基于聲譜分析技術(shù)的鍋爐爐管漏泄在線監(jiān)測(cè)

基于聲譜分析技術(shù)的鍋爐爐管漏泄在線監(jiān)測(cè)

隨著核電站運(yùn)行的可靠性不斷提高，能源技術(shù)的不斷完善，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，通過對(duì)蒸汽發(fā)電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行各種實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和診斷，我們顯著減少了磁體發(fā)染廠的事件率和非計(jì)劃停工。利用聲譜分析技術(shù)對(duì)鍋爐“四管”漏泄的在線監(jiān)測(cè),早期發(fā)現(xiàn)它的輕微漏泄并及時(shí)報(bào)警,對(duì)妥善安排檢修和縮短檢修時(shí)間有非常重要的意義。通遼發(fā)電總廠于1998年初在廠家東北電力學(xué)院診斷中心的配合下,在#2爐(670T)安裝了SFL型聲譜分析法早期檢測(cè)鍋爐爐管漏泄在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種在線監(jiān)測(cè)鍋爐爐管早期漏泄?fàn)顩r的自動(dòng)裝置。1鍋爐“四管”泄漏分析1.1管外沖淤,局部染色鍋爐“四管”是指鍋爐的水冷壁、省煤器、過熱器、再熱器。由于“四管”的工作環(huán)境極為惡劣,管內(nèi)是高溫高壓的水、蒸汽或汽水混合物,管外不但承受高溫?zé)煔獾妮椛浜蛯?duì)流換熱,同時(shí)承受灰粒子的連續(xù)不斷的沖蝕及由于火焰中心的偏移造成局部過熱,因此很容易發(fā)生漏泄事故。諸如磨損、疲勞、材質(zhì)不良、焊接工藝不好、煙氣側(cè)腐蝕、應(yīng)力斷裂等原因,都可能引起“四管”發(fā)生漏泄事故。1.2鍋爐“四管”實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)的檢測(cè)鍋爐漏泄的方法是工作人員在現(xiàn)場(chǎng)巡視監(jiān)聽,或通過補(bǔ)給水量的變化、蒸汽流量的變化、壓力溫度等參數(shù)指示異常進(jìn)行分析判斷。由于鍋爐本體的管路復(fù)雜,加之氣體的流動(dòng),火焰的燃燒等干擾,上述方法不容易發(fā)現(xiàn)爐管的早期漏泄,遲滯性很大,無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)的要求。由于不能做到對(duì)鍋爐“四管”實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè),對(duì)微小漏泄不能及時(shí)發(fā)現(xiàn),無(wú)法判斷漏泄位置。當(dāng)鍋爐某一管路漏泄而未及時(shí)處理時(shí),其內(nèi)部具有強(qiáng)大壓力的介質(zhì)噴射而出,擊穿其旁側(cè)管路,甚至造成一連串的擊穿,必將造成維修工作量加大,維修費(fèi)用提高,延長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間。2.3鍋爐爐管噪聲控制技術(shù)目前,國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的檢測(cè)鍋爐爐管漏泄的方法是通過聲頻傳感器捕捉鍋爐爐管漏泄產(chǎn)生的一定強(qiáng)度和頻率范圍的噪聲,應(yīng)用對(duì)噪聲源信號(hào)進(jìn)行在線頻譜特性分析技術(shù)區(qū)分漏泄聲源和背景噪聲,達(dá)到檢測(cè)爐管的早期漏泄目的。2加大了爐管裂紋或開孔時(shí)產(chǎn)生的低頻帶噪聲信號(hào)鍋爐正常運(yùn)行時(shí)由于燃燒噪聲,一、二次風(fēng)流動(dòng)噪聲,灰粒子沖擊管壁等等都產(chǎn)生強(qiáng)度非常大的背景噪聲。由于磨損、疲勞、局部過熱等原因造成爐管裂紋或開孔時(shí),高溫高壓的內(nèi)部介質(zhì)流經(jīng)縫隙而產(chǎn)生寬頻帶的噪聲信號(hào),通過對(duì)漏泄時(shí)產(chǎn)生的寬頻帶噪聲信號(hào)的捕捉來確定泄漏與否。由于鍋爐背景噪聲信號(hào)強(qiáng)及爐內(nèi)溫度高,漏泄噪聲信號(hào)衰減非?？?如何在非常強(qiáng)的背景噪聲中提取漏泄信號(hào)是漏泄檢測(cè)的關(guān)鍵問題之一。2.1設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單方便,方便維護(hù)簡(jiǎn)單方便本系統(tǒng)為一套計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng),通過規(guī)范系統(tǒng)結(jié)構(gòu),有效地降低了設(shè)備的故障率,設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單方便。鍋爐“四管”漏泄在線監(jiān)測(cè)裝置主要由波導(dǎo)管、傳感器、阻抗匹配放大器、濾波器、轉(zhuǎn)換器、主機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、FFT分析、報(bào)警裝置、輸出裝置等構(gòu)成的一套計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示:2.2信號(hào)轉(zhuǎn)換電路具有靈敏度高、抗干擾性能好、耐高溫、抗潮濕的傳感器采集爐內(nèi)的噪聲信號(hào)和漏泄信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),該信號(hào)送入前置放大器進(jìn)行放大,去除信號(hào)中的無(wú)用部分,以提高信噪比,考慮到現(xiàn)場(chǎng)存在的各種干擾,需將信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)信號(hào),即V/I轉(zhuǎn)換。而在控制室還要將傳輸過來的信號(hào)進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換,再進(jìn)行放大、濾波和信號(hào)整形,轉(zhuǎn)換成A/D采集量程范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)送入系統(tǒng)主機(jī)中。2.3傅立葉變換A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供FFT板進(jìn)行在線傅立葉變換,獲得漏泄頻率信號(hào)和強(qiáng)弱。根據(jù)傳感器的檢測(cè)范圍確定的所有檢測(cè)通道形成的一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),對(duì)鍋爐每一個(gè)部位的漏泄進(jìn)行全面在線監(jiān)測(cè)。2.4計(jì)算機(jī)輸出警報(bào)置于主控室內(nèi)的漏泄檢測(cè)報(bào)警機(jī)柜的彩色顯示器上顯示漏泄情況及驅(qū)動(dòng)漏泄報(bào)警。2.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件為一套全中文圖形化多點(diǎn)監(jiān)控軟件包,該軟件包利用頻譜分析技術(shù)對(duì)各通道采集信號(hào)進(jìn)行在線頻譜特性分析,極大地提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏度,實(shí)現(xiàn)了鍋爐爐管漏泄的早期報(bào)警和漏泄過程的可視化,同時(shí)具備網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷能力。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu),充分考慮軟件的升級(jí)和方便現(xiàn)場(chǎng)操作,具有非常高的先進(jìn)性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性。其軟件配置結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.5.1數(shù)據(jù)采集模塊模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字量信號(hào),通過對(duì)該數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波、放大、整合后送入FFT分析模塊。2.5.2基于在線頻譜特性分析的漏泄檢測(cè)技術(shù)鍋爐在運(yùn)行時(shí)有各種各樣的噪聲源,而且不同容量的鍋爐,相同容量在不同負(fù)荷下運(yùn)行的鍋爐以及運(yùn)行的不同時(shí)刻都可能使噪聲源產(chǎn)生變化。如何區(qū)分鍋爐運(yùn)行時(shí)背景噪聲與漏泄噪聲是早期檢測(cè)“四管”漏泄的關(guān)鍵。僅僅將傳感器接收的噪聲源信號(hào)進(jìn)行帶通濾波處理和通過設(shè)置檻值的辦法是不夠的,為了提高漏泄檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏度,必須對(duì)噪聲源信號(hào)進(jìn)行在線頻譜特性分析,利用該技術(shù)解決在臨界狀態(tài)下漏泄噪聲的判別問題。通過對(duì)信號(hào)在線FFT分析,獲得每一通道的頻率特性,再通過頻譜分析、軟件濾波等進(jìn)行綜合計(jì)算以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持,消除掉背景噪聲,提取出漏泄信號(hào)。通過采用對(duì)噪聲源信號(hào)進(jìn)行在線頻譜特性分析和帶通濾波相結(jié)合的方法,可以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏度,而且設(shè)備維護(hù)、調(diào)試簡(jiǎn)單方便,系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)間相互干擾的問題也全部消除,鍋爐吹灰對(duì)正確判斷漏泄無(wú)影響。還可根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況用人機(jī)對(duì)話方式設(shè)置工作頻段。2.5.3根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)的基本特征,可將這一基層數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)文件或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中各自為了滿足實(shí)時(shí)顯示和歷史查詢及遠(yuǎn)程和網(wǎng)絡(luò)查詢的需要,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊分別將診斷數(shù)據(jù)分別存入數(shù)據(jù)文件、本地或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中,并可按要求直觀反映不同時(shí)段、不同測(cè)點(diǎn)的變化趨勢(shì)。2.5.4漏泄位置和漏泄程度根據(jù)系統(tǒng)診斷結(jié)果,當(dāng)確定為漏泄后,輸出報(bào)警信號(hào)、直觀顯示漏泄位置和漏泄程度。當(dāng)選擇系統(tǒng)自檢時(shí),通過對(duì)自檢信號(hào)的接收與分析,確定傳感器故障、堵灰、各通道的電路故障并提示用戶,有效防止漏報(bào)、誤報(bào)。2.5.5系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊根據(jù)鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況,通過本模塊設(shè)置漏泄監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的放大情況、中心頻率、上下限截止頻率、延遲時(shí)間、通道啟停等,參數(shù)設(shè)置全部數(shù)字化。2.5.6遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊通過撥號(hào)連接提供遠(yuǎn)程漏泄診斷、技術(shù)支持及軟件升級(jí)等功能,為用戶提供實(shí)時(shí)的技術(shù)服務(wù)和技術(shù)支持。2.5.7實(shí)時(shí)傳輸,方便監(jiān)測(cè)本系統(tǒng)具有很好的開放性,可采用文件寫入方式或網(wǎng)上交互方式與電廠DCS或MIS系統(tǒng)相連,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,方便用戶實(shí)時(shí)地檢測(cè)和查詢鍋斷漏泄監(jiān)測(cè)情況。3輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目前檢測(cè)鍋爐爐管早期漏泄的裝置只能判斷在鍋爐內(nèi)某一區(qū)域是否發(fā)生爐管漏泄,并不能準(zhǔn)確定位到具體的漏泄管排上,所以裝置主要作用是判斷鍋爐“四管”的早期漏泄,確定漏泄發(fā)生的受熱面。此外該裝置還可作為鍋爐吹灰系統(tǒng)的輔助監(jiān)測(cè)設(shè)備。圖3是電廠“聲譜分析法鍋爐爐管漏泄在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”捕捉的再熱器漏泄的實(shí)際記錄曲線。圖中趨勢(shì)曲線明顯表明,在某日該點(diǎn)信號(hào)上升報(bào)警,當(dāng)時(shí)在爐外監(jiān)聽或通過給水流量、蒸汽流量無(wú)法判斷是否發(fā)生漏泄,直到事后第二天才有輕微漏泄現(xiàn)象。由于發(fā)現(xiàn)漏泄早,及時(shí)進(jìn)行了處理,很快恢復(fù)正常運(yùn)行。實(shí)踐證明當(dāng)爐內(nèi)某受熱面出現(xiàn)爐管漏泄時(shí),傳感器覆蓋范圍內(nèi)漏泄點(diǎn)附近的幾個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)都將變強(qiáng),并發(fā)出報(bào)警。煙氣流動(dòng)對(duì)傳感器的影響下游測(cè)點(diǎn)比上游測(cè)點(diǎn)大。特征量為頻譜分析和軟件濾波等綜合計(jì)算后的能量值。4鍋爐爐管漏泄監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的意義采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、在線聲譜分析技術(shù)和漏泄智能分析技術(shù)的鍋爐爐管漏泄在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),能夠?qū)﹀仩t受熱面的輕微漏泄進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確早期報(bào)警。(1)通過使用鍋爐爐管漏泄在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)爐管漏泄的早期診斷,可以合理的安排檢修計(jì)劃,充人利用熱備用停爐檢修,減少臨檢