基于虛擬現(xiàn)實的鍋爐受熱面狀態(tài)評估系統(tǒng)研究

張大勇　倪永中　梁梓鈺

摘 要：對鍋爐受熱面管道的狀態(tài)進(jìn)行評估從而制定合理的維修計劃，對于提高鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性有重要的作用。文章介紹了一個鍋爐設(shè)備的狀態(tài)評估系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)合在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)的分析，給出鍋爐受熱面的風(fēng)險等級，在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)檢修，并將受熱面管道的實時狀況通過三維可視化技術(shù)直觀清晰的反映出來，從而達(dá)到狀態(tài)檢修的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；壽命計算；壁溫預(yù)測；風(fēng)險性評價

1 概述

燃煤電站的非計劃停運主要是由鍋爐引起[1]。鍋爐“四管”的防磨防爆管理與評估工作，對火電廠的安全經(jīng)濟(jì)運行至關(guān)重要，據(jù)統(tǒng)計，我國大型火電站鍋爐四管爆漏引起的停爐占機(jī)組非計劃停用時間約40%，占鍋爐設(shè)備非計劃停用時間約70%[2]。傳統(tǒng)的“四管”檢修完全是一種計劃檢修模式，浪費大量的人力和物力，同時無法對長期數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，建立管道的劣化趨勢[3]。因此，如何利用現(xiàn)代化的測量和分析技術(shù)，建立受熱面管道的狀態(tài)評估檔案，對于鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運行具有重要意義。

要想有效的預(yù)防和減少受熱面的失效，就需要實時的了解受熱面管子的情況，通過鍋爐受熱面檢修信息，分析受熱面管損傷程度及其隱患，從而進(jìn)行有效的預(yù)測和控制[4]。文章在離線監(jiān)測和在線分析的基礎(chǔ)上，通過一定的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行壁溫計算和蠕變壽命分析，然后結(jié)合檢修信息等對受熱面進(jìn)行綜合的狀態(tài)分析，由分析結(jié)果可以直觀的看出管道受熱面的風(fēng)險等級，便于制定合理的維修計劃。同時，建立電廠的三維模型圖，將受熱面的狀態(tài)信息等與三維模型鏈接，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)使用戶能夠更加直接直觀的獲得所需要的信息，對于檢修人員的工作有很大的幫助。

2 系統(tǒng)概述

虛擬現(xiàn)實作為一個高新技術(shù)現(xiàn)已得到廣泛的應(yīng)用，在軍事、醫(yī)學(xué)、教育等方面已經(jīng)體現(xiàn)出它巨大的作用，但是在電力行業(yè)的應(yīng)用還處于初步階段，有待發(fā)掘它更大的用處。尤其在發(fā)電企業(yè)中，目前只有在對員工的教學(xué)培訓(xùn)方面對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用得到了較明顯的效果，而電廠的三維模型也只是用來提供漫游功能和仿真。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬性和理想型，而電廠又是相當(dāng)復(fù)雜且相對不太穩(wěn)定的整體，這就使虛擬現(xiàn)實在電廠實際運行中的應(yīng)用有相當(dāng)?shù)碾y度，讓3D模型更加的切合實際是更大程度發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)的重要手段。

本系統(tǒng)是一套面向鍋爐設(shè)備的管理系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)建了虛擬現(xiàn)實平臺，設(shè)備的信息、運行參數(shù)等實時傳送到平臺與對應(yīng)的3D模型相關(guān)聯(lián)，用戶通過互聯(lián)網(wǎng)可以隨時隨地查閱所需的設(shè)備信息，同時可以通過三維模型清晰直觀的看到鍋爐設(shè)備的運行狀態(tài)以及出現(xiàn)問題的地點，從而快速有效地進(jìn)行相應(yīng)的反應(yīng)。

系統(tǒng)包含鍋爐設(shè)備管理、三維模型、檢修管理、壁溫預(yù)測、壽命評估五大模塊，涉及20多個功能點。通過設(shè)備管理模塊，以樹狀的菜單形式展現(xiàn)設(shè)備信息，為鍋爐設(shè)備管理提供便捷的工具；通過檢修控制模塊，規(guī)范化電廠鍋爐防磨防爆檢修過程；通過檢修管理模塊，導(dǎo)入檢修中的EXCEL記錄，分類統(tǒng)計記錄數(shù)據(jù)，規(guī)范記錄單模板、加強(qiáng)過程管控；通過壁溫預(yù)測模塊可以在壁溫測點的基礎(chǔ)上，進(jìn)行熱力計算，得到鍋爐內(nèi)部受熱面的溫度和超溫情況，增強(qiáng)了對鍋爐管超溫的監(jiān)控； 通過壽命預(yù)測模塊，可以計算管道的實時壽命損耗，指導(dǎo)檢修過程。通過三維圖形模塊，以三維圖的形式展現(xiàn)鍋爐設(shè)備，使防磨防爆檢查工作更加直觀快捷。

系統(tǒng)框架如圖1，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源主要有在線測量和離線監(jiān)測的數(shù)據(jù)，在線測量數(shù)據(jù)為鍋爐壁溫計算提供原始數(shù)據(jù)，最后分析得到的受熱面狀態(tài)信息通過WEB服務(wù)器發(fā)布的SIS網(wǎng)絡(luò)中。

3 主要模塊

系統(tǒng)除了用戶管理模塊、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出模塊和報表模塊等，其核心模塊包括：設(shè)備臺帳、三維模型、壁溫計算、蠕變計算和風(fēng)險分析模塊。

3.1 臺帳模塊

設(shè)備編碼管理是整個系統(tǒng)各個模塊之間交流信息的紐帶，通過編碼可以得到設(shè)備的所有信息，針對鍋爐不同位置的管道和檢修過程中檢修規(guī)則，對鍋爐進(jìn)行區(qū)域劃分，并進(jìn)行編碼。編碼管理要提供查詢、編輯、添加和刪除功能。

系統(tǒng)采取分級編碼格式，通過設(shè)備的相互層次建立設(shè)備之間的關(guān)系，通過設(shè)備名能夠基本了解設(shè)備的大致信息，如GL1-SLB表示1#鍋爐水冷壁，GL1-ZRQ表示1#鍋爐再熱器，GL1-ZRQ-DZLD-053-006表示#1爐低再冷段第53排第6根；

4 結(jié)束語

文章介紹的鍋爐管理系統(tǒng)就是一個實施的方案，同時，系統(tǒng)采集在線和離線數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法處理進(jìn)行壁溫計算和壽命評估，再通過對檢修歷史數(shù)據(jù)的分析進(jìn)行設(shè)備風(fēng)險性的評價，從而從各方面輔助檢修方案的制定，是對由傳統(tǒng)的計劃檢修向策略性維修轉(zhuǎn)變的探索。如內(nèi)蒙古岱海電廠目前已存儲了五年的設(shè)備數(shù)據(jù)，使得電廠在超溫、壽命計算以及風(fēng)險性評估方面取得了良好的效果，同時也對設(shè)備損傷趨勢的分析產(chǎn)生了很大的幫助。

由于現(xiàn)有技術(shù)的限制，系統(tǒng)中的一些功能還有待完善，如何使三維立體模型更加細(xì)致形象，信息交換的實時性和準(zhǔn)確性，對各項重要指標(biāo)的精確監(jiān)測，金屬材料的研究和試驗，評估和預(yù)測的有效性以及系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用都將是以后一段時間內(nèi)努力研究的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]祝憲.發(fā)電機(jī)組非計劃停運的探討[J]. 華北電力技術(shù)，1993（11）：8-11.

[2]劉鴻國，洪道文，李耀君，等.鍋爐受熱面風(fēng)險維修技術(shù)的應(yīng)用[J].浙江電力，2009（2）：14-16.

[3]史嘯曦.發(fā)電企業(yè)檢修體制改革研究[J]. 天津大學(xué)，2009（7）：5-6.

[4]李正剛，石端偉，廖冬梅，等.電站鍋爐受熱面管損傷風(fēng)險評估方法研究[J].機(jī)電工程，2013，30（4）：480-484.

[5]程紹兵，譚昌友.大容量鍋爐高溫受熱面超溫失效原因及對策[J].廣東電力，2004（4）：39-41.

[6]北京鍋爐廠譯.鍋爐機(jī)組熱力計算標(biāo)準(zhǔn)方法[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1975.

[7]馬崇. 鍋爐受熱面管失效分析研究[J].天津大學(xué)，2005（10）：4.

[8]章科，龐力平.運用θ函數(shù)法實現(xiàn)鍋爐承壓部件壽命的在線監(jiān)測[J].現(xiàn)代電力，2013（2）：81-82.

[9]樊永鋒.超超臨界機(jī)組受熱面管壽命管理研究[J].西安工業(yè)大學(xué)，2012（5）：32-37.