化學汽水品質監測控制管理系統在熱電廠的應用

孫迎新 大慶油田公司電力集團熱電廠

化學汽水品質監測控制管理系統在熱電廠的應用

孫迎新 大慶油田公司電力集團熱電廠

化學汽水品質監測不準確將直接影響熱電廠水質調整的準確性，加藥過量或不足都將導致水質的波動。選用具有Modbus TCP/IP協議的工業以太網作為主干網，采用冗余結構，由上行和下行兩條鏈路來保證監測控制系統的可靠性和容錯性。介質采用光纖光纜，網絡通訊速率為100 Mbps，保證了系統大信息量的通訊。系統組成包括具有組態、管理、監視、MIS發布、遠控等功能的工作站，以及電化學測量子系統和自動加藥控制子系統。各種監測和控制設備全部帶有工業以太網接口，可以直接聯入主干網，實現辦公自動化與工業自動化的無縫結合。

汽水品質監測；工業以太網；現場總線；電化學PAC

化學汽水品質監測不準確將直接影響熱電廠水質調整的準確性，加藥過量或不足都將導致水質的波動。水質波動在高溫、高壓的情況下，化學反應是十分明顯的。而這種情況將直接導致凝汽器換熱管的嚴重腐蝕，還將對省煤器、鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器管造成腐蝕。因此創建一種高效、安全、先進的化學汽水品質監測系統是降低成本、提高監測能力、保障機組安全及經濟運行的重要途徑。

1 監測存在的問題及解決辦法

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

為了解決這一問題，采用了性能更好、功能更全、沒有維護量的虛擬儀表。這是實施汽水品質監測控制管理系統改造的關鍵措施，可徹底解決制約熱電廠汽水質量監督水平的技術瓶頸。

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）加藥量不準確、調整不及時。泵的啟停決定是否進行加藥，泵開啟時間的長短決定加藥量，時間全靠經驗。一次調整過程要經過現場人工取樣、化驗分析、啟/停泵三個步驟，滯后大約有20～ 30 min，在機組負荷穩定狀況下這樣的調整還能夠滿足要求，但遇到機組負荷變動，特別是早、晚供電高峰時，就會因調節不及時，使爐水和給水品質忽高忽低，在相當大的范圍內波動，從而導致熱力設備腐蝕和結垢。

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

（3）加藥泵工頻運轉，耗電量大。泵啟停和運行的時間長短決定加藥量，時間又全靠經驗，這樣就會浪費很多電量，增加了發電成本。

（4）解決措施。改手動加藥為變頻自動加藥，實現遠程監控。對現有的加藥裝置和控制柜進行改造，實現自動加藥。這樣可嚴格控制熱力系統的汽水品質，延長機組的壽命，提高發電效率，保證機組安全、穩定運行，而且還能大大減輕值班員的勞動強度，提高生產的自動化水平。另外，也只有實現自動加藥，才能進一步實現汽水品質的優化控制，真正達到爐內低磷酸鹽工況。

3 監測控制管理系統方案

3.1 汽水品質監測控制管理系統組成及結構

選用了具有Modbus TCP/IP協議的工業以太網作為主干網，采用冗余結構，由上行和下行兩條鏈路來保證監測控制系統的可靠性和容錯性。介質采用光纖光纜，網絡通訊速率為100 Mbps，保證了系統大信息量的通訊。系統內含具有組態、管理、監視、MIS發布、遠控等功能的工作站，以及電化學測量子系統和自動加藥控制子系統。各種監測和控制設備全部帶有工業以太網接口，可以直接聯入主干網，實現辦公自動化與工業自動化的無縫結合。

3.2 具有組態、管理、遠控等功能的工作站

（1）用虛擬儀表替代二次儀表。通過工作站強大的功能使取消二次儀表變為現實。眾所周知，化學儀表長期以來都是以“電極＋二次儀表”模式進行監測。電極屬于消耗品定時要更換，對電極的維護就是日常標定、清洗。但二次儀表的維護量大、成本高，對維護人員技術要求很高。據統計，化學在線分析儀表的維護量80%在二次儀表上。本方案通過把虛擬儀表技術與電化學變送模塊結合徹底取消了二次儀表，將二次儀表的維護量減少到零。

（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同時標定4只（種）電極，大大提高了維護效率；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，方便管理統計；③能進行任意4個測量值的歷史數據同屏比對分析；④查詢某段時間內的報警信息、使用記錄、標定記錄和系統操作記錄，方便系統維護；⑤長達幾年的測點數據存儲和趨勢曲線顯示；⑥在局域網上發布，實現了汽水品質監督的信息化；⑦實現了儀表的遠程操作和維護。虛擬儀表在具有單臺儀表所有功能的同時，還增加了傳統的數據采集和聯網功能，實現了汽水品質監督的自動化和信息化。

3.3 電化學測量子系統

電化學測量子系統的核心是電化學PAC(可編程自動化控制器)，這是國際上具有工業以太網接口的電化學變送PAC。它借用PAC的設計思想，采用可靠的PAC主卡，插嵌電導率、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，以實現電化學量的激勵、變送、采集和運算。

電化學PAC內嵌工業以太網通訊控制器，采用Modbus TCP/IP協議，還自帶RS485通訊接口，實現與鈉表、硅表、磷表（因硅、鈉、磷表的水路復雜，所以沒有取消二次儀表）的數據通訊，從而提高了監測的精度，徹底消除了儀表顯示值與計算機系統顯示值的不一致問題。

3.4 加藥控制子系統

加藥控制子系統的核心是加藥控制PAC，除具有常規的PAC優點外，其最大的特點是具有更強的編程和邏輯運算能力，以保證加藥裝置在各種情況下都能準確地加藥。

加藥控制PAC可插接各種I/O卡，實現控制柜上各種開關的狀態采集和指示燈的控制。同時，通過自帶的RS485通訊接口實現與變頻器的雙向數據通訊。

4 系統應用

4.1 實現了反饋參數的柔性連接

加藥控制子系統的控制器采用了具有Modbus TCP/IP工業以太網絡接口，其優點如下：①實現了加藥裝置的遠程監控；②實現了加藥裝置與化學測量值的軟連接。由于采用了工業以太網作為測量和加藥裝置的通訊接口，加藥控制器通過網絡直接獲取測量值，不再需要其他的連接。

4.2 實現了加藥系統的冗余設計

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

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

4.3 系統具有超強擴展性

本方案主要是進行汽水品質的測量、給水及爐水加藥裝置的改造，但在構建系統時，充分考慮了以后系統的擴展需要，采用了開放性很好的工業以太網作為系統的主干網，以后可以很方便地將其他控制和檢測系統聯入本系統。

常見的其他系統有：①加藥的自動配藥裝置，進一步減輕勞動強度；②爐水連排的自動控制，實現合理的自動排污；③內冷水的自動加藥；④循環水自動加緩蝕阻垢劑；⑤與化學有關的其他量的監測（如水箱、酸堿罐的液位）。

4.4 系統運行及效果評定

（1）該系統改變了傳統的化學在線儀分析表設置模式，減少了二次儀表的中間環節，數據的測量、傳輸和顯示更加準確可靠。

（2）該系統的軟件設計功能強大，信息容量大，且相互之間的傳輸轉換極為方便，同時大容量的歷史數據庫及報表生成功能為進行準確的汽水品質分析提供了可靠的保證。

（3）由于加藥裝置實現了遠控操作，大大減輕了值班人員的工作強度。

（4）該系統維護簡單易行，模塊及電極的故障檢測和更換極為方便。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.9.030

2015-05-29