孫迎新 大慶油田公司電力集團(tuán)熱電廠

化學(xué)汽水品質(zhì)監(jiān)測控制管理系統(tǒng)在熱電廠的應(yīng)用

孫迎新 大慶油田公司電力集團(tuán)熱電廠

化學(xué)汽水品質(zhì)監(jiān)測不準(zhǔn)確將直接影響熱電廠水質(zhì)調(diào)整的準(zhǔn)確性，加藥過量或不足都將導(dǎo)致水質(zhì)的波動。選用具有Modbus TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)，采用冗余結(jié)構(gòu)，由上行和下行兩條鏈路來保證監(jiān)測控制系統(tǒng)的可靠性和容錯性。介質(zhì)采用光纖光纜，網(wǎng)絡(luò)通訊速率為100 Mbps，保證了系統(tǒng)大信息量的通訊。系統(tǒng)組成包括具有組態(tài)、管理、監(jiān)視、MIS發(fā)布、遠(yuǎn)控等功能的工作站，以及電化學(xué)測量子系統(tǒng)和自動加藥控制子系統(tǒng)。各種監(jiān)測和控制設(shè)備全部帶有工業(yè)以太網(wǎng)接口，可以直接聯(lián)入主干網(wǎng)，實現(xiàn)辦公自動化與工業(yè)自動化的無縫結(jié)合。

汽水品質(zhì)監(jiān)測；工業(yè)以太網(wǎng)；現(xiàn)場總線；電化學(xué)PAC

化學(xué)汽水品質(zhì)監(jiān)測不準(zhǔn)確將直接影響熱電廠水質(zhì)調(diào)整的準(zhǔn)確性，加藥過量或不足都將導(dǎo)致水質(zhì)的波動。水質(zhì)波動在高溫、高壓的情況下，化學(xué)反應(yīng)是十分明顯的。而這種情況將直接導(dǎo)致凝汽器換熱管的嚴(yán)重腐蝕，還將對省煤器、鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器管造成腐蝕。因此創(chuàng)建一種高效、安全、先進(jìn)的化學(xué)汽水品質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)是降低成本、提高監(jiān)測能力、保障機(jī)組安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要途徑。

1 監(jiān)測存在的問題及解決辦法

大慶油田公司電力集團(tuán)熱電廠汽水品質(zhì)監(jiān)測存在的主要問題是技術(shù)手段低，手工分析弊病多、隱患大。該熱電廠建廠初期，受當(dāng)時的技術(shù)、資金方面的限制，其汽水品質(zhì)監(jiān)測一直采用傳統(tǒng)的“電極+二次儀表”模式在線監(jiān)測，只能監(jiān)測樣水的pH值、電導(dǎo)率和溶解氧等項目，監(jiān)測項目少，無法滿足生產(chǎn)的實際需要。

為了解決這一問題，采用了性能更好、功能更全、沒有維護(hù)量的虛擬儀表。這是實施汽水品質(zhì)監(jiān)測控制管理系統(tǒng)改造的關(guān)鍵措施，可徹底解決制約熱電廠汽水質(zhì)量監(jiān)督水平的技術(shù)瓶頸。

2 加藥裝置存在的弊病及解決措施

改造前熱電廠1#～3#機(jī)組一直采用人工間歇沖擊式加藥方式，這種原始的加藥方式存在很多弊病。

（1）加藥量不準(zhǔn)確、調(diào)整不及時。泵的啟停決定是否進(jìn)行加藥，泵開啟時間的長短決定加藥量，時間全靠經(jīng)驗。一次調(diào)整過程要經(jīng)過現(xiàn)場人工取樣、化驗分析、啟/停泵三個步驟，滯后大約有20～ 30 min，在機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定狀況下這樣的調(diào)整還能夠滿足要求，但遇到機(jī)組負(fù)荷變動，特別是早、晚供電高峰時，就會因調(diào)節(jié)不及時，使?fàn)t水和給水品質(zhì)忽高忽低，在相當(dāng)大的范圍內(nèi)波動，從而導(dǎo)致熱力設(shè)備腐蝕和結(jié)垢。

（2）人為因素多，勞動強(qiáng)度大。加藥值班員自己化驗、自己控制，全靠值班員的業(yè)務(wù)水平，不可控的因素較多，加藥的準(zhǔn)確性和及時性很難保證。如遇到機(jī)組負(fù)荷大幅波動，取樣、化驗和調(diào)整就更頻繁，勞動強(qiáng)度很大。

（3）加藥泵工頻運(yùn)轉(zhuǎn)，耗電量大。泵啟停和運(yùn)行的時間長短決定加藥量，時間又全靠經(jīng)驗，這樣就會浪費(fèi)很多電量，增加了發(fā)電成本。

（4）解決措施。改手動加藥為變頻自動加藥，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。對現(xiàn)有的加藥裝置和控制柜進(jìn)行改造，實現(xiàn)自動加藥。這樣可嚴(yán)格控制熱力系統(tǒng)的汽水品質(zhì)，延長機(jī)組的壽命，提高發(fā)電效率，保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，而且還能大大減輕值班員的勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)的自動化水平。另外，也只有實現(xiàn)自動加藥，才能進(jìn)一步實現(xiàn)汽水品質(zhì)的優(yōu)化控制，真正達(dá)到爐內(nèi)低磷酸鹽工況。

3 監(jiān)測控制管理系統(tǒng)方案

3.1 汽水品質(zhì)監(jiān)測控制管理系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

選用了具有Modbus TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)，采用冗余結(jié)構(gòu)，由上行和下行兩條鏈路來保證監(jiān)測控制系統(tǒng)的可靠性和容錯性。介質(zhì)采用光纖光纜，網(wǎng)絡(luò)通訊速率為100 Mbps，保證了系統(tǒng)大信息量的通訊。系統(tǒng)內(nèi)含具有組態(tài)、管理、監(jiān)視、MIS發(fā)布、遠(yuǎn)控等功能的工作站，以及電化學(xué)測量子系統(tǒng)和自動加藥控制子系統(tǒng)。各種監(jiān)測和控制設(shè)備全部帶有工業(yè)以太網(wǎng)接口，可以直接聯(lián)入主干網(wǎng)，實現(xiàn)辦公自動化與工業(yè)自動化的無縫結(jié)合。

3.2 具有組態(tài)、管理、遠(yuǎn)控等功能的工作站

（1）用虛擬儀表替代二次儀表。通過工作站強(qiáng)大的功能使取消二次儀表變?yōu)楝F(xiàn)實。眾所周知，化學(xué)儀表長期以來都是以“電極＋二次儀表”模式進(jìn)行監(jiān)測。電極屬于消耗品定時要更換，對電極的維護(hù)就是日常標(biāo)定、清洗。但二次儀表的維護(hù)量大、成本高，對維護(hù)人員技術(shù)要求很高。據(jù)統(tǒng)計，化學(xué)在線分析儀表的維護(hù)量80%在二次儀表上。本方案通過把虛擬儀表技術(shù)與電化學(xué)變送模塊結(jié)合徹底取消了二次儀表，將二次儀表的維護(hù)量減少到零。

（2）工作站中虛擬儀表的主要功能。虛擬儀表的主要功能包括：①同時標(biāo)定4只（種）電極，大大提高了維護(hù)效率；②自動生成和查詢班報表、日報表、月報表、年報表并打印輸出，方便管理統(tǒng)計；③能進(jìn)行任意4個測量值的歷史數(shù)據(jù)同屏比對分析；④查詢某段時間內(nèi)的報警信息、使用記錄、標(biāo)定記錄和系統(tǒng)操作記錄，方便系統(tǒng)維護(hù)；⑤長達(dá)幾年的測點數(shù)據(jù)存儲和趨勢曲線顯示；⑥在局域網(wǎng)上發(fā)布，實現(xiàn)了汽水品質(zhì)監(jiān)督的信息化；⑦實現(xiàn)了儀表的遠(yuǎn)程操作和維護(hù)。虛擬儀表在具有單臺儀表所有功能的同時，還增加了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和聯(lián)網(wǎng)功能，實現(xiàn)了汽水品質(zhì)監(jiān)督的自動化和信息化。

3.3 電化學(xué)測量子系統(tǒng)

電化學(xué)測量子系統(tǒng)的核心是電化學(xué)PAC(可編程自動化控制器)，這是國際上具有工業(yè)以太網(wǎng)接口的電化學(xué)變送PAC。它借用PAC的設(shè)計思想，采用可靠的PAC主卡，插嵌電導(dǎo)率、pH值和溶解氧的變送模板，采用多通道方式，一個模板可掛接多個電極，以實現(xiàn)電化學(xué)量的激勵、變送、采集和運(yùn)算。

電化學(xué)PAC內(nèi)嵌工業(yè)以太網(wǎng)通訊控制器，采用Modbus TCP/IP協(xié)議，還自帶RS485通訊接口，實現(xiàn)與鈉表、硅表、磷表（因硅、鈉、磷表的水路復(fù)雜，所以沒有取消二次儀表）的數(shù)據(jù)通訊，從而提高了監(jiān)測的精度，徹底消除了儀表顯示值與計算機(jī)系統(tǒng)顯示值的不一致問題。

3.4 加藥控制子系統(tǒng)

加藥控制子系統(tǒng)的核心是加藥控制PAC，除具有常規(guī)的PAC優(yōu)點外，其最大的特點是具有更強(qiáng)的編程和邏輯運(yùn)算能力，以保證加藥裝置在各種情況下都能準(zhǔn)確地加藥。

加藥控制PAC可插接各種I/O卡，實現(xiàn)控制柜上各種開關(guān)的狀態(tài)采集和指示燈的控制。同時，通過自帶的RS485通訊接口實現(xiàn)與變頻器的雙向數(shù)據(jù)通訊。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 實現(xiàn)了反饋參數(shù)的柔性連接

加藥控制子系統(tǒng)的控制器采用了具有Modbus TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)接口，其優(yōu)點如下：①實現(xiàn)了加藥裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控；②實現(xiàn)了加藥裝置與化學(xué)測量值的軟連接。由于采用了工業(yè)以太網(wǎng)作為測量和加藥裝置的通訊接口，加藥控制器通過網(wǎng)絡(luò)直接獲取測量值，不再需要其他的連接。

4.2 實現(xiàn)了加藥系統(tǒng)的冗余設(shè)計

準(zhǔn)確、可靠的反饋信號是加藥裝置自動控制的前提，通過采用工業(yè)以太網(wǎng)、加藥控制器可以對測量子系統(tǒng)的測量參數(shù)靈活選擇，形成多參數(shù)冗余控制，一旦某參數(shù)失效，自動切換到另一個參數(shù)，繼續(xù)正常加藥，大大提高了加藥的可靠性。

例如磷酸鹽加藥系統(tǒng)，可以很方便地將爐水的電導(dǎo)率和pH值作為反饋信號，與磷酸根值一起參與控制，一旦磷表出現(xiàn)故障，自動將電導(dǎo)率和pH值作為反饋控制信號。

4.3 系統(tǒng)具有超強(qiáng)擴(kuò)展性

本方案主要是進(jìn)行汽水品質(zhì)的測量、給水及爐水加藥裝置的改造，但在構(gòu)建系統(tǒng)時，充分考慮了以后系統(tǒng)的擴(kuò)展需要，采用了開放性很好的工業(yè)以太網(wǎng)作為系統(tǒng)的主干網(wǎng)，以后可以很方便地將其他控制和檢測系統(tǒng)聯(lián)入本系統(tǒng)。

常見的其他系統(tǒng)有：①加藥的自動配藥裝置，進(jìn)一步減輕勞動強(qiáng)度；②爐水連排的自動控制，實現(xiàn)合理的自動排污；③內(nèi)冷水的自動加藥；④循環(huán)水自動加緩蝕阻垢劑；⑤與化學(xué)有關(guān)的其他量的監(jiān)測（如水箱、酸堿罐的液位）。

4.4 系統(tǒng)運(yùn)行及效果評定

（1）該系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的化學(xué)在線儀分析表設(shè)置模式，減少了二次儀表的中間環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)的測量、傳輸和顯示更加準(zhǔn)確可靠。

（2）該系統(tǒng)的軟件設(shè)計功能強(qiáng)大，信息容量大，且相互之間的傳輸轉(zhuǎn)換極為方便，同時大容量的歷史數(shù)據(jù)庫及報表生成功能為進(jìn)行準(zhǔn)確的汽水品質(zhì)分析提供了可靠的保證。

（3）由于加藥裝置實現(xiàn)了遠(yuǎn)控操作，大大減輕了值班人員的工作強(qiáng)度。

（4）該系統(tǒng)維護(hù)簡單易行，模塊及電極的故障檢測和更換極為方便。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.030

2015-05-29