基于DCS的YG-240鍋爐汽水系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)

（中鋁山東工程技術(shù)有限公司，山東 淄博 255052）

1 概述

汽水系統(tǒng)作為鍋爐水汽轉(zhuǎn)換及輸送的重要單元，長時間在高溫高壓環(huán)境下工作，受高溫腐蝕及煙氣磨損的影響，汽水系統(tǒng)極易發(fā)生故障，是鍋爐安全運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，且這些事故往往非常突然，且對設(shè)備本體具有一定的沖擊破壞性，本文通過分析影響汽水系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的各種元素，并通過故障樹分析方法研究汽水系統(tǒng)故障機(jī)理，應(yīng)用廣義故障樹框架結(jié)構(gòu)建立了基于故障樹的故障診斷系統(tǒng)。最后，利用VB，MYSQL等開發(fā)工具開發(fā)出基于故障樹的故障診斷系統(tǒng)軟件，該軟件具有可靠性、實(shí)時性、預(yù)警性以及可擴(kuò)展性等特性。

2 工藝流程

2.1 工作流程

YG-240/9.8-M1鍋爐的工藝流程如圖1所示。

圖2簡要的概括了鍋爐汽水系統(tǒng)的工藝流程。鍋爐給水經(jīng)給水泵升壓后先進(jìn)入省煤器，在省煤器中與煙氣進(jìn)行熱交換后進(jìn)入汽包，然后沿著下降管、下聯(lián)箱、水冷壁的路徑在爐膛內(nèi)部接受輻射熱，形成汽水混合物后進(jìn)入汽包。汽包中的汽水分離器將汽水混合物分離，水留在汽包水容積中與不斷送人的給水一塊經(jīng)下降管進(jìn)入水冷壁受熱后再次進(jìn)入汽包，如此反復(fù)，形成水循環(huán)。有引出管將汽包內(nèi)的蒸汽引出，進(jìn)入鍋爐過熱系統(tǒng)，經(jīng)低過、屏過、高過加熱到額定溫度后送至汽輪機(jī)中做功[1]。

圖1 YG-240/9.8-M1鍋爐的工藝流程圖

2.2 影響汽水系統(tǒng)故障的因素

鍋爐汽水系統(tǒng)的故障通常都發(fā)生在鍋爐受熱面上，另外汽包及給水系統(tǒng)的故障雖沒有受熱面常見，但這些部位一旦發(fā)生故障，很容易造成鍋爐停爐。因此汽水系統(tǒng)故障診斷主要圍繞這些鍋爐部件的故障現(xiàn)象來進(jìn)行分析，表1歸納總結(jié)了常見的鍋爐汽水系統(tǒng)故障現(xiàn)象及形成原因。

表1 鍋爐汽水系統(tǒng)故障列表

圖2 鍋爐汽水系統(tǒng)流程圖

3 故障樹診斷法及其特點(diǎn)

3.1 故障樹診斷法的定義

故障樹診斷法（簡稱FAT）對系統(tǒng)故障所發(fā)生的總體原因進(jìn)行細(xì)化，并按照邏輯關(guān)系將所有細(xì)化原因排列成樹狀結(jié)構(gòu)，通過對樹狀結(jié)構(gòu)的分析確定導(dǎo)致故障發(fā)生的各種因素組合及發(fā)生概率，非常適合在實(shí)際的工程系統(tǒng)中使用。

3.2 故障樹的建立

通常故障樹建立的步驟為：系統(tǒng)定義、建立故障樹、定性估計(jì)、定量估計(jì)。針對鍋爐汽水系統(tǒng)建立故障樹，具體步驟如下：

（1）研究汽水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能、工作流程、運(yùn)行參數(shù)。

（2）統(tǒng)計(jì)整理汽水系統(tǒng)以往發(fā)生的故障，對未發(fā)生但有可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)測，綜合這些故障進(jìn)行重新定義。

（3）分析故障形成的原因，針對汽水系統(tǒng)不同部件的設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行工況進(jìn)行故障分析，同時外部環(huán)境因素及人為因素也應(yīng)一并進(jìn)行綜合分析。

（4）收集系統(tǒng)各故障發(fā)生的概率數(shù)據(jù)。

（5）選定汽水系統(tǒng)中最常見且對鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行影響最大的故障狀態(tài)作為頂事件，并建立故障樹。

（6）對故障樹結(jié)構(gòu)作定性分析。應(yīng)用布爾代數(shù)法則對故障樹進(jìn)行化簡；對故障樹進(jìn)行最小割集和最小路集運(yùn)算；對故障樹中的各事件做重要度分析，確定各事件對其頂事件的影響程度，從而對各事件所代表的部件對整個系統(tǒng)的重要程度有了定性的認(rèn)識。

（7）對故障樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析，比對根據(jù)最小割集和最小路集計(jì)算出的頂事件發(fā)生概率，若超出預(yù)期，則采取可靠措施降低頂事件的發(fā)生概率。

（8）綜合考慮技術(shù)、價格等條件，對預(yù)防事故發(fā)生提出并采取可靠措施。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

①實(shí)時、可靠、準(zhǔn)確。②實(shí)時性。③可靠性。④預(yù)警性。⑤可擴(kuò)展性。

4.2 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

本故障診斷系統(tǒng)基于WindowsXP為操作系統(tǒng)，以Visual C++6.0為開發(fā)工具。Visual C++，是以C++語言為基礎(chǔ)的開發(fā)Windows環(huán)境程序，面向?qū)ο蟮目梢暬删幊滔到y(tǒng)。它不但具有程序框架自動生成、靈活方便的類管理、代碼編寫和界面設(shè)計(jì)集成交互操作、可開發(fā)多種程序等優(yōu)點(diǎn)，而且通過的設(shè)置就可使其生成的程序框架支持?jǐn)?shù)據(jù)庫接口、OLE2.0，WinSock網(wǎng)絡(luò)、3D控制界面。

本系統(tǒng)采用MYSQL數(shù)據(jù)庫對系統(tǒng)知識庫進(jìn)行組織和管理，診斷程序通過調(diào)用DCS數(shù)據(jù)存儲中的實(shí)時數(shù)據(jù)，經(jīng)過OBDC方法與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，故障診斷程序通過分析監(jiān)測到的DCS實(shí)時數(shù)據(jù)，利用知識庫中的相關(guān)知識及推理機(jī)制對系統(tǒng)進(jìn)行診斷，并將診斷結(jié)果在診斷界面顯示出來，同時給予運(yùn)行人員相應(yīng)的故障處理建議。整個診斷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 診斷系統(tǒng)基本框架

4.3 系統(tǒng)界面介紹

本系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)主參數(shù)、運(yùn)行故障診斷單元、診斷結(jié)果輸出三個界面。

鍋爐系統(tǒng)主參數(shù)界面監(jiān)控鍋爐主要運(yùn)行參數(shù)，通過采集DCS信號，實(shí)時反映鍋爐整體運(yùn)行狀態(tài)，故障診斷系統(tǒng)診斷單元對生產(chǎn)過程中所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，同時采集DCS的故障信息，運(yùn)用基于故障樹的故障診斷技術(shù)對汽水系統(tǒng)進(jìn)行自動診斷。

系統(tǒng)診斷完成后，將在診斷輸出界面將診斷結(jié)果顯示出來，界面包含有主要故障征兆狀態(tài)，并給出操作人員操作指導(dǎo)建議。

鍋爐汽水系統(tǒng)故障診斷單元界面如圖4所示。

5 小結(jié)

通過運(yùn)用VC語言及MYSQL數(shù)據(jù)庫對系統(tǒng)進(jìn)行了初步開發(fā)，采用基于故障樹的故障診斷推理機(jī)制，使得故障樹理論與故障智能診斷有機(jī)結(jié)合，很好的實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷功能，實(shí)現(xiàn)了鍋爐汽水系統(tǒng)的智能診斷。

圖4 故障診斷單元界面