一种基于温度特征参数的锅炉管异物堵塞在线监测方法与流程

本发明属于火电厂锅炉受热面安全监测领域，具体涉及一种基于温度特征参数的锅炉管异物堵塞在线监测方法，用于实时评价锅炉受热面异物堵塞的严重程度，指导技术人员及时掌握锅炉管运行存在的风险，减少超温引起的四管泄漏。

背景技术：
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随着近十年来国内超临界、超超临界机组的大量投运，锅炉高温受热面受到设计结构、炉管材质、高参数运行、割管及焊接处理等方面原因的影响，经常会发生锅炉管异物堵塞的情况，由此引起的炉管超温失效屡见不鲜，几乎每台超(超)临界机组都曾经或多或少的出现过此类问题。异物堵塞包括两种情况：1.制造、安装以及检修期间留存于炉管内的杂物或焊渣堵塞焊缝及节流孔；2.运行过程生成的氧化皮脱落堵塞弯头。上述两种情况均会引起管壁温度上升，降低炉管的剩余寿命，严重时导致炉管快速失效，引起机组非停。

现阶段国内发现炉管异物堵塞的方法分为两类：离线检测和在线监测。离线检测是指利用机组停机检修期间，对锅炉管进行磁性检测或射线探伤的方法来判断炉管是否发生堵塞。该方法直观有效、准确可靠，但有以下不足：1○只能在停机检修时进入锅炉检测，对运行期间的异常堵塞无法及时发现。2○检测工作量大，检测范围及部位的选取较为盲目，例如，电厂往往对炉管下弯头检测氧化皮堆积，但很少主动对焊缝和节流孔进行检测，而目前超(超)临界机组发生异物堵塞节流孔引起超温和爆管的现象比较常见。

在线监测是指通过锅炉管的壁温测点，监控炉管温度异常变化。目前电厂普遍采用的温度在线监测系统，能实现温度的实时监测、超温报警、超温统计等功能，但目前的监测系统仅关注和记录超温，只适用于炉管堵塞严重(触发超温阀值)的情况，对于低于超温阀值情况下温度的异常变化不能有效的预警和分析，而实际上很多时候，炉管的异物堵塞是一个逐渐形成并加重的过程，中前期炉管壁温虽有明显上升，但并不会达到超温阀值的程度，工作人员很难去留意和发现其隐含的信息。这个时候若能及时预警并给出风险提示，电厂便可以有针对性的安排运行或检修措施，确保锅炉受热面的安全运行。

技术实现要素：
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本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷或不足，既缺乏有效反映炉管异物堵塞程度的在线监测指标，无法捕获和预警低于超温阀值情况下温度的异常变化，提供了一种基于温度特征参数的锅炉管异物堵塞在线监测方法，通过设计关键的温度特征参数，并基于规则库实时做出判断，形成一个反映炉管堵塞程度的风险指标。该方法可以有效捕获各类明显或隐含的温度异常变化，指导电厂技术人员掌握炉管异物堵塞的程度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种基于温度特征参数的锅炉管异物堵塞在线监测方法，该方法通过计算实时超温、连续超温和长时平均温度超温关键温度特征参数，并通过预设规则将其转换为炉管堵塞风险指标。

本发明进一步的改进在于，包括以下步骤：

1)构建锅炉受热面壁温测点信息表，包括测点编号、测点位置、测点描述、测点单位；

2)依据锅炉各受热面设计参数，设定各测点的实时壁温报警阀值；

3)从电厂DCS或SIS系统中导出所有测点的历史数据，绘制温度场曲线；

4)根据所绘制温度场曲线，确定各壁温测点的长时平均温度报警阀值；

5)实时读取受热面壁温测点数据；

6)依据所采集壁温数据，计算各测点的实时超温、连续超温、长时平均温度超温等特征参数；

7)根据测点温度特征参数值，依据预设规则判断该测点位置的异物堵塞风险指标。

本发明进一步的改进在于，步骤2)中，所述的依据锅炉各受热面设计参数，设定各测点的实时壁温报警阀值，是指根据锅炉设计说明书、锅炉壁温强度计算书中各锅炉管壁温报警建议阀值，设定每个壁温测点的报警阀值，实时壁温报警阀值设置为三级，从小到大依次为一级报警阀值L_TR1、二级报警阀值L_TR2、三级报警阀值L_TR3，相邻两级之间差约15°～30°。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，所述的从电厂DCS或SIS系统中导出所有测点的历史数据，绘制温度场曲线，是指选取锅炉平稳运行工况下的一段时间范围，从电厂生产数据库中导出测点历史数据，计算各测点的历史平均值，进而绘制受热面各截面上的温度场，温度场的横坐标为从炉左到炉右的管屏编号。

本发明进一步的改进在于，步骤4)中，所述的根据所绘制温度场曲线，确定各壁温测点的长时平均温度报警阀值，是指在测点温度场上对应数值的基础上，加上15°～40°得到各测点的长时平均温度报警阀值L_TV，L_TV需要小于实时壁温一级报警阀值L_TR1；所谓的长时平均温度是指锅炉运行过程中，当天之前30天时间范围内的平均温度，计算的频率为1次/天，数据间隔为1分钟。

本发明进一步的改进在于，步骤5)中，所述的实时读取受热面壁温测点数据，是指系统按设定的采集频率1分钟实时从电厂生产数据库中采集所有测点的壁温数据。

本发明进一步的改进在于，步骤6)中，所述的依据所采集壁温数据，计算各测点的实时超温、连续超温、长时平均温度超温特征参数，是指每分钟对测点数据处理1次，判断是否实时超温和连续超温，若实时超温，记录实时超温的级别H_TR；若连续超温，记录连续超温持续的次数N_TL和级别H_TL；若本轮数据没有超温，连续超温的次数和级别需清零；每天计算并判断一次长时平均温度是否超温，若超温，记录长时平均温度超温持续的次数N_TV，若本轮没有超温，长时平均温度超温的持续次数需清零。

本发明进一步的改进在于，步骤7)中，所述的根据测点温度特征参数值，依据预设规则判断该测点位置的异物堵塞风险指标，并给出处理建议，是指设计一个规则库，其中温度特征参数满足预定的规则后就可判断其堵塞风险，当每轮计算得到各测点的特征参数后，按照规则给出堵塞风险提示及处理建议。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

传统在线监测以实时温度监测为核心，仅能实现炉管壁温的实时监测、超温报警、超温统计等功能，不能反映炉管异物堵塞程度演变的全过程，也就无法对低于超温阀值情况下温度的异常变化进行有效的预警和分析。但实际情况是很多异物堵塞尤其是氧化皮剥落堆积的中前期，并不会发生实时超温，但此时其长时平均温度已经有显著上升。本发明通过设计多个温度特征参数，全面反映炉管异物堵塞程度由轻及重时壁温的变化特征，通过在线实时监测和计算，自动获取技术人员很难留意和发现的隐含信息，并及时转换为异物堵塞的风险，并给出相应的处理建议，以便电厂有针对性的安排运行或检修措施，确保锅炉受热面的安全运行。

附图说明：

图1为特征参数计算流程图；

图2为堵塞风险的判断规则示意图；

图3为四级过热器温度场分布图；

图4为历史曲线、周均线、月均线对比示意图。

具体实施方式：

以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。

基于温度特征值的锅炉管异物堵塞在线监测方法，该方法通过计算实时超温、连续超温、长时平均温度超温等关键温度特征参数，通过预设规则将其转换为炉管堵塞风险指标，其主要步骤如下：

1)构建锅炉受热面壁温测点信息表，包括测点编号、测点位置、测点描述、测点单位；

2)依据锅炉各受热面设计参数，设定各测点的实时壁温报警阀值；

所述的依据锅炉各受热面设计参数，设定各测点的实时壁温报警阀值，是指根据锅炉说明书等相关设计资料，设定每个壁温测点的报警阀值，实时壁温报警阀值设置为三级，从小到大依次为一级报警阀值L_TR1、二级报警阀值L_TR2、三级报警阀值L_TR3，相邻两级之间差约15°～30°。

3)从电厂DCS或SIS系统中导出所有测点的历史数据，绘制温度场曲线；

所述的从电厂DCS或SIS系统中导出所有测点的历史数据，绘制温度场曲线，是指选取锅炉平稳运行工况下的一段时间范围，从电厂生产数据库中导出测点历史数据，计算各测点的历史平均值，进而绘制受热面各截面上的温度场，温度场的横坐标为从炉左到炉右的管屏编号。

4)根据所绘制温度场曲线，确定各壁温测点的长时平均温度报警阀值；

所述的根据所绘制温度场曲线，确定各壁温测点的长时平均温度报警阀值，是指在测点温度场上对应数值的基础上，加上15°～40°得到各测点的长时平均温度报警阀值L_TV，L_TV需要小于实时壁温一级报警阀值L_TR1。所谓的长时平均温度是指锅炉运行过程中，当天之前30天时间范围内的平均温度，计算的频率为1次/天，数据间隔为1分钟。它是为捕获炉管早期堵塞而设计的一个关键温度特征参数。

5)实时读取受热面壁温测点数据；

所述的实时读取受热面壁温测点数据，是指系统按设定的采集频率1分钟实时从电厂生产数据库中采集所有测点的壁温数据。它处于24(小时)*7(天)连续不间断工作状态。

6)依据所采集壁温数据，计算各测点的实时超温、连续超温、长时平均温度超温等特征参数；

所述的依据所采集壁温数据，计算各测点的实时超温、连续超温、长时平均温度超温等特征参数，是指每分钟对测点数据处理1次，判断是否实时超温和连续超温，若实时超温，记录实时超温的级别H_TR；若连续超温，记录连续超温持续的次数N_TL和级别H_TL；若本轮数据没有超温，连续超温的次数和级别需清零；每天计算并判断一次长时平均温度是否超温，若超温，记录长时平均温度超温持续的次数N_TV，若本轮没有超温，长时平均温度超温的持续次数需清零。计算流程如图1所示。

不同程度的异物堵塞可以通过实时超温、连续超温、长时平均温度超温等特征参数反映出来，随着异物堵塞程度由轻及重，炉管壁温特征参数的变化过程为：无超温→仅偶尔的实时超温或连续超温或长时平均温度超温→长时平均温度持续超温→连续超温持续不消失。

7)根据测点温度特征参数值，依据预设规则判断该测点位置的异物堵塞风险指标，并给出处理建议。

所述的根据测点温度特征参数值，依据预设规则判断该测点位置的异物堵塞风险指标，并给出处理建议，是指设计一个规则库，其中温度特征参数满足一定的规则后就可判断其堵塞风险，当每轮计算得到各测点的特征参数后，就可按照规则给出堵塞风险提示及处理建议。堵塞风险的判断规则如图2所示：图2中，N1取值范围3～5，N2取值范围6～10，N3取值范围11～15，N4取值范围10～20。

在线监测的异物堵塞风险及处理建议见表1。

表1堵塞风险分级及处理建议：

通过上述步骤即可完成锅炉管异物堵塞的在线监测。

实施例

基于温度特征参数的锅炉管异物堵塞在线监测方法已经在国内多个超(超)临界机组上应用，适用于各类锅炉，包括东方锅炉厂、哈尔滨锅炉厂、上海锅炉厂，巴威锅炉等国内主要动力设备制造商的锅炉，成为电厂技术人员开展的炉管异物堵塞在线监测的重要手段。以某电厂锅炉为例，将该方法的实施方式介绍如下：

1)调研电厂生产数据库类型、IP地址和网络架构，确定系统服务器的安装位置并配置相应的数据读取接口；

2)收集锅炉受热面结构、布置、材料、规格、蒸汽参数等信息，整理壁温测点的安装位置、编号、中文描述、状态、实时壁温三级报警阀值等信息；

3)导出机组稳定运行工况下锅炉受热面壁温测点的历史数据(不小于6个月)，结合测点位置进行温度场整理和分析；下面为该锅炉四级过热器的温度场分布，横坐标为管屏的编号(共94屏，从炉左-炉右)，纵坐标为不同炉膛截面上的炉管壁温。

4)依据温度场结果确定长时平均温度的报警阀值；

5)将整理的受热面信息、测点信息、各类报警阀值信息录入到监测系统；

6)实时超温和连续超温的监测频率为1分钟；长时平均温度超温的监测频率为1天，数据间隔为1分钟，长时的时间范围为30天。

7)启动数据采集接口，获取受热面的实时壁温数据；

8)依据实时壁温数据，计算各测点的实时超温、连续超温、长时平均温度超温等特征参数；受负荷、运行调节等多种因素的影响，壁温的瞬时值变化范围比较大。而通过计算长时平均温度，减小各种偶然因素的影响，为用户提供一个相对平滑、稳定且反映趋势变化的特征参数。图4为某炉管壁温的历史曲线、周均线、月均线的对比，从中可以清楚看到月均线在反映整体趋势变化方面更为直观有效。

9)系统投入运行，从此电厂技术人员便可轻松掌握受热面各监测炉管的异物堵塞风险。