i种热交换管发生爆管事故的次数，n0i为软件数据文件中已有的同型号电站锅炉相应的第i种热交换管发生爆管事故的总次数的历史数据统计值，ti为本台电站锅炉从投运至当前的日历小时数，t0i为软件数据文件中已有的同型号电站锅炉使用的总日历小时数的历史数据的统计值；
    第二步：在线监视电站锅炉炉膛压力信号：采用锅炉炉膛压力传感器，在线监视电站锅炉炉膛压力，根据炉膛压力监视值的大小，定义电站锅炉热交换管事故发生可能性的第1个系数P1表示在表1；
表1：
Figure 2011104138407100002DEST_PATH_IMAGE003
第三步：在线监视电站锅炉汽包水位信号：采用汽包水位测量装置，在线监视汽包锅炉的汽包水位，根据电站锅炉汽包水位监视值的大小，定义电站锅炉热交换管事故发生可能性的第2个系数P2表示在表2；
    表2：
Figure 2011104138407100002DEST_PATH_IMAGE005
第四步：在线监视电站锅炉主蒸汽流量信号：采用汽轮机调节级后蒸汽压力传感器，在线监视电站汽轮机调节级后蒸汽压力，根据主蒸汽流量与调节级后蒸汽压力成正比的关系，在线计算主蒸汽流量，并依据相同机组负荷下主蒸汽流量增大幅度的监视值的大小，定义电站锅炉热交换管事故发生可能性的第3个系数P3表示在表3；
表3： 
Figure 2011104138407100002DEST_PATH_IMAGE007
第五步：在线监视引风机电动机的电流信号：采用引风机电流表，在线监视电站锅炉引风机的电动机电流，根据电站锅炉引风机的电动机电流的监视值的大小，定义电站锅炉热交换管事故发生可能性的第4个系数P4表示在表4；
表4：
Figure 2011104138407100002DEST_PATH_IMAGE009
第六步：在线监视电站锅炉烟气湿度信号：采用烟气湿度传感器，在线监视电站锅炉烟气湿度，根据电站锅炉烟气湿度增大百分比的监视值的大小，定义热交换管事故发生可能性的第5个系数P5表示在表5；
    表5：
Figure 2011104138407100002DEST_PATH_IMAGE011
第七步：计算热交换管的平均检修时间MTTRi：使用计算机软件中已有的历史数据，在线计算电站锅炉第i种热交换管发生爆管事故的平均检修时间MTTRi
Figure 67715DEST_PATH_IMAGE012
式中，τ0i为软件数据文件已有的同型号电站锅炉相应第i种热交换管发生爆管事故引起的电站锅炉的总的非计划停运时间；
第八步：计算电站锅炉热交换管的动态安全风险排序数RPNi：使用计算软件，计算电站锅炉第i种热交换管发生爆管事故的动态安全风险排序数RPNi
RPNi=FPi×P1×P2×P3×P4×P5×MTTRi
第九步：评定电站锅炉热交换管安全风险等级：根据电站锅炉热交换管动态安全风险排序数的RPNi大小，把电站锅炉热交换管的安全风险分为5个等级，表示表6；
    表6：
Figure 47172DEST_PATH_IMAGE014
第十步：确定电站锅炉热交换管的最大动态安全风险排序数RPNmax：采用如下公式，计算电站锅炉热交换管的动态安全风险排序数中的最大动态安全风险排序数RPNmax
RPNmax=max{RPNi}
第十一步：采取电站锅炉热交换管的风险控制措施：根据电站锅炉热交换管的最大动态安全风险排序数RPNmax的计算值，采取以下风险控制措施对策：
（1）若RPNmax<72，有五级风险，轻微风险，可接受风险，按《发电企业设备检修导则》（DL/T838）规定的检修间隔和检修内容安排C级检修（计划小修），进行全面检查；
（2）若72≤RPNmax<168，有四级风险，普通风险，可接受风险，在本月内安排C级检修（计划小修）中，进行全面检查；
（3）若168≤RPNmax<336，有三级风险，重要风险，不可接受风险，在本周内安排临时检修，进行全面检查；
（4）若336≤RPNmax<720，有二级风险，严重风险，不可接受风险，在三天内安排临时检修，进行全面检查；
（5）若RPNmax≥720，有一级风险，重大风险，不可接受风险，立即停炉安排临时检修，进行全面检查。
本发明的优点是给出了电站锅炉热交换管安全风险的在线监视与控制装置，实现了电站锅炉热交换管安全风险的在线计算与控制。如果电站锅炉热交换管动态安全风险排序数增大时，通过合理的安排临时检修或C级检修来使电站锅炉热交换管的安全风险处于受控状态。
附图说明
图1为本发明电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制装置的方框图；
图2为本发明电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制方法的流程图；
图3为本发明计算服务器采用的计算机软件框图；
图4为电站锅炉热交换管安全风险排序数计算结果的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例来具体说明本发明。
实施例
如图1所示，为本发明电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制装置的方框图，本发明的电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制装置由锅炉炉膛压力传感器1、汽包水位测量装置2、汽轮机调节级后蒸汽压力传感器3、引风机电流表4、烟气湿度传感器5、电站锅炉热工保护***接口、计算服务器、网页服务器和用户端浏览器组成，在倒U型锅炉的水平烟道上壁面和下壁面分别安装3个锅炉炉膛压力传感器1，在汽包上安装汽包水位测量装置2（包括1套就地水位计、3套差压式水位测量装置和3套电极式水位测量装置），在汽轮机高压缸安装2个汽轮机调节级后蒸汽压力传感器3，在两台引风机的电动机上安装2个引风机电流表4，在锅炉尾部烟道的四周炉墙内壁安装4个烟气湿度传感器5，锅炉炉膛压力传感器1、汽包水位测量装置2、汽轮机调节级后蒸汽压力传感器3、引风机电流表4、烟气湿度传感器5皆与电站锅炉热工保护***接口连接计算服务器，计算服务器连接网页服务器，网页服务器连接用户端浏览器。
如图2所示，本发明电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制方法的流程图，如图3所示，本发明计算服务器采用的计算机软件框图，该软件安装在电站锅炉热交换管安全风险排序数的计算服务器上，应用于电站锅炉热交换管安全风险的在线计算和控制。
对于某型号亚临界300MW控制循环锅炉，炉膛压力的报警值为0.996kPa，汽包水位报警值为-178mm，同负荷下主蒸汽流量增大幅度的报警值为2%，引风机的电动机电流的报警值为126安培，烟气湿度的增大百分比的报警值为20%。该台300MW电站锅炉热交换管采用图1所示的装置、图2所示的流程图和图3所示的计算机软件，图4为该台300MW电站锅炉在某一时刻的热交换管安全风险计算结果的示意图。该台300MW电站锅炉的热交换管在某一时刻的安全风险的监视与控制结果如下：
第一步：电站锅炉热交换管发生爆管的事故概率FPi的在线计算结果列于表7；
表7：
热交换管名称 爆管事故概率FPi
省煤器 2.901777×10-1
水冷壁 6.897997×10-1
过热器 6.315633×10-1
再热器 3.283326×10-1
第二步和第三步：使用计算机软件，由300MW电站锅炉炉膛压力在线监视值得出的系数P1与汽包水位监视值得出的系数P2的计算值列于表8；
表8：
热交换管名称 P1 P2
省煤器 1 1
水冷壁 2 1
过热器 2 1
再热器 2 1
第四步、第五步和第六步：由300MW电站锅炉主蒸汽流量在线监视值得出的系数P3、引风机的电动机电流在线监视值得出的系数P4和烟气温度在线监视值得出的系数P5的计算值列于表9；
表9：
热交换管名称 P3 P4 P5
省煤器 1 2 1
水冷壁 2 1 1
过热器 2 2 1
再热器 2 1 1
第七步：300MW电站锅炉热交换管的平均检修时间MTTRi的历史数据的计算结果列于表10；
表10：
事故名称 MTTRi（h）
省煤器爆管 90.19
水冷壁爆管 87.93
过热器爆管 88.94
再热器爆管 94.85
第八步和第九步：该台300MW电站锅炉热交换管动态安全风险排序数RPNi的计算值和风险级别的评定结果列于表11；
表11：
热交换管位置 RPNi 风险等级
省煤器爆管 52.34 轻微风险
水冷壁爆管 242.62 重要风险
过热器爆管 449.37 严重风险
再热器爆管 124.57 普通风险
第十步和第十一步：该台300MW电站锅炉热交换管在该时刻的动态安全风险排序数的最大值为RPNmax=449.37>236，有二级风险，严重风险，热交换管的爆管事故为过热器爆管，采取的安全风险控制措施为三天内安排临时检修，对过热器进行全面检查。
采用本发明提供的电站锅炉热交换管安全风险的在线监视与控制装置，实现了在线定量计算300MW电站锅炉热交换管的安全风险排序数，根据电站锅炉热交换管的最大动态安全风险排序数来安排临时检修或C级检修，使该台300MW电站锅炉热交换管的安全风险处于受控状态。

Claims (2)

1.一种电站锅炉热交换管安全风险的在线监视与控制装置，其特征在于，包括锅炉炉膛压力传感器（1）、汽包水位测量装置（2）、汽轮机调节级后蒸汽压力传感器（3）、引风机电流表（4）、烟气湿度传感器（5）、电站锅炉热工保护***接口、计算服务器、网页服务器和用户端浏览器，锅炉炉膛压力传感器（1）设于倒U型锅炉的水平烟道上壁面和下壁面，汽包水位测量装置（2）设于汽包上，汽轮机调节级后蒸汽压力传感器（3）设于汽轮机高压缸上，引风机电流表（4）设于引风机的电动机上，烟气湿度传感器（5）设于锅炉尾部烟道的四周炉墙内壁上，锅炉炉膛压力传感器（1）、汽包水位测量装置（2）、汽轮机调节级后蒸汽压力传感器（3）、引风机电流表（4）、烟气湿度传感器（5）皆通过电站锅炉热工保护***接口连接计算服务器，计算服务器连接网页服务器，网页服务器连接用户端浏览器。
2.一种电站锅炉热交换管的安全风险在线监视与控制方法，其特征在于，使用权利要求1所述的电站锅炉热交换管安全风险的在线监视与控制装置，采用C语言编写电站锅炉热交换管安全风险的计算软件，运行在计算服务器上，应用于电站锅炉热交换管安全风险在线监视与控制，具体步骤为：
第一步：计算电站锅炉热交换管发生爆管的事故概率FPi：使用计算机软件，在线计算电站锅炉第i种热交换管发生爆管事故的概率FPi
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式中，ni为本台电站锅炉各第i种热交换管发生爆管事故的次数，n0i为软件数据文件中已有的同型号电站锅炉相应的第i种热交换管发生爆管事故的总次数的历史数据统计值，ti为本台电站锅炉从投运至当前的日历小时数，t0i为软件数据文件中已有的同型号电站锅炉使用的总日历小时数的历史数据的统计值；
    第二步：在线监视电站锅炉炉膛压力信号：采用锅炉炉膛压力传感器（1），在线监视电站锅炉炉膛压力，根据炉膛压力监视值的大小，定义电站锅炉热交换管事故发生可能性的第1个系数P1表示在表1；
表1：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
第三步：在线监视电站锅炉汽包水位信号：采用汽包水位测量装置（2），在线监视汽包锅炉的汽包水位，根据电站锅炉汽包水位监视值的大小，定义电站锅炉热交换管事故发生可能性的第2个系数P2表示在表2；
    表2：
Figure 2011104138407100001DEST_PATH_IMAGE006
第四步：在线监视电站锅炉主蒸汽流量信号：采用汽轮机调节级后蒸汽压力传感器（3），在线监视电站汽轮机调节级后蒸汽压力，根据主蒸汽流量与调节级后蒸汽压力成正比的关系，在线计算主蒸汽流量，并依据相同机组负荷下主蒸汽流量增大幅度的监视值的大小，定义电站锅炉热交换管事故发生可能性的第3个系数P3表示在表3；
表3： 
Figure 2011104138407100001DEST_PATH_IMAGE008
第五步：在线监视引风机电动机的电流信号：采用引风机电流表（4），在线监视电站锅炉引风机的电动机电流，根据电站锅炉引风机的电动机电流的监视值的大小，定义电站锅炉热交换管事故发生可能性的第4个系数P4表示在表4；
表4：
第六步：在线监视电站锅炉烟气湿度信号：采用烟气湿度传感器（5），在线监视电站锅炉烟气湿度，根据电站锅炉烟气湿度增大百分比的监视值的大小，定义热交换管事故发生可能性的第5个系数P5表示在表5；
    表5：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
第七步：计算热交换管的平均检修时间MTTRi：使用计算机软件中已有的历史数据，在线计算电站锅炉第i种热交换管发生爆管事故的平均检修时间MTTRi
式中，τ0i为软件数据文件已有的同型号电站锅炉相应第i种热交换管发生爆管事故引起的电站锅炉的总的非计划停运时间；
第八步：计算电站锅炉热交换管的动态安全风险排序数RPNi：使用计算软件，计算电站锅炉第i种热交换管发生爆管事故的动态安全风险排序数RPNi
Figure DEST_PATH_IMAGE016
第九步：评定电站锅炉热交换管安全风险等级：根据电站锅炉热交换管动态安全风险排序数的RPNi大小，把电站锅炉热交换管的安全风险分为5个等级，表示表6；
    表6：
第十步：确定电站锅炉热交换管的最大动态安全风险排序数RPNmax：采用如下公式，计算电站锅炉热交换管的动态安全风险排序数中的最大动态安全风险排序数RPNmax
Figure DEST_PATH_IMAGE020
第十一步：采取电站锅炉热交换管的风险控制措施：根据电站锅炉热交换管的最大动态安全风险排序数RPNmax的计算值，采取以下风险控制措施对策：
（1）若RPNmax<72，有五级风险，轻微风险，可接受风险，按《发电企业设备检修导则》DL/T838规定的检修间隔和检修内容安排C级检修，进行全面检查；
（2）若72≤RPNmax<168，有四级风险，普通风险，可接受风险，在本月内安排按《发电企业设备检修导则》DL/T838规定的C级检修中，进行全面检查；
（3）若168≤RPNmax<336，有三级风险，重要风险，不可接受风险，在本周内安排临时检修，进行全面检查；
（4）若336≤RPNmax<720，有二级风险，严重风险，不可接受风险，在三天内安排临时检修，进行全面检查；
（5）若RPNmax≥720，有一级风险，重大风险，不可接受风险，立即停炉安排临时检修，进行全面检查。
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