淺談三維數(shù)字技術(shù)在燃?xì)怆姀S數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用研究

江 彬，趙 亮，韓愷隆

（大唐萬寧天然氣發(fā)電有限責(zé)任公司，海南 萬寧 571500）

0 引言

三維數(shù)字化技術(shù)是一項(xiàng)全新的建模和應(yīng)用技術(shù)，隨著我國燃?xì)怆姀S的大規(guī)模興建，三維數(shù)字化技術(shù)在燃?xì)怆姀S當(dāng)中的應(yīng)用范圍也越來越廣。部分處于基建期的三維數(shù)字化技術(shù)機(jī)組設(shè)計(jì)進(jìn)行了試探，所以需要對設(shè)備的三維數(shù)字化技術(shù)基建期設(shè)計(jì)進(jìn)行管理，部分三維數(shù)字化技術(shù)人員在機(jī)組生產(chǎn)期中應(yīng)用了定位。電子圍欄技術(shù)等，幫助工作人員管理機(jī)組的檢修維護(hù)等工作。

盡管三位數(shù)字技術(shù)在機(jī)組的基建與運(yùn)行時期都有所應(yīng)用，但是和實(shí)際生產(chǎn)的結(jié)合還沒有達(dá)到足夠的緊密程度，即對于機(jī)組可靠性與機(jī)組效益的提升并沒有達(dá)到十分明顯的程度，顯然這種應(yīng)用并沒有取得實(shí)際的效果，因此還需要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化。

為落實(shí)地區(qū)協(xié)同發(fā)展，決定發(fā)展某能源項(xiàng)目。該項(xiàng)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(nèi)單平衡通風(fēng)道、固定排渣、全身封閉、爐體為直流全鋼架構(gòu)，通過水氫氫冷卻、靜態(tài)勵磁實(shí)現(xiàn)機(jī)組發(fā)電。投入項(xiàng)目當(dāng)中開始運(yùn)行后，為該地區(qū)的穩(wěn)定供熱、發(fā)電提供了重要保障，并且本項(xiàng)目的排放已經(jīng)達(dá)到了國家排放標(biāo)準(zhǔn)，完全符合綠色排放。

本項(xiàng)目以建設(shè)數(shù)字化電廠為主要目標(biāo)，對于三維數(shù)字化技術(shù)的調(diào)研、總結(jié)、提煉技術(shù)在燃?xì)獍l(fā)電戲曲經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，進(jìn)一步對三維數(shù)字化技術(shù)三維電廠內(nèi)涵進(jìn)入深度研究。

1 三維數(shù)字化技術(shù)在燃?xì)怆姀S當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用以及存在的問題

1.1 應(yīng)用情況

電力企業(yè)在市場上仍然面臨著激烈的競爭，在電力企業(yè)競爭過程中，成本與技術(shù)是重點(diǎn)內(nèi)容。所以為了提升自身的市場競爭中，部分燃?xì)怆姀S在生產(chǎn)作業(yè)當(dāng)中引進(jìn)了數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行電廠建設(shè)，而在數(shù)字化電廠在設(shè)計(jì)、建設(shè)的過程中會產(chǎn)生相應(yīng)的模型、圖紙、項(xiàng)目調(diào)試文檔、資產(chǎn)管理、運(yùn)行數(shù)據(jù)，企業(yè)對于這些資料需要進(jìn)行綜合性管理[1]。

為了實(shí)現(xiàn)對這些生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的資料進(jìn)行平臺集成處理，數(shù)字化技術(shù)由此誕生。

1.2 應(yīng)用問題

在三維數(shù)字化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的過程中，相關(guān)人員進(jìn)行了充分的調(diào)研，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中存在一些問題：

1.2.1 設(shè)計(jì)與應(yīng)用范圍不夠全面

在設(shè)計(jì)部分三維軟件的過程中，可以對普通的三維模型進(jìn)行建設(shè)，同時軟件平臺的擴(kuò)展性并不強(qiáng)，設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用并沒有實(shí)現(xiàn)全方位的結(jié)合，進(jìn)而模塊化基礎(chǔ)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(chǎn)的管理模式

燃?xì)怆姀S在運(yùn)行過程中對基建與生產(chǎn)的過度依賴對企業(yè)的統(tǒng)一規(guī)劃，先前所開發(fā)的一系列專業(yè)軟件實(shí)質(zhì)上并沒有實(shí)現(xiàn)貫通，各模塊直接的功能仍然相對獨(dú)立，信息形成孤島效應(yīng)[2]。

在燃?xì)怆姀S數(shù)字化建設(shè)的過程中，因?yàn)樾畔⒋嬖诠聧u效應(yīng)，所以在設(shè)備維護(hù)期間，并沒有實(shí)現(xiàn)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(guān)聯(lián)。

在三維數(shù)字化技術(shù)的支持下，基建期至生產(chǎn)期的輔助轉(zhuǎn)資工作將自動完成，由此資源的計(jì)算、存儲、軟件、數(shù)據(jù)的資源共享與設(shè)備全壽命智能化管理可以被真正實(shí)現(xiàn)，包括對數(shù)據(jù)的分析和價值的挖掘。

2 對于三維數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用與研究

經(jīng)過細(xì)致分析，該項(xiàng)目在精細(xì)化三維數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)上對燃?xì)怆姀S進(jìn)行研究，在此背景下一套燃?xì)怆姀S三維信息化模型和基建生產(chǎn)一體化三維數(shù)字化信息管理平臺由此誕生。

2.1 在項(xiàng)目基建期的應(yīng)用與研究

鑒于此出現(xiàn)了電廠三維信息化模型與一體化三維信息管理。

2.1.1 設(shè)計(jì)圖紙與檢驗(yàn)圖紙

使用三位數(shù)字技術(shù)的原因是為了解決三維資料無法編輯的問題，建設(shè)方可以在此基礎(chǔ)上構(gòu)建全方位、一體化的三維信息化模型，在開發(fā)接口位置的連接下，實(shí)現(xiàn)了與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的無縫對接，如果項(xiàng)目出現(xiàn)變動，還可以根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)需要對模型進(jìn)行再編輯。

使用相對精細(xì)化程度較高的三維數(shù)字化技術(shù)，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝繁瑣的流程、不能在圖紙上實(shí)現(xiàn)精確定位的設(shè)備裝置，在三維數(shù)字化技術(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)三維化、局部微觀精確化，即促成相對較為直觀的表達(dá)，進(jìn)而延伸了工程作業(yè)人員的視覺。

在三維數(shù)字化技術(shù)的前提下精細(xì)化三維信息化模型設(shè)計(jì)編輯，二、三維在線協(xié)同標(biāo)注功能的應(yīng)用等被真正實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了高度集成化、關(guān)聯(lián)化的數(shù)字化電廠信息，其中包括對工程圖紙、施工資料、文件等內(nèi)容的管理。

2.1.2 三位碰撞

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

在設(shè)計(jì)階段，參照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將資料、規(guī)則導(dǎo)入系統(tǒng)，二維設(shè)計(jì)圖經(jīng)過三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)就轉(zhuǎn)變?yōu)槿S模型。使用碰撞工具，參照碰撞規(guī)則，生成可靠的碰撞檢查報(bào)告。

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

2.1.3 敷設(shè)DN80小管

敷設(shè)DN80小管的工作往往數(shù)量大且復(fù)雜，施工周期長，所以通常情況下盡可能避免使用DN80小管進(jìn)行布置。三維設(shè)計(jì)軟件并不能實(shí)現(xiàn)模型設(shè)計(jì)與智能檢查，所以即便是使用DN80小管也是生產(chǎn)商或者安裝人員自行設(shè)計(jì)的，而安裝工作的規(guī)范性、合理性很大程度上取決于安裝人員的職業(yè)素養(yǎng)、技術(shù)水平，而這些不確定性因素會導(dǎo)致小管安裝過程中出現(xiàn)一些意外情況，這樣一來許多剛剛投入生產(chǎn)的機(jī)組就等于直接進(jìn)入改造期。

為了盡可能避免上述問題的發(fā)生，保證小管的走向、布局符合生產(chǎn)需求，建設(shè)電廠時可以通過三維建模的方式設(shè)計(jì)小管的走向、布局，落實(shí)以后小管的走向、布局得到優(yōu)化，可以為施工提供一定的輔助指導(dǎo)，保證精確性，提升小管布置工作效率與施工質(zhì)量。

開展對小管三維設(shè)計(jì)的優(yōu)化檢驗(yàn)，再圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)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(xiàn)場出現(xiàn)碰撞、損毀等現(xiàn)象，其中密封油管通道數(shù)量多、走向復(fù)雜是最常見的問題，為了保證這一點(diǎn)往往需要工作人員使用三維模型進(jìn)行1：1建模規(guī)劃，并提出相應(yīng)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?，F(xiàn)場施工準(zhǔn)確、工藝美觀，降低失誤。

2.2 在生產(chǎn)期的研究與應(yīng)用

處于生產(chǎn)期的數(shù)字化燃?xì)怆姀S使三維數(shù)字化技術(shù)得到了相對充分的應(yīng)用，其中包括智能兩票、設(shè)備檢修三維培訓(xùn)等業(yè)務(wù)。生產(chǎn)期的三維數(shù)字化技術(shù)得到相對充分的應(yīng)用后，該項(xiàng)目下一步可開展三維可視化技術(shù)的應(yīng)用。

2.2.1 管理鍋爐管道膨脹及焊口

使用三維可視化技術(shù)管理鍋爐受熱面異常信息，這也是核心技術(shù)，可以非常直觀的得出金屬監(jiān)督、缺陷記錄等信息，根據(jù)這些信息對鍋爐的受熱面進(jìn)行檢修改造，統(tǒng)計(jì)記錄鍋爐在作業(yè)過程中的一系列數(shù)據(jù)和信息，以便為鍋爐未來的使用和運(yùn)行管理提供指導(dǎo)基礎(chǔ)，進(jìn)而使鍋爐四管泄漏和機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)有所減少。

2.2.2 鍋爐管道焊口統(tǒng)計(jì)

往往鍋爐管道擁有上萬條焊口，數(shù)量龐大，統(tǒng)計(jì)時復(fù)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(dǎo)致焊口管理出現(xiàn)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(xiàn)在鍋爐模型當(dāng)中，通過這種方式可以就很清晰地看到使用不同材質(zhì)鑄造的管道焊口其實(shí)顏色是不一樣的，所以說可以通過鑒別顏色來區(qū)別鑄造管道的材質(zhì)，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(nèi)搶修泄露的鍋爐，保證生產(chǎn)進(jìn)度。

2.2.3 四管在線監(jiān)測

在對鍋爐內(nèi)管道進(jìn)行泄露檢查時，可以利用聲學(xué)原理。因?yàn)殄仩t管道內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的，所以依然使用傳統(tǒng)方法對管道進(jìn)行泄露檢查是不現(xiàn)實(shí)的。為了實(shí)現(xiàn)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(chǔ)上四管在線監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)對鍋爐32點(diǎn)的有效標(biāo)記，在此基礎(chǔ)上更加清晰的檢查管道、焊口的實(shí)際布局，同時針對報(bào)警位置對管道進(jìn)行仔細(xì)檢查，同時預(yù)估管道、焊口的布置情況，并提前準(zhǔn)備相關(guān)的材料、資料、制定方案，停機(jī)以后開始檢查，爭取在最短的時間內(nèi)完成搶修工作。

2.2.4 防爆防磨

在系統(tǒng)當(dāng)中輸入鍋爐受熱面的防爆防磨數(shù)據(jù)，使用專業(yè)軟件對錄入系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)在歸納整理的過程中，需要對實(shí)際的磨損速率進(jìn)行計(jì)算，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對鍋爐防爆檢查。因?yàn)檫^路管道長期以來被飛灰磨損，所以往往不同的部位受熱區(qū)域、煙氣速度均不一致，這也是導(dǎo)致磨損存在差異的主要原因。同時在鍋爐運(yùn)行期間，吹灰風(fēng)機(jī)持續(xù)運(yùn)作，往往會導(dǎo)致受熱面管壁出現(xiàn)磨損。

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

2.3 三維可視化動態(tài)技術(shù)監(jiān)督平臺

三維可視化動態(tài)技術(shù)監(jiān)督平臺的開發(fā)與應(yīng)用可以將三維技術(shù)的優(yōu)勢更加顯著地展現(xiàn)出來，助力工作人員可以更加有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)趨勢分析。在三維可視化動態(tài)技術(shù)監(jiān)督平臺的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備異常情況的預(yù)先判斷，針對性的落實(shí)可視化技術(shù)監(jiān)督管理，使燃?xì)怆姀S設(shè)備的技術(shù)監(jiān)督工作時效性和管理水平得到提升。

引進(jìn)三維數(shù)字化技術(shù)在燃?xì)怆姀S建設(shè)運(yùn)行的過程中實(shí)現(xiàn)了水排放為零，更是拜托了傳統(tǒng)火力電廠的管理方式，在燃?xì)怆姀S運(yùn)行的過程中實(shí)現(xiàn)了自動化、傳感技術(shù)與三維技術(shù)的應(yīng)用，使燃?xì)怆姀S的總體管理水平得到提高。

3 結(jié)束語

該燃?xì)怆姀S建設(shè)項(xiàng)目從機(jī)組的基建期至生產(chǎn)期，三維數(shù)字化技術(shù)都深度的融入其中，由此為現(xiàn)代化燃?xì)怆姀S的建立提供了全新的思路，在生產(chǎn)運(yùn)維的過程中實(shí)現(xiàn)了燃?xì)怆姀S的可視化管理，使生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的安全與控制水平得到提升，從總體上和本質(zhì)上使三維可視化技術(shù)在電場中可以更加有效的應(yīng)用。