基于虛擬現(xiàn)實(shí)的鍋爐受熱面狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)研究

張大勇　倪永中　梁梓鈺

摘 要：對(duì)鍋爐受熱面管道的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估從而制定合理的維修計(jì)劃，對(duì)于提高鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性有重要的作用。文章介紹了一個(gè)鍋爐設(shè)備的狀態(tài)評(píng)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(xiǎn)等級(jí)，在此基礎(chǔ)上指導(dǎo)檢修，并將受熱面管道的實(shí)時(shí)狀況通過(guò)三維可視化技術(shù)直觀清晰的反映出來(lái)，從而達(dá)到狀態(tài)檢修的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；壽命計(jì)算；壁溫預(yù)測(cè)；風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

1 概述

燃煤電站的非計(jì)劃停運(yùn)主要是由鍋爐引起[1]。鍋爐“四管”的防磨防爆管理與評(píng)估工作，對(duì)火電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)大型火電站鍋爐四管爆漏引起的停爐占機(jī)組非計(jì)劃停用時(shí)間約40%，占鍋爐設(shè)備非計(jì)劃停用時(shí)間約70%[2]。傳統(tǒng)的“四管”檢修完全是一種計(jì)劃?rùn)z修模式，浪費(fèi)大量的人力和物力，同時(shí)無(wú)法對(duì)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，建立管道的劣化趨勢(shì)[3]。因此，如何利用現(xiàn)代化的測(cè)量和分析技術(shù)，建立受熱面管道的狀態(tài)評(píng)估檔案，對(duì)于鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(shí)時(shí)的了解受熱面管子的情況，通過(guò)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(cè)和控制[4]。文章在離線監(jiān)測(cè)和在線分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)一定的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行壁溫計(jì)算和蠕變壽命分析，然后結(jié)合檢修信息等對(duì)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(xiǎn)等級(jí)，便于制定合理的維修計(jì)劃。同時(shí)，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(shí)技術(shù)使用戶能夠更加直接直觀的獲得所需要的信息，對(duì)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(shí)作為一個(gè)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(duì)員工的教學(xué)培訓(xùn)方面對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)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(lái)提供漫游功能和仿真。由于虛擬現(xiàn)實(shí)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(duì)不太穩(wěn)定的整體，這就使虛擬現(xiàn)實(shí)在電廠實(shí)際運(yùn)行中的應(yīng)用有相當(dāng)?shù)碾y度，讓3D模型更加的切合實(shí)際是更大程度發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)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(shí)平臺(tái)，設(shè)備的信息、運(yùn)行參數(shù)等實(shí)時(shí)傳送到平臺(tái)與對(duì)應(yīng)的3D模型相關(guān)聯(lián)，用戶通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)可以隨時(shí)隨地查閱所需的設(shè)備信息，同時(shí)可以通過(guò)三維模型清晰直觀的看到鍋爐設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及出現(xiàn)問(wèn)題的地點(diǎn)，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(cè)、壽命評(píng)估五大模塊，涉及20多個(gè)功能點(diǎn)。通過(guò)設(shè)備管理模塊，以樹(shù)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(guò)檢修控制模塊，規(guī)范化電廠鍋爐防磨防爆檢修過(guò)程；通過(guò)檢修管理模塊，導(dǎo)入檢修中的EXCEL記錄，分類統(tǒng)計(jì)記錄數(shù)據(jù)，規(guī)范記錄單模板、加強(qiáng)過(guò)程管控；通過(guò)壁溫預(yù)測(cè)模塊可以在壁溫測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行熱力計(jì)算，得到鍋爐內(nèi)部受熱面的溫度和超溫情況，增強(qiáng)了對(duì)鍋爐管超溫的監(jiān)控； 通過(guò)壽命預(yù)測(cè)模塊，可以計(jì)算管道的實(shí)時(shí)壽命損耗，指導(dǎo)檢修過(guò)程。通過(guò)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(lái)源主要有在線測(cè)量和離線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，在線測(cè)量數(shù)據(jù)為鍋爐壁溫計(jì)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(guò)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(bào)表模塊等，其核心模塊包括：設(shè)備臺(tái)帳、三維模型、壁溫計(jì)算、蠕變計(jì)算和風(fēng)險(xiǎn)分析模塊。

3.1 臺(tái)帳模塊

設(shè)備編碼管理是整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)模塊之間交流信息的紐帶，通過(guò)編碼可以得到設(shè)備的所有信息，針對(duì)鍋爐不同位置的管道和檢修過(guò)程中檢修規(guī)則，對(duì)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(jí)編碼格式，通過(guò)設(shè)備的相互層次建立設(shè)備之間的關(guān)系，通過(guò)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(yǔ)

文章介紹的鍋爐管理系統(tǒng)就是一個(gè)實(shí)施的方案，同時(shí)，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(jì)算和壽命評(píng)估，再通過(guò)對(duì)檢修歷史數(shù)據(jù)的分析進(jìn)行設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)，從而從各方面輔助檢修方案的制定，是對(duì)由傳統(tǒng)的計(jì)劃?rùn)z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(chǔ)了五年的設(shè)備數(shù)據(jù)，使得電廠在超溫、壽命計(jì)算以及風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估方面取得了良好的效果，同時(shí)也對(duì)設(shè)備損傷趨勢(shì)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(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，對(duì)各項(xiàng)重要指標(biāo)的精確監(jiān)測(cè)，金屬材料的研究和試驗(yàn)，評(píng)估和預(yù)測(cè)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(shí)間內(nèi)努力研究的方向。

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