基于流計算的鍋爐高溫管壁金屬壽命指標管理方法研究

劉 陽 徐 凱 周宇陽 何 成 李 偉 陳東娃 廖 杰 葉 凌

（1.國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學(xué)研究院；2.新疆新能集團有限責(zé)任公司烏魯木齊電力建設(shè)調(diào)試所；3.上海樸宜實業(yè)有限公司；4.新華控制工程有限公司）

化工熱力車間與電站的鍋爐設(shè)備由于燃燒調(diào)節(jié)不當、過熱器、再熱器等受熱面熱流控制欠妥，以及壁溫監(jiān)測不到位等因素， 部分受熱面長期在超溫狀態(tài)下運行，造成高溫管路超溫，進而出現(xiàn)鍋爐爆管的事故，嚴重影響鍋爐的安全運行［1，2］。據(jù)國產(chǎn)大型機組非計劃停運次數(shù)統(tǒng)計，由于高過（高再） 爆管造成的非停次數(shù)占總非停次數(shù)的40%～50%。

有條件的企業(yè)在鍋爐基建的時候設(shè)計了更多的壁溫測點，以全方位檢測高溫管壁受熱部件的溫度變化。 部分在役鍋爐也利用大修期增設(shè)了壁溫測點，其原則是在不改變鍋爐原測點的基礎(chǔ)上，在容易超溫的部位增加壁溫測量密度，例如某2 000 t級鍋爐針對整體設(shè)計及運行狀況的分析判斷，結(jié)合高溫受熱面在爐膛寬度方向管壁溫度分析后增加了壁溫測點，原測點與增加的壁溫測點對比如下：

末級過熱器 原76測點，增設(shè)后460測點

分隔屏 原36測點，增設(shè)后250測點

末級再熱器 原45測點，增設(shè)后200測點

增加測量密度會增加較多的建設(shè)和維護成本，其獲取的信息收益并不可觀。 對于沒有條件增加測點的鍋爐，更需要尋找到低成本高收益的金屬壽命管理方法，賴儒杰和范啟富在引入壽命預(yù)測機器學(xué)習(xí)算法時注意到了與傳統(tǒng)信號處理渠道相結(jié)合的優(yōu)勢［3］，裴峻峰等基于壽命數(shù)據(jù)進行可靠性分析時充分利用了數(shù)據(jù)統(tǒng)計的特征值［4］，陳東升及李卓漫等在各自壽命導(dǎo)向的研究中均重 視 了 數(shù) 據(jù) 挖 掘［5，6］，即 便 采 用 不 同 的 檢 測 手段［7］，數(shù)據(jù)的有機融合也是其中突出的要點［8，9］。

因此， 基于DCS充分利用已有測點的實時與歷史信息是一個現(xiàn)實的選擇［10，11］。 對于DCS的分散處理單元DPU而言， 基于時間斷面進行邏輯分析計算的特征不能處理金屬壽命這種具有歷史信息的參數(shù)，需要進行功能拓展，筆者探索了一種挖掘現(xiàn)有測點的時空內(nèi)在聯(lián)系的方法， 在DPU上建立流計算能力，通過流計算對壁溫測點進行多方位的信息分析，為高參數(shù)、大容量鍋爐高溫管壁壽命指標管理提供一種新的方法。

1 通過流數(shù)據(jù)拓展測點信息

高參數(shù)、大容量鍋爐的特點之一是同屏管子數(shù)目較多，因為鍋爐容量增大時，鍋爐的寬度并不成比例地增大，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，鍋爐的寬度大致與容量的0.7次方成正比，其必然導(dǎo)致過熱器再熱器的同屏管子數(shù)目增多。 例如超臨界鍋爐的末級過熱器同屏管子有20根，屏式過熱器的同屏管子多達28根。 同屏管子數(shù)目增多使同屏各管的熱偏差增大，外圈管較長而蒸汽流量小，輻射吸熱量卻比內(nèi)圈管大，雙重的影響會使外圈管的溫升比內(nèi)圈管大得多，從而造成超溫。

鍋爐高溫管壁金屬壽命指標管理中的壁溫指標考核系統(tǒng)是常見的工程手段， 具有簡明、易行的特點，不過弊端也很明顯，這是因為指標考核是一種異?；蚬收袭a(chǎn)生后的被動警示機制，它能夠提示運行人員的運行失當并且執(zhí)行相關(guān)懲罰措施，而不能起到預(yù)示作用；另外，指標考核是一種固化的判別模式，對于超溫等失當行為不能根據(jù)實際的持續(xù)傷害給出判定，也不能直觀地給出實際損失的大小；同時指標考核辦法只著眼于當前的損傷，不計及當前損傷對象的累積損傷情況，使得爐管不同生命周期受到相同傷害時得到的是相同的防護提示。

究其原因，鍋爐壁溫指標考核是基于運行參數(shù)實時數(shù)值集合而建設(shè)的管理體系，在進行壁溫超限的傷害評估時，缺少以下視角：其一，從壽命消耗分數(shù)來講， 不同工況下的壽命消耗是不同的；其二，從壽命的不同周期而言，同一個消耗量所帶來的實際損害是不同的；其三，對于同一次壽命消耗行為，不同的延續(xù)時間所帶來的實際損害也是不同的。

顯然孤立地看待現(xiàn)有測點集的實測值，所能提取的信息確實有限，但是每個測點從時間和空間的維度上來說卻具有豐富的信息：從時間維度而言，每個壁溫的實時值都處于不斷演變的過程中，其變化趨勢、幅度、加速度等可以充分展現(xiàn)流動與傳熱等因素的不同影響作用；從空間維度而言，每個測點與相鄰測點之間具有一定的協(xié)同性和一致性，可以體現(xiàn)壁溫的區(qū)域特性，達到以點概全的效果，也能夠在測點缺失或者故障時幫助進行甄別和替換，起到查缺補漏的作用。 因此，充分利用好現(xiàn)有測點在時間和空間上的內(nèi)在聯(lián)系，更大地發(fā)揮其作用是一個切實的需求。

為了使得鍋爐高溫管壁壽命指標管理能夠以在線、閉環(huán)的方式進行，應(yīng)在成熟并且應(yīng)用豐富的DPU上拓展流數(shù)據(jù)的處理和計算能力， 一方面，鍋爐高溫受熱面壽命計算與分析可以充分利用DPU的優(yōu)勢；另一方面，運行效率與設(shè)備壽命競爭的應(yīng)用與自動控制相結(jié)合，成為融合的、在線的智能應(yīng)用，例如在材料老化條件下針對鍋爐運行效率和鍋爐設(shè)備壽命競爭的控制優(yōu)化策略，則是流計算和邏輯計算的綜合應(yīng)用，具備流計算能力的DPU既能實施流計算分析， 也能實施競爭性的控制優(yōu)化。

DPU在處理數(shù)據(jù)采集、標度變換、報警限值檢查、操作記錄與順序事件記錄、邏輯控制等方面能力較強， 但是普遍缺少流數(shù)據(jù)的計算能力，即對寬載的、具有流特征的數(shù)據(jù)缺少處理和分析能力，而只能對單載的即時時間斷面上的數(shù)據(jù)進行處理，所實施的計算大部分限于邏輯計算，即DPU邏輯組態(tài)的模塊之間只能批量傳遞單個模擬量或開關(guān)量，不能讀寫、傳遞、計算流數(shù)據(jù)。

建立基于流計算的鍋爐高溫管壁壽命指標管理方法，首先為需要監(jiān)測的壁溫測點給出專用標識，擁有該特征字段的測點自動歸類為一個數(shù)據(jù)流；其次針對每個流數(shù)據(jù)設(shè)置流特征值，包括壓力與溫度邊界條件、持續(xù)壽命消耗情況、流最大值、平均值、均方差值、概率密度值等，還包括機組檢修情況簡報，例如金相檢測內(nèi)容、氧化皮探測厚度等，流數(shù)據(jù)中容納了這兩類信息，就對該測點所代表的管段的歷史檢驗情況和歷史運行情況（包括累積情況）有了基本了解，進而對超溫發(fā)生時的實際損害有了更透徹的認識。

2 基于DPU建立流計算

在邏輯計算能力的基礎(chǔ)上拓展流計算能力，DPU需要從標識、存儲、取值與傳輸?shù)确矫孢M行功能擴充，使得DPU兼容流數(shù)據(jù)的處理能力。具備流數(shù)據(jù)處理能力的DPU可為流計算單獨使用而不含邏輯計算的功能，從原理上講與兼容流計算和邏輯計算能力的DPU在硬件結(jié)構(gòu)上是一樣的， 在軟件功能上具有兼容性。

2.1 壽命分析數(shù)據(jù)的流數(shù)據(jù)化

流數(shù)據(jù)的長度是指流數(shù)據(jù)在時間維度上的度量，流數(shù)據(jù)具有的時間標戳作為分割流數(shù)據(jù)長度的唯一標記，唯一而非連續(xù)。 唯一是指時間標戳的墻上時刻是唯一的；非連續(xù)是指流數(shù)據(jù)的時間標戳并非按照嚴格的墻上時間間隔，而是根據(jù)流計算等實際應(yīng)用的特征進行篩選。

流數(shù)據(jù)的寬度是指流數(shù)據(jù)在空間維度上的度量，流數(shù)據(jù)具有的空間標戳作為分割流數(shù)據(jù)寬度的唯一標記，唯一且連續(xù)。 連續(xù)是指流數(shù)據(jù)的空間標戳根據(jù)實際應(yīng)用對象的定義而依序排列，并且其空間上的相鄰數(shù)據(jù)也被嚴格標戳，具有唯一性。

流數(shù)據(jù)化需要依照長度和寬度兩個維度對測量數(shù)據(jù)進行標識、存儲、取值與傳輸，即在DPU中對流數(shù)據(jù)進行特征字段標注， 將流數(shù)據(jù)從DPU的輸出通道存放到本地或者網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)存或者磁盤文件中，反之則讀入DPU輸入通道，在全局數(shù)據(jù)庫中進行流數(shù)據(jù)的頁間傳遞、網(wǎng)間傳遞、并行傳遞等。 為了實現(xiàn)上述目的，需要實施以下技術(shù)步驟：

a. 為需要納入流數(shù)據(jù)的測點給出專用標識。標識為DPU通用點表的一個特征字段， 在所有的DPU及其網(wǎng)絡(luò)中通用，具有標識的唯一性，即擁有該特征字段的測點自動歸類為一個數(shù)據(jù)流。 DPU的通用點表一般能夠?qū)崟r修改實時生效，否則需要離線修改完成后重啟DPU及其網(wǎng)絡(luò)。

b. 為流數(shù)據(jù)設(shè)置特征值算法以及特征值判斷依據(jù)。 特征值為流數(shù)據(jù)寬度方向的數(shù)值特征統(tǒng)計值，為實現(xiàn)實時邏輯計算，當流數(shù)據(jù)需要進入存儲環(huán)節(jié)時特征值成為流數(shù)據(jù)的一個組成部分。利用流數(shù)據(jù)特征值進行流數(shù)據(jù)價值判斷的依據(jù)時，當流數(shù)據(jù)特征值滿足判據(jù)，為具有存儲的價值，并且可被實時或者后續(xù)調(diào)取，構(gòu)建流計算。

c. 為流數(shù)據(jù)創(chuàng)建存儲空間并且寫入。 首先根據(jù)所定義的流數(shù)據(jù)分別建立頭文件，頭文件中包含了對應(yīng)流數(shù)據(jù)的全部索引； 根據(jù)頭文件的索引，滿足特征值判據(jù)的流數(shù)據(jù)被實時、批量寫入存儲空間，寫入的數(shù)據(jù)具有時標和空間標記。 當存儲空間為內(nèi)存空間時，受限于預(yù)設(shè)的內(nèi)存空間大小，流數(shù)據(jù)保持一定的長度，舊的數(shù)據(jù)被自動剔除；當存儲空間為磁盤空間時，流數(shù)據(jù)理論上受限于磁盤空間的無限長。

d. 取值并且傳輸流數(shù)據(jù)。流數(shù)據(jù)取值的批次和大小受限于實時數(shù)據(jù)庫中預(yù)設(shè)的空間大小，按照一定的長度讀入。

DPU定義如通用點表、KKS編碼、Tag名（測點名）、特征字段、全局數(shù)據(jù)庫等均采用DPU現(xiàn)有架構(gòu)， 并且對DPU已經(jīng)具備的邏輯計算能力不做修改，流數(shù)據(jù)的二維處理方法對邏輯計算能力沒有影響，基于流數(shù)據(jù)開展的流計算兼容原有的邏輯計算。

建立流計算時不區(qū)分單個獨立的DPU或者多個并行的DPU，也不區(qū)分本地應(yīng)用或者網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，不過如果壽命分析數(shù)據(jù)的流數(shù)據(jù)應(yīng)用于并行環(huán)境或者網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，需要在網(wǎng)絡(luò)廣播包中為流數(shù)據(jù)類型定義流數(shù)據(jù)緩沖，方法與公認的網(wǎng)絡(luò)廣播包的定義并無不同。

DPU具備了流數(shù)據(jù)支持， 進而能夠具有基于流計算的建模和在線校驗?zāi)芰?，使得金屬壽命分析這種具有歷史追溯的計算可以基于DPU布署并且展開。

2.2 金屬壽命流數(shù)據(jù)的處理流程

流數(shù)據(jù)的標識包括流數(shù)據(jù)長度和寬度維度上的標識， 流數(shù)據(jù)寬度維度上的標識是指DPU全局數(shù)據(jù)庫中歸屬于特定流數(shù)據(jù)的測點的特定標識。 特定流數(shù)據(jù)是指被納入分析的一組測點，例如材料老化條件下跟鍋爐某個區(qū)段壽命相關(guān)的一組測點，特定標識是指給這一組測點的每個測點定義特征字段。 特征字段是指全局數(shù)據(jù)庫中每個測點都具備的特定字段， 在所有的DPU及其網(wǎng)絡(luò)中通用，擁有該特征字段的測點自動歸類為一個數(shù)據(jù)流。

特征字段通常以XYZ的樣式表達， 以前例說明，其中X為某鍋爐設(shè)備代號，以設(shè)備英文首字母表達，Y為某區(qū)段代號，以英文字母依序表達，從A到Z代表26個區(qū)段，Z為流數(shù)據(jù)復(fù)用標志， 可以為0～9、A～Z中任意一個，當Z為0時，該測點不復(fù)用，否則可復(fù)用。例如SD0特征字段代表過熱器第D段所有的管壁溫度并且不被復(fù)用；若該流數(shù)據(jù)中的某個管壁溫度的特征字段被標識為SD1， 它同樣歸屬于過熱器第D段所有的管壁溫度這個流數(shù)據(jù)，但是也可以被其他流數(shù)據(jù)復(fù)用，歸屬于一個新的流數(shù)據(jù)，這個新的流數(shù)據(jù)的典型特征是所有測點特征字段的末尾均為數(shù)字1。

更明確地，DPU以兩種形式歸納流數(shù)據(jù)，一種方式依據(jù)XYw，以XY為標識而無論w，這是主要的歸納方式；另一種方式依據(jù)wwZ，以Z為標識而無論ww，這是輔助的歸納方式。 標識方法使得測點具有復(fù)用性，這種復(fù)用性使得本研究在歸納流數(shù)據(jù)時具有更大的靈活性。 例如前例中主要以過熱器受熱面為對象進行流數(shù)據(jù)歸納，在某些特殊區(qū)域，如折焰角處等，還需要以折焰角的整個覆蓋面為對象進行流數(shù)據(jù)歸納。

流計算的流程（圖1）具體如下：

圖1 金屬壽命流數(shù)據(jù)的處理流程

a. 頭文件檢查。不同的流數(shù)據(jù)具有不同的頭文件，每一個頭文件和該流數(shù)據(jù)所有的數(shù)據(jù)文件在單獨的內(nèi)存空間或者磁盤目錄里面。

b. 流數(shù)據(jù)文件檢查。當存儲空間為內(nèi)存空間時，受限于預(yù)設(shè)的內(nèi)存空間大小，流數(shù)據(jù)保持一定的長度，舊的數(shù)據(jù)被自動剔除；當存儲空間為磁盤空間時，流數(shù)據(jù)理論上受限于磁盤空間的無限長度。

c. 流數(shù)據(jù)寬度檢查。 對流數(shù)據(jù)在空間維度上的度量變化進行檢查，當流數(shù)據(jù)寬度發(fā)生改變時進行頭文件的尾添工作，即增加的測點信息被添置在頭文件流索引的最后。

d. 數(shù)據(jù)的獲取。 從DPU實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，通過廣播包的偵聽，以流數(shù)據(jù)所包含的測點為單位獲取實時數(shù)據(jù)。 由于測點復(fù)用的存在，流數(shù)據(jù)的獲取存在同一個測點多次被獲取的情形。

e. 流數(shù)據(jù)的特征值計算。特征值為流數(shù)據(jù)數(shù)值特征的統(tǒng)計值， 是以流數(shù)據(jù)寬度為維度的，亦即流數(shù)據(jù)空間上的數(shù)值特征的統(tǒng)計值，特征值計算為統(tǒng)計值的計算方法，為實時邏輯計算，當流數(shù)據(jù)需要進入存儲環(huán)節(jié)時特征值成為流數(shù)據(jù)的一個組成部分，當流數(shù)據(jù)不需要進入存儲環(huán)節(jié)時特征值自動拋棄。

f. 流數(shù)據(jù)的特征值判據(jù)判斷。 利用流數(shù)據(jù)特征值進行流數(shù)據(jù)價值判斷的依據(jù)，當流數(shù)據(jù)特征值滿足判據(jù)時， 流數(shù)據(jù)被認為具有存儲的價值，并且可被實時或者后續(xù)調(diào)取，構(gòu)建流計算。 如果不滿足，則繼續(xù)獲取流數(shù)據(jù)，當后續(xù)流計算需要補充這些數(shù)據(jù)時從歷史記錄中讀取。 從歷史記錄中的讀取需要進行流數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換。

g. 流數(shù)據(jù)的寫入。當存儲空間為內(nèi)存空間時則寫入內(nèi)存，為磁盤空間時則寫入磁盤文件。 當加密密鑰不為0時， 根據(jù)預(yù)設(shè)進行流數(shù)據(jù)的加密操作，寫入的流數(shù)據(jù)為加密后的數(shù)據(jù)。 每寫入一個流數(shù)據(jù)，寬度計數(shù)自動增1，一個寬度的流數(shù)據(jù)寫完后寬度計數(shù)自動清零。

h. 流數(shù)據(jù)寬度末位檢測。 檢查流數(shù)據(jù)寫入的寬度計數(shù)是否達到流數(shù)據(jù)的寬度上限，若未達到則繼續(xù)寫入。 流數(shù)據(jù)的寬度上限為流數(shù)據(jù)時標個數(shù)+流數(shù)據(jù)內(nèi)數(shù)據(jù)的個數(shù)+預(yù)留空間+特征值的個數(shù)，預(yù)留空間既為可能添加的流數(shù)據(jù)內(nèi)數(shù)據(jù)所預(yù)留，也便于保持流數(shù)據(jù)的寬度基本一致。 通常流數(shù)據(jù)的寬度為128。

i. 流數(shù)據(jù)特征值的寫入。 完成流數(shù)據(jù)特征值寫入后，長度計數(shù)自動增1。

j. 流數(shù)據(jù)長度末位檢測。 檢查流數(shù)據(jù)寫入的長度計數(shù)是否達到流數(shù)據(jù)長度上限，若未達到則繼續(xù)檢查流數(shù)據(jù)寬度是否改變，若達到則新建一個數(shù)據(jù)文件。 流數(shù)據(jù)長度上限計算式為數(shù)據(jù)文件預(yù)設(shè)大小÷流數(shù)據(jù)寬度÷浮點數(shù)字節(jié)數(shù)，數(shù)據(jù)文件預(yù)設(shè)大小為系統(tǒng)預(yù)設(shè)數(shù)值，一般為256 MB，最大不超過1 024 MB，浮點數(shù)字節(jié)數(shù)一般為4Byte。

2.3 金屬壽命流數(shù)據(jù)的實時重建

應(yīng)用流數(shù)據(jù)時，如鍋爐壁溫指標考核，首先定位流序號以及所需流數(shù)據(jù)的始末時間，當流序號與實際發(fā)生沖突時進行容錯處理，沖突包括流序號未定義或者多重定義的情形。 當始末時間與實際發(fā)生沖突時進行容錯處理，沖突包括始末時間與內(nèi)存空間或者磁盤文件的早于最早開始時間或者晚于最晚結(jié)束時間的情形。 其次利用存儲時設(shè)置的頭文件從信息頭獲取流序號進行比對，確認后從信息頭獲取流寬度、流特征寬度、起始時間、終止時間、存儲計數(shù)及加密密鑰等，從特征頭獲取均值、大值均值、小值均值、調(diào)和均值、幾何均值、最大值、最小值及均方差值等，從流索引獲取KKS編碼、Tag名、流內(nèi)序號、左鄰測點KKS編碼、右鄰測點KKS編碼、上鄰測點KKS編碼及下鄰測點KKS編碼等。

接續(xù)根據(jù)流數(shù)據(jù)的KKS編碼以及左鄰、右鄰、上鄰、下鄰測點KKS編碼，完整重建出流數(shù)據(jù)在寬度維度上的排列，并與流內(nèi)序號進行比對，當出現(xiàn)不匹配時進行容錯操作。 不匹配包括測點刪除、測點新增等情形。

根據(jù)重建并且容錯的流數(shù)據(jù)排列以及所需始末時間，以流數(shù)據(jù)時標作為分割而非墻上時鐘來讀取流數(shù)據(jù)。 當加密密鑰不為0時，取值的流數(shù)據(jù)為解密后的數(shù)據(jù)，再根據(jù)邏輯設(shè)定，在DPU的全局數(shù)據(jù)庫中進行頁間傳遞、網(wǎng)間傳遞及并行傳遞等。 以鍋爐壁溫指標考核系統(tǒng)為例，在每個計算周期內(nèi)根據(jù)流數(shù)據(jù)重建出指定測點在時間和空間上的信息，納入邏輯判斷并給出壁溫安全的提示和處理措施。

3 基于流計算的高溫管壁壽命指標管理

某超臨界鍋爐全爐膛受熱面壁溫指標考核系統(tǒng)的主要功能如下：

a. 每分鐘顯示和記錄1次爐內(nèi)壁溫和壽命損耗。 監(jiān)測的管屏為末級過熱器、屏式過熱器、高溫再熱器、低溫再熱器及水冷壁等共3 340根管子的代表性壁溫數(shù)據(jù)。

b. 如發(fā)生超溫，則對記錄的數(shù)據(jù)進行自動統(tǒng)計，顯示和記錄各點爐內(nèi)壁溫和壽命損耗，以備檢修和技術(shù)改造時查詢。

c. 顯示鍋爐中間點溫度及其變化速率，可為燃燒調(diào)整提供依據(jù)。

d. 歷史數(shù)據(jù)查詢及自動生成各種分析報表等。

e. 其他，如預(yù)防發(fā)生煤水比失控、受熱面嚴重結(jié)渣等故障報警， 受熱面積灰和結(jié)渣的分析、報警等。

f. 在壁溫計算的基礎(chǔ)上即可對運行情況進行考核，在DCS上根據(jù)不同材料從低到高設(shè)置3個超溫限值，表示超溫情況從一般到嚴重。 同時針對設(shè)備的區(qū)間特性在不同超溫區(qū)間內(nèi)進行持續(xù)時間統(tǒng)計，按超溫程度設(shè)置一般異常、異常、嚴重異常、二類障礙，每類障礙按照超溫幅度和時長進行當值考核（表1）。

表1 壁溫常規(guī)考核匯總

利用本研究方法建立基于流數(shù)據(jù)的金屬壽命分析體系，考察數(shù)據(jù)庫容量以及處理器運算能力以后，將所有壁溫測點納入監(jiān)測范疇，根據(jù)前述分類方法進行歸類，同時將故障多發(fā)管段標識為重點區(qū)域，給予更長和更寬的時空長度。

針對每個壁溫測點的流數(shù)據(jù)設(shè)置流特征值，例如壓力與溫度邊界條件、 持續(xù)壽命消耗情況、流最大值、流平均值、流均方差值及流概率密度值等。 另外，將機組檢修情況的特征數(shù)據(jù)以預(yù)定的格式讀入流數(shù)據(jù)中，DPU進入流計算模式，捕捉到的金屬安全信息較改造前更為深入、細致。

例如，某鍋爐在583.2 MW運行工況下，高溫過熱器末段發(fā)生持續(xù)性超溫3次， 各次最高值/持續(xù)時間分別為610.0 ℃/8 min、619.2 ℃/2 min、606.6 ℃/14 min。根據(jù)常規(guī)考核標準，該項考核為0；而根據(jù)流計算，這3次超溫折合“異常”行為1.5次，應(yīng)予考核20元；再考慮到該段壽命消耗分數(shù)為0.59， 剩余壽命分數(shù)約為40%， 疊加考核折合“異?！毙袨?.5次，則累計折合“異?！毙袨?次，合計40元。

DPU流計算模式中還加入了班值的輪值信息以及具體班值中的易超溫數(shù)值統(tǒng)計，以幫助理解班值的運行特征，防止習(xí)慣性的持久損害。 同上例，考慮到該班值過去30天內(nèi)同一區(qū)段考核已經(jīng)執(zhí)行了5次以上，疊加考核折合“異?！毙袨?次，則累計折合“異?！毙袨?.5次，合計50元。

從工程實踐來看，每個管壁流數(shù)據(jù)的大小約為1～2 KB數(shù)據(jù)量的存儲空間，以現(xiàn)場典型控制器硬件配置（Intel Atom芯片，2～4 GB內(nèi)存）而言，處理整個鍋爐高溫受熱面的管壁溫度約3～4 s，因此將相關(guān)的控制邏輯掃描周期設(shè)置為10 s左右，對于鍋爐高溫管壁金屬壽命管理而言處理速度已經(jīng)足夠。

在每個掃描計算周期內(nèi)，具備流計算功能的DPU完成流數(shù)據(jù)的維護， 同時利用流數(shù)據(jù)計算獲得壽命偏差的歷史趨勢和未來預(yù)測，從而體現(xiàn)基于流數(shù)據(jù)的金屬壁溫精細化管理。 系統(tǒng)實時捕捉超溫信息，并通過流計算實時對超溫信息進行評價和考核，實現(xiàn)按值統(tǒng)計、計及歷史的超溫的精細化管理模式，督促運行人員有針對性地實施調(diào)整運行策略，從壽命的歷史性角度出發(fā)降低超溫頻次，并且形成空間性聯(lián)防聯(lián)控，避免傳統(tǒng)考核方式浮于表面的弊病。

4 結(jié)論與展望

鍋爐高溫管壁金屬壽命的管理是金屬安全的常規(guī)工作，盡管廠級監(jiān)控系統(tǒng)通過實時數(shù)據(jù)庫的廣泛應(yīng)用，為鍋爐壁溫指標考核系統(tǒng)提供了豐富的手段， 但從金屬安全的管控一體化角度來看，為了有效落實“控”，仍然離不開單元機組控制這個層級，尤其在鍋爐運行效率與鍋爐設(shè)備壽命互為矛盾的前提下， 為了達到綜合優(yōu)化目標，實現(xiàn)兩者之間在競爭機制下的控制優(yōu)化策略，需要DPU具有金屬壽命相關(guān)數(shù)據(jù)的處理能力。

本研究通過DPU流計算能力的拓展， 使得DPU處理金屬壽命相關(guān)數(shù)據(jù)時， 不再局限于時間斷面上的孤立數(shù)值，而是通過流數(shù)據(jù)將時空數(shù)據(jù)鏈接起來，形成豐富的表達能力，以常見的鍋爐壁溫指標考核系統(tǒng)為例，其對運行過程中超標越限的偵測能力大為增強，同時得力于流數(shù)據(jù)中納入輪值信息，進一步指出班組的運行特征，把管控落實到班組操作行為上來。

由于流數(shù)據(jù)表征數(shù)據(jù)特性具有更寬闊的視野， 其特征值的選取與設(shè)計可以更加多元化，從而豐富金屬壽命管理的工程應(yīng)用，例如通過調(diào)節(jié)級溫度的流數(shù)據(jù)監(jiān)測保護汽輪機部件壽命等。 此外，DPU的流計算是一個通用思路，除了鍋爐金屬安全這個命題之外，還可以有更多的工程應(yīng)用場合，例如通過中間點溫度的流數(shù)據(jù)監(jiān)測提高超臨界變工況穩(wěn)定性、速率等。