爐管泄漏自動報警系統的技術分析
——以新疆天富電廠為例

河南第一火電建設公司 閆 冰

爐管泄漏自動報警系統的技術分析
——以新疆天富電廠為例

河南第一火電建設公司 閆 冰

鍋爐爐管泄漏是電廠常發事故，新疆天富電廠一期工程2臺1 180 t/h自然循環鍋爐所使用的DK-XLE型爐管泄漏自動報警系統是基于聲學檢測原理的爐管泄露監測報警裝置，可實時監測鍋爐的水冷壁管、過熱器管、再熱器管和省煤器管的泄漏狀態，并可以在它們發生泄漏的早期給出報警信息，跟蹤、提示泄漏的發展趨勢，使電廠運行工作人員及時采取措施，防止事故擴大。系統具有的泄漏定位功能，可以縮短電廠的搶修時間，減少經濟損失。

一、裝置概述

1. 工作原理。鍋爐在運行時，爐內管道充滿高溫、高壓介質。如果發生泄漏，這些高溫、高壓介質就會通過裂縫或破口噴射出來，形成噴流。噴流流入周圍環境氣流時，高速噴流介質和周圍環境介質急劇混合，從而使得射流邊界層形成強烈的湍流脈動，產生噴流混合噪聲。另外，泄漏同樣也會在管道中激發出應力波，然后通過管道的相互作用，聲源向外輻射能量形成聲波。從廣義上來講，聲波的這兩種傳播方式均可認為是聲發射現象。

新疆天富電廠DK–XLE型爐管泄漏自動報警裝置就是集鍋爐、聲學、計算機、通信等技術，通過高度集成聲吶傳感器來動態獲取鍋爐內爐管泄漏的噪聲信號，建立動態識別模型。在消除鍋爐運行的各種復雜噪聲干擾的基礎上，利用計算機技術，通過快速傅里葉變換（FFT），進行聲譜分析，實現對鍋爐爐管泄漏的早期測報，并判斷出泄漏的區域位置及泄漏程度，使電站工作人員及時采取防護措施，防止事故擴大，縮短搶修時間，減少經濟損失。

2. 裝置組成。裝置由兩部分組成，包括信號采集系統、監測系統。

3. 信號采集處理和傳輸過程。信號采集（傳感器）→信號傳輸（信號電纜）→A/D轉換PCL818HD→頻譜分析（FFT變換）→在線建立泄漏動態模型→動態模型與靜態模型比較

二、信號采集系統

1. 聲吶傳感器。傳感器是用來接收爐膛內的聲頻信號，其中，現場采集單元是聲吶傳感器系統非常重要的組成部分，主要是把現場的聲音信號通過聲/ 電轉換成毫伏級的電壓信號，然后通過專用調理電路，去掉其中無用的高、低頻干擾信號，并把調理后的信號進一步轉換成系統要求適于遠程傳輸的4～20 mA電流信號。當鍋爐正常工作時，所接收的信號為背景噪聲，其頻率主要集中在低頻段，而且聲音強度較弱。當鍋爐爐管發生泄漏時，泄漏聲不僅使爐膛噪聲強度明顯加強，而且其頻率主要集中在中高頻段，傳感器能將鍋爐爐內噪聲的強度、頻譜等真實情況迅速地轉換成電流信號，傳輸給遠在集控室的監測系統。傳感器固定安裝在傳導管尾部上，每個傳感器包括一個一體化聲吶傳感器件和一個自測試噪聲發生器件，封裝在塑料殼中。傳感器的檢測范圍受增益旋鈕控制，一般在直徑10～15 m的半球空間，增益值隨測點背景噪聲變化而變化。

2. 聲波傳導管。傳導管固定在鍋爐爐壁上，用來提供信號通道，使傳感器與爐內連通，保證真實采集鍋爐爐管泄漏所產生的聲頻信號。它包括金屬管、絕緣體、球閥、45°角三通和電動除灰機構等構件，整體密封。

三、監測系統

1. 中心處理單元。利用多通道高速A/D采集卡，將一體化聲吶傳感器傳輸過來的電流信號進行采樣，轉換成數字量信號，通過總線送至主處理板，進行傅里葉快速變換（FFT），得出實時頻譜棒形圖及趨勢圖，建立動態泄漏模型，跟蹤頻譜棒圖及趨勢圖的變化，針對泄漏特有的靜態頻譜模式，經判別后進行泄漏報警。同時具有歷史追憶功能，用于報警后數據分析。另外對測點處背景噪聲的數據進行處理，用于傳導管堵灰判別。

2. 顯示報警單元。作為中心處理單元的數據分析后顯示功能界面，它們包括實時數據、歷史數據、堵灰指示、監聽畫面、遠程診斷及系統配置情況顯示等。

（1）通過軟件界面的爐膛模擬圖可判斷出泄漏的區域位置。當出現某測點附近爐管泄漏時，該點將會顯示紅色，經延時處理后，輸出開關從量信號至光字牌報警。

（2）在堵灰指示畫面中，指出每一根聲波傳導管的積灰情況。當出現堵灰時，提醒維護人員進行相應維護。

（3）通過軟件界面的棒圖，可看出通道的能量大小。它反映通道的有效聲強值。

（4）通過頻譜圖可看出通道能量的頻率分布，得出頻譜曲線，與已知數學模式進行比較，進行泄漏判別。

（5）通過監聽畫面實時監聽爐內噪聲。

（6）通過系統配置畫面設置每一個通道的增益值，并可以消除系統時間誤差。

四、設備主要構成

1. 聲波傳導管。

2. 傳感器。

3. 監測系統（38通道）配置：工控主機系統。

五、設備性能指標

1. 傳感器。靈敏度＞25 mV/Pa，輸出電流0～6 mA（AC），檢測范圍半徑≤15 m半球空間，工作溫度－25～＋105 ℃，防水防塵標準IP65，耐腐蝕性pH≥4。

2. 監測系統。16～48路輸入通道；PⅢ866CPU+128M內存+20G硬盤+3.5英寸軟驅;工業級專用電源及開關電源；32位隔離高速A/D卡，采樣頻率100 kHz；歷史追憶時間12個月。

六、實現功能

1. 爐管泄漏早期報警，實時顯示爐管泄漏區域位置。

2. 跟蹤泄漏發展趨勢，顯示泄漏頻譜，記錄泄漏歷史趨勢。

3. 實時監聽爐內噪聲，輔助監視吹灰器運行工況。

4. 系統自檢測試，傳導管堵灰判別。

5. 傳導管具備自動清灰功能。

七、結論

目前，隨著火電機組向著高參數、大容量的方向發展，鍋爐爐管內粘污、結垢、腐蝕等問題也尤為突出，成為爐管泄露的主要原因，影響機組的安全運行。在機組運行中，運用聲學監測原理通過爐管泄漏自動報警系統對鍋爐運行參數進行實時監控，可以提高機組運行的安全性；實時快速準確報警，捕捉事故征兆，更能使運行人員及時采取措施，防止事故擴大，縮短搶修時間，減少經濟損失。