基于空壓機(jī)實時監(jiān)測的自動化無人監(jiān)管系統(tǒng)在電廠應(yīng)用研究

劉 龍，王廣兵，趙永國，祝傳衛(wèi)，周長偉

(國家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032)

0 引 言

空壓機(jī)雖然是火力發(fā)電廠的關(guān)鍵輔助設(shè)備和耗能大戶，但是由于對空壓機(jī)的研究重視度不夠，空壓機(jī)系統(tǒng)智能化程度總體比較低，很少對空壓機(jī)智能化控制及節(jié)能方式進(jìn)行深入研究[1]；傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)設(shè)備節(jié)能及安全的最大化，更沒有精細(xì)化的安全節(jié)能管理系統(tǒng)，無法做到設(shè)備健康狀況實時顯示和評估[2]；空壓機(jī)系統(tǒng)存在的泄漏、運行不當(dāng)、濕度超標(biāo)、比功率升高等問題無法及時發(fā)現(xiàn)，易造成設(shè)備損壞及長期高能耗運行，運行費用及維護(hù)費用比較高[3]，標(biāo)準(zhǔn)空壓機(jī)成本比例及壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能空間如圖1所示。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)空壓機(jī)成本比例及壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能空間

中國火電廠的空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)，絕大部分采用的運作方式為人工調(diào)運、人工巡檢、人工記錄等方式，通過觀察母管壓力人工調(diào)整設(shè)備的開啟數(shù)量，運行參數(shù)只能通過去設(shè)備現(xiàn)場查看，且數(shù)據(jù)記錄間歇性采集，沒有連續(xù)曲線?？諌赫緹o人監(jiān)管自動運行可提高設(shè)備運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，是電廠智慧化運行的一部分[4]。

1 設(shè)備概況

某電廠三期空壓機(jī)房內(nèi)布置有5臺儀用和檢修用氣空壓機(jī)，噴油螺桿式，其中34號空壓機(jī)型號為MM200型，31號、32號、33號空壓機(jī)為KHEW200-41/8-Ⅱ 型，38號空壓機(jī)為MM250W型。另有3臺干灰空壓機(jī)，35號、36號、37號空壓機(jī)為MM200型。在空壓機(jī)房外東側(cè)有5個儲氣罐，3臺供儀用氣、2臺供檢修用氣。 5臺空壓機(jī)中2臺正常運行(一大一小)，3臺備用，產(chǎn)生氣體進(jìn)入這5個儲氣罐，檢修用氣直接使用，儀用氣經(jīng)過無熱再生模塊吸附式干燥機(jī)除去水分雜質(zhì)后使用。儀用空氣壓力低于0.5 MPa報警，小于0.64 MPa，33號、34號、38號空壓機(jī)自動加載；小于0.63 MPa，32號空壓機(jī)自動加載；小于0.62 MPa，31號空壓機(jī)自動加載；大于0.7 MPa，5臺空壓機(jī)都會自動卸載。一般正常壓力維持在0.55～0.65 MPa之間。在空壓機(jī)房外西側(cè)有3個儲氣罐，干灰用空壓機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣經(jīng)過無熱再生模塊吸附式干燥機(jī)干燥后進(jìn)入儲氣罐，供除灰用氣。空壓機(jī)房內(nèi)有4個型號為ZD462的無熱再生模塊吸附式干燥機(jī)，正常運行中均投入自動狀態(tài)，干燥機(jī)根據(jù)自身程序設(shè)定自動運行。全部8臺空壓機(jī)冷卻水均來自工業(yè)水，消防水作為備用，回水至5號、6號機(jī)組涼水塔。

2 空壓機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 研究內(nèi)容

1)空壓站智能監(jiān)控及健康評估系統(tǒng)建成后，控制水平應(yīng)達(dá)到在無需現(xiàn)場人員的配合下，在控制室內(nèi)完成對空壓機(jī)及其附屬裝置的正常啟停，完成正常的運行監(jiān)視、操作和故障處理[5]。

2)PLC系統(tǒng)與空壓機(jī)控制系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和附屬執(zhí)行器、儀表之間的信號交換通過硬接線(或工業(yè)網(wǎng)絡(luò))方式實現(xiàn)。系統(tǒng)可在遠(yuǎn)程全自動(無人值守)、遠(yuǎn)程部分自動、遠(yuǎn)程手動及遠(yuǎn)程監(jiān)測本地手動控制等方式下運行，各狀態(tài)可無縫切換；系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備故障空壓機(jī)隔離能力，迅速將故障設(shè)備隔離，控制邏輯應(yīng)當(dāng)以優(yōu)先滿足壓縮空氣供給能力不降低為原則；系統(tǒng)可將運行、報警信息發(fā)送至指定手機(jī)[6]。

3)通過對空壓機(jī)出口管道及母管安裝流量測點，建立空壓機(jī)健康評估系統(tǒng)，實現(xiàn)空壓機(jī)健康狀況的實時顯示和歷史查詢[7]。

2.2 技術(shù)路線

1)完善空壓機(jī)數(shù)據(jù)采集，加裝各臺空壓機(jī)電流電壓測點，各臺空壓機(jī)出口流量測點、母管流量測點，母管道壓力信號測點、各臺空壓機(jī)干燥塔出口加裝濕度測點，各臺空壓機(jī)進(jìn)出水管道壓力和溫度測點，將所得參數(shù)與設(shè)備額定參數(shù)進(jìn)行對比，診斷設(shè)備運行健康狀況。

2)設(shè)計增加1臺空壓機(jī)變頻調(diào)節(jié)手段，實現(xiàn)空壓機(jī)母管壓力的精確調(diào)節(jié)，減少空壓機(jī)頻繁啟停，對空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化安全節(jié)能管理[8-9]。

3)通過實時監(jiān)測各臺空壓機(jī)的比功率，建立空壓機(jī)運行狀況數(shù)據(jù)庫，實時顯示設(shè)備運行能耗狀況(優(yōu)、良、差)；優(yōu)先自動運行低能耗設(shè)備，并對空壓機(jī)檢修提供指導(dǎo)。

4)以空壓機(jī)運行狀況數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，進(jìn)行邏輯以及報警值設(shè)定；建立相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和運行規(guī)范。

2.3 設(shè)計特點

該項目構(gòu)建一套科學(xué)先進(jìn)的壓縮空氣使用和管理信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)空壓機(jī)設(shè)備最優(yōu)控制方式，實現(xiàn)壓縮空氣消耗的精細(xì)化管理，滿足用氣需求。實時監(jiān)控空壓機(jī)運行情況、對空壓機(jī)、閥門、儀表設(shè)備的運行信息、報警信息進(jìn)行記錄、存儲、查詢、并生成班報表、日報表、月報表、年報表及自定義報表等。系統(tǒng)采用互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，計算機(jī)終端可通過互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測、查詢、控制設(shè)備運行情況。系統(tǒng)可將運行、報警信息發(fā)送至設(shè)定手機(jī)。

3 空壓機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計

完善現(xiàn)有空壓機(jī)運行參數(shù)采集，通過智能化的邏輯控制實現(xiàn)對壓縮機(jī)及其輔助設(shè)備的自動調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖控制、優(yōu)化管理，提前診斷設(shè)備健康狀況，減少運維工作量，保證整個空壓站系統(tǒng)的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理和高效運行[10]。

1)空壓機(jī)智能監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)

空壓機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示，在原有設(shè)備系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加裝了各臺空壓機(jī)電流電壓測點、出口流量計測點、主管流量計測點、主管道壓力信號測點、各臺空壓機(jī)進(jìn)回水管道壓力和溫度測點，將所測參數(shù)與設(shè)備額定參數(shù)進(jìn)行對比，診斷設(shè)備運行狀況。通過實時監(jiān)測各臺空壓機(jī)的參數(shù)，建立空壓機(jī)運行狀況數(shù)據(jù)庫，實時顯示設(shè)備運行能耗狀況(優(yōu)、良、差)優(yōu)先自動運行低能耗設(shè)備。

2)控制模式

空壓站集中控制系統(tǒng)具有就地控制(空壓機(jī)本體控制具有最高優(yōu)先級)、集中單控(點操)、集中聯(lián)控(壓力控制)3種運行方式。

3)變頻調(diào)節(jié)功能設(shè)計增加一臺空壓機(jī)變頻調(diào)節(jié)手段，實現(xiàn)空壓機(jī)母管壓力的精確調(diào)節(jié)，減少空壓機(jī)頻繁啟停，對空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化安全節(jié)能管理[11]。

4)報警功能

系統(tǒng)具有聲光報警功能，當(dāng)出現(xiàn)信號異常、設(shè)備故障、自身控制系統(tǒng)出錯、健康狀況差等情況時，進(jìn)行聲光報警，并在觸摸屏上給出相應(yīng)的提示信息。

5)設(shè)備數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)可采集空壓機(jī)電腦控制器數(shù)據(jù)、壓縮空氣管路壓力、流量、濕度、循環(huán)水出口溫度、壓力、電控閥門開停、電機(jī)溫度等設(shè)備所有參數(shù)，實現(xiàn)對整個空壓機(jī)系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的采集、記錄，依據(jù)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析[12]。

6)電動閥和電磁閥的控制

實現(xiàn)空壓站內(nèi)所有設(shè)備無人值守工作模式，與供氣側(cè)8個出口電動閥門的控制連鎖，由運行操作人員在遠(yuǎn)程控制開、閉。

7)空壓機(jī)健康管理

通過實時監(jiān)測各臺空壓機(jī)的比功率，建立空壓機(jī)運行狀況數(shù)據(jù)庫，實時顯示設(shè)備運行能耗狀況(優(yōu)、良、差)；優(yōu)先自動運行低能耗設(shè)備并對空壓機(jī)檢修提供指導(dǎo)。建立空壓站健康管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，具備空壓機(jī)運行時長、易損件剩余壽命、能耗狀態(tài)等信息的管理、記錄能力；具有維修及備件更換費用記錄功能，方便分析機(jī)組運行狀態(tài)和壽命周期費用[13]。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

該技術(shù)的實施可有效提高鍋爐機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性，節(jié)約人力資源，減少空壓站電耗，延長維護(hù)周期。

1)每年預(yù)期節(jié)省人力資源365日×280元/(日·人)×2人=204 400元。

2)按照國家能源菏澤發(fā)電有限公司三期設(shè)備及運行狀況，共有8臺設(shè)備6開2備用，每年運行時間8 000 h計算，全年運行每年可節(jié)約10%電量,共節(jié)電：200 kW×6×8 000 h×10%=960 000(kW·h)；每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約40萬元，電價按照上網(wǎng)電價0.42元/(kW·h)。

5 結(jié) 語

PLC系統(tǒng)與空壓機(jī)控制系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和附屬執(zhí)行器、儀表之間以硬接線方式實現(xiàn)信號交換，通過對空壓機(jī)出口加裝流量計探頭，主管路加裝壓力檢測探頭，可實時監(jiān)測整個空壓機(jī)系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)，免去大量的人工定點巡檢。通過各個監(jiān)測點以及數(shù)據(jù)，分析故障設(shè)備狀況，為消除事故隱患提供充足的時間裕量。建立空壓機(jī)站房監(jiān)控數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)科學(xué)量化地自動調(diào)整設(shè)備運行，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。