淺談三維數字技術在燃氣電廠數字化建設中的應用研究

江 彬，趙 亮，韓愷隆

（大唐萬寧天然氣發電有限責任公司，海南 萬寧 571500）

0 引言

三維數字化技術是一項全新的建模和應用技術，隨著我國燃氣電廠的大規模興建，三維數字化技術在燃氣電廠當中的應用范圍也越來越廣。部分處于基建期的三維數字化技術機組設計進行了試探，所以需要對設備的三維數字化技術基建期設計進行管理，部分三維數字化技術人員在機組生產期中應用了定位。電子圍欄技術等，幫助工作人員管理機組的檢修維護等工作。

盡管三位數字技術在機組的基建與運行時期都有所應用，但是和實際生產的結合還沒有達到足夠的緊密程度，即對于機組可靠性與機組效益的提升并沒有達到十分明顯的程度，顯然這種應用并沒有取得實際的效果，因此還需要進一步實現強化。

為落實地區協同發展，決定發展某能源項目。該項目配備功率為350兆瓦超臨界鍋爐兩臺，間歇性中間加熱與空冷供熱，燃燒方式選擇墻式對沖、爐內單平衡通風道、固定排渣、全身封閉、爐體為直流全鋼架構，通過水氫氫冷卻、靜態勵磁實現機組發電。投入項目當中開始運行后，為該地區的穩定供熱、發電提供了重要保障，并且本項目的排放已經達到了國家排放標準，完全符合綠色排放。

本項目以建設數字化電廠為主要目標，對于三維數字化技術的調研、總結、提煉技術在燃氣發電戲曲經驗和教訓，進一步對三維數字化技術三維電廠內涵進入深度研究。

1 三維數字化技術在燃氣電廠當中的實際應用以及存在的問題

1.1 應用情況

電力企業在市場上仍然面臨著激烈的競爭，在電力企業競爭過程中，成本與技術是重點內容。所以為了提升自身的市場競爭中，部分燃氣電廠在生產作業當中引進了數字化技術進行電廠建設，而在數字化電廠在設計、建設的過程中會產生相應的模型、圖紙、項目調試文檔、資產管理、運行數據，企業對于這些資料需要進行綜合性管理[1]。

為了實現對這些生產過程中產生的資料進行平臺集成處理，數字化技術由此誕生。

1.2 應用問題

在三維數字化技術實際應用的過程中，相關人員進行了充分的調研，在實際應用當中存在一些問題：

1.2.1 設計與應用范圍不夠全面

在設計部分三維軟件的過程中，可以對普通的三維模型進行建設，同時軟件平臺的擴展性并不強，設計與實際應用并沒有實現全方位的結合，進而模塊化基礎上的快速建模方式由此形成。

1.2.2 仍然沒有擺脫同時依靠基建與生產的管理模式

燃氣電廠在運行過程中對基建與生產的過度依賴對企業的統一規劃，先前所開發的一系列專業軟件實質上并沒有實現貫通，各模塊直接的功能仍然相對獨立，信息形成孤島效應[2]。

在燃氣電廠數字化建設的過程中，因為信息存在孤島效應，所以在設備維護期間，并沒有實現平臺一體化無縫對接管理，這也使得物資、人員等一系列資源之間沒有形成真正意義上的關聯。

在三維數字化技術的支持下，基建期至生產期的輔助轉資工作將自動完成，由此資源的計算、存儲、軟件、數據的資源共享與設備全壽命智能化管理可以被真正實現，包括對數據的分析和價值的挖掘。

2 對于三維數字化技術的應用與研究

經過細致分析，該項目在精細化三維數字化技術的基礎上對燃氣電廠進行研究，在此背景下一套燃氣電廠三維信息化模型和基建生產一體化三維數字化信息管理平臺由此誕生。

2.1 在項目基建期的應用與研究

鑒于此出現了電廠三維信息化模型與一體化三維信息管理。

2.1.1 設計圖紙與檢驗圖紙

使用三位數字技術的原因是為了解決三維資料無法編輯的問題，建設方可以在此基礎上構建全方位、一體化的三維信息化模型，在開發接口位置的連接下，實現了與計算機輔助設計軟件的無縫對接，如果項目出現變動，還可以根據項目設計需要對模型進行再編輯。

使用相對精細化程度較高的三維數字化技術，使結構復雜、工藝繁瑣的流程、不能在圖紙上實現精確定位的設備裝置，在三維數字化技術的支持下實現三維化、局部微觀精確化，即促成相對較為直觀的表達，進而延伸了工程作業人員的視覺。

在三維數字化技術的前提下精細化三維信息化模型設計編輯，二、三維在線協同標注功能的應用等被真正實現，進一步實現了高度集成化、關聯化的數字化電廠信息，其中包括對工程圖紙、施工資料、文件等內容的管理。

2.1.2 三位碰撞

為了使建成的三維數字化電廠可以更加清晰、直觀的展現出各配件之間形成的一種空間關系，以便電廠實現全面可視化，所以在電廠基建期，基于三維數字化平臺管理提出碰撞管理系統。

在設計階段，參照國家相關標準將資料、規則導入系統，二維設計圖經過三維設計系統就轉變為三維模型。使用碰撞工具，參照碰撞規則，生成可靠的碰撞檢查報告。

施工隊參照碰撞檢查報告盡最快的速度修改設計，并對圖紙實現升級，同時將最新信息在最短時間內通知各個部門。施工之前，需要進一步明確階段建設圖紙的精確率核實，確定最佳安裝位置、路徑，盡可能降低實際工作中產生的失誤以及后續施工期間造成的損失，盡量提前竣工。使用碰撞閉環管理可以有效解決這些問題，對于后續的維護、檢修也有所幫助。

2.1.3 敷設DN80小管

敷設DN80小管的工作往往數量大且復雜，施工周期長，所以通常情況下盡可能避免使用DN80小管進行布置。三維設計軟件并不能實現模型設計與智能檢查，所以即便是使用DN80小管也是生產商或者安裝人員自行設計的，而安裝工作的規范性、合理性很大程度上取決于安裝人員的職業素養、技術水平，而這些不確定性因素會導致小管安裝過程中出現一些意外情況，這樣一來許多剛剛投入生產的機組就等于直接進入改造期。

為了盡可能避免上述問題的發生，保證小管的走向、布局符合生產需求，建設電廠時可以通過三維建模的方式設計小管的走向、布局，落實以后小管的走向、布局得到優化，可以為施工提供一定的輔助指導，保證精確性，提升小管布置工作效率與施工質量。

開展對小管三維設計的優化檢驗，再圖紙設計的基礎上按照順序開展工作。施工過程中如果存在不合理的情況就會使施工現場出現碰撞、損毀等現象，其中密封油管通道數量多、走向復雜是最常見的問題，為了保證這一點往往需要工作人員使用三維模型進行1：1建模規劃，并提出相應的修改審核，直至得出沒有任何問題的圖紙，這樣才可以保證后期的施工，以此來最大程度上確保現場施工準確、工藝美觀，降低失誤。

2.2 在生產期的研究與應用

處于生產期的數字化燃氣電廠使三維數字化技術得到了相對充分的應用，其中包括智能兩票、設備檢修三維培訓等業務。生產期的三維數字化技術得到相對充分的應用后，該項目下一步可開展三維可視化技術的應用。

2.2.1 管理鍋爐管道膨脹及焊口

使用三維可視化技術管理鍋爐受熱面異常信息，這也是核心技術，可以非常直觀的得出金屬監督、缺陷記錄等信息，根據這些信息對鍋爐的受熱面進行檢修改造，統計記錄鍋爐在作業過程中的一系列數據和信息，以便為鍋爐未來的使用和運行管理提供指導基礎，進而使鍋爐四管泄漏和機組非計劃停運次數有所減少。

2.2.2 鍋爐管道焊口統計

往往鍋爐管道擁有上萬條焊口，數量龐大，統計時復雜，并且許多管道焊口均是采用了異種鋼焊接，這種情況下就很容易導致焊口管理出現混亂。為了有效解決這一問題，本次研究中提出一種焊口管理模塊，通過三維形式將鍋爐的三萬條管道焊口體現在鍋爐模型當中，通過這種方式可以就很清晰地看到使用不同材質鑄造的管道焊口其實顏色是不一樣的，所以說可以通過鑒別顏色來區別鑄造管道的材質，這對于鍋爐的防爆、防磨檢修管理也是一種便捷的途徑。在鍋爐泄漏的情況下，通過焊口管理模塊可以在第一時間檢查出焊口泄露的位置，這樣就可以事先做好住呢別，爭取在最短的時間內搶修泄露的鍋爐，保證生產進度。

2.2.3 四管在線監測

在對鍋爐內管道進行泄露檢查時，可以利用聲學原理。因為鍋爐管道內部的結構是比較復雜的，所以依然使用傳統方法對管道進行泄露檢查是不現實的。為了實現對鍋爐管道泄漏的有效檢測，本次研究中提出三維模型基礎上四管在線監測，可以實現對鍋爐32點的有效標記，在此基礎上更加清晰的檢查管道、焊口的實際布局，同時針對報警位置對管道進行仔細檢查，同時預估管道、焊口的布置情況，并提前準備相關的材料、資料、制定方案，停機以后開始檢查，爭取在最短的時間內完成搶修工作。

2.2.4 防爆防磨

在系統當中輸入鍋爐受熱面的防爆防磨數據，使用專業軟件對錄入系統的信息數據在歸納整理的過程中，需要對實際的磨損速率進行計算，在此基礎上實現對鍋爐防爆檢查。因為過路管道長期以來被飛灰磨損，所以往往不同的部位受熱區域、煙氣速度均不一致，這也是導致磨損存在差異的主要原因。同時在鍋爐運行期間，吹灰風機持續運作，往往會導致受熱面管壁出現磨損。

磨損管理模塊是在三維專業檢測防爆防磨的軟件上建立的，在此基礎上全面記錄鍋爐的防爆防磨數據，匯總以后錄入系統，并且同時兼顧了管壁磨損趨勢預警，對未來的鍋爐防爆檢查提供數據基礎。

2.3 三維可視化動態技術監督平臺

三維可視化動態技術監督平臺的開發與應用可以將三維技術的優勢更加顯著地展現出來，助力工作人員可以更加有效地實現數據趨勢分析。在三維可視化動態技術監督平臺的基礎上可以實現對設備異常情況的預先判斷，針對性的落實可視化技術監督管理，使燃氣電廠設備的技術監督工作時效性和管理水平得到提升。

引進三維數字化技術在燃氣電廠建設運行的過程中實現了水排放為零，更是拜托了傳統火力電廠的管理方式，在燃氣電廠運行的過程中實現了自動化、傳感技術與三維技術的應用，使燃氣電廠的總體管理水平得到提高。

3 結束語

該燃氣電廠建設項目從機組的基建期至生產期，三維數字化技術都深度的融入其中，由此為現代化燃氣電廠的建立提供了全新的思路，在生產運維的過程中實現了燃氣電廠的可視化管理，使生產設備運行的安全與控制水平得到提升，從總體上和本質上使三維可視化技術在電場中可以更加有效的應用。