CN113313816A - 一种锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，属于锅炉运维技术领域。首先对锅炉受热面和锅炉设备进行三维建模，然后建立锅炉受热面和锅炉设备的数据库，再使用SIS系统获取数据库中锅炉受热面和锅炉设备的图形配置数据，接着基于获取的图形配置数据，将锅炉受热面和锅炉设备的图形显示在锅炉运维平台上，最后在电站锅炉运行过程中，根据锅炉受热面和锅炉设备的图形信息，对锅炉运行的温度场进行实时监控，实现受热面检修状态的可视化。能够实现液态排渣锅炉受热面高风险区域的预防与管理，为液态排渣锅炉受热面爆管事故预防提供科学的指导，提高液态排渣锅炉安全与经济性。

Description

一种锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法

技术领域

本发明属于锅炉运维技术领域，具体涉及一种锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法。

背景技术

火电机组锅炉受热面爆管问题一直是困扰电力行业共同的难题，且随着高参数、大容量机组的大力发展日益严峻，给锅炉的安全运行带来了更高的挑战，非计划停运对电网的压力越显突出。锅炉受热面爆管的原因千差万别，如腐蚀、磨损、应力、疲劳、沾污、结渣等。引发锅炉受热面爆管因素涉及范围大、阶段多、专业广，如涉及到水冷壁、过热器、再热器、省煤器等范围，设计、制造、安装、调试、运行、检修、维护等阶段，以及锅炉、化学、金属、热工等多个专业。锅炉受热面的检修工作也极具多样性和复杂性，如对已发生爆管问题的需要进行治理，没有发生的需要预防，而往往由于工期、人员、手段、面积等问题而不能全部管理预防到位，造成问题的不断积累，恶性循环，无法像机组参数那样可以进行在线监测，实现数字化的管控，导致锅炉受热面爆管事故存在一定的隐蔽性和滞后性，易造成突发性的锅炉爆管事故。

液态排渣锅炉具有很好的熔渣特性，良好的稳燃和调峰特性，较低的烟气磨损，较高的锅炉效率，适用于燃用低灰熔点的优质动力煤，是我国燃用低灰熔点煤的首选炉型。然而，有研究表明，液态排渣锅炉在燃用过程中增加了沾污、结渣的倾向，使得锅炉受热面发生结渣、沾污等情况，引起锅炉传热能力明显下降，引发金属材料的热腐蚀以及管道堵塞等问题。其主要特点在炉膛、高温对流受热面、中温对流受热面以及低温对流受热面发生较为严重的结焦(渣)现象，且炉膛结渣主要发生在燃烧区域上方水冷壁区域以及分隔屏底部区域迎风面，且灰渣较硬，结焦的黏性较大，强度较高。已有的运行实际表明，纯烧低灰熔点的煤会发生严重的炉膛受热面沾污结渣腐蚀问题，由此导致的炉膛严重沾污、结渣，是诱发锅炉受热面爆管事故的因素之一，严重影响液态排渣锅炉的安全性与经济性。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，能够实现液态排渣锅炉受热面高风险区域的预防与管理，为液态排渣锅炉受热面爆管事故预防提供科学的指导，提高液态排渣锅炉安全与经济性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，包括以下步骤：包括以下步骤：

S1：对锅炉受热面和锅炉设备进行三维建模；

S2：建立锅炉受热面和锅炉设备的数据库；

S3：使用SIS系统获取数据库中锅炉受热面和锅炉设备的图形配置数据；

S4：基于获取的图形配置数据，将锅炉受热面和锅炉设备的图形显示在锅炉运维平台上；

S5：在电站锅炉运行过程中，根据锅炉受热面和锅炉设备的图形信息，对锅炉运行的温度场进行实时监控，实现受热面检修状态的可视化。

优选地，锅炉设备包括集箱及其附属管道、四大管道、焊缝和捞渣机。

优选地，三维建模所建立的三维模型比例为1:1，三维模型能够实现锅炉设备台账的可视化管理，展示锅炉设备规格材质、设计参数、动态台账和锅炉设备的检修及安全状态的历史数据。

进一步优选地，三维模型还包括测点的实时超温状态监测。

进一步优选地，实时超温状态包括超限级别、超限阈值、累计超温风险以及测点的基础信息。

优选地，S1中，三维建模所建立的三维模型可兼容AutoCAD、3DMAX或Solidworks软件。

优选地，S2具体为：将锅炉受热面和锅炉设备的管段编码、管段类型、材质、长度、外径、壁厚、最小壁厚、设计压力和设计温度储存在数据库中。

优选地，S3具体为：根据锅炉受热面和锅炉设备的数据库中的数据，配置锅炉受热面和锅炉设备的管段数据和颜色配置数据。

优选地，S4具体为：对获取的图形配置数据进行处理，计算锅炉受热面的运行状况，并显示在锅炉运维平台上。

优选地，S5具体为：根据锅炉受热面和锅炉设备的图形信息、锅炉中管排的实际空间布置以及所有管排的实时壁温，将实时壁温划分为若干风险等级，并采用不同颜色进行展示。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，基于三维数字模型技术，将锅炉受热面和锅炉设备进行三维建模，并以建立的三维模型为载体，将锅炉运行的动态参数实时以图形的形式远程显示。本发明实现了锅炉防磨防爆的可视化管理，使系统的直观性得以增强；通过查看锅炉受热面的运行情况，给运行人员以指导、给管理人员以提示、给监督分析提供数据支持。能够实现液态排渣锅炉受热面高风险区域的预防与管理，为液态排渣锅炉受热面爆管事故预防提供科学的指导，提高液态排渣锅炉安全与经济性。

进一步地，锅炉设备包括集箱及其附属管道、四大管道、焊缝和捞渣机，对锅炉的主要设备进行重点管控，提高运行的安全性和稳定性。

进一步地，三维建模所建立的三维模型比例为1:1，更加直观、准确。

进一步地，三维建模所建立的三维模型可兼容AutoCAD、3DMAX或Solidworks软件，便于后期仿真计算。

附图说明

图1为本发明的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法的流程示意图；

图2为管排实时壁温风险示意图。

图3为锅炉设备可视化模型的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1，本发明的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，包括以下步骤：

S1：对电站锅炉受热面和锅炉设备进行三维建模；锅炉设备包括锅炉受热面、集箱、范围内管道、四大管道、焊缝、捞渣机；

S2：建立锅炉受热面和锅炉设备数据库；

S3：使用SIS系统获取数据库中受热面和锅炉设备图形配置数据；

S4：基于配置数据将受热面和锅炉设备图形显示在锅炉智能运维平台上；

S5：基于受热面和锅炉设备图形颜色实现受热面材质和检修状态可视化。

S1中，基于锅炉受热面和锅炉设备设计资料和实际运行、检修和改造信息，按照特定规则方法建立锅炉受热面和锅炉设备1：1三维立体模型。

S2中，将锅炉受热面和锅炉设备包括管段编码、管段类型、材质、长度、外径、壁厚、最小壁厚、设计压力、设计温度等信息储存在数据库中。

S3中，根据数据库中及使用SIS系统获取的数据配置受热面和锅炉设备的管段数据和颜色配置数据。SIS系统(Supervisory Information System)：即厂级监控信息系统，是介于分散控制系统(DCS)和管理信息系统(MIS)之间的“桥梁”。SIS系统的有效应用，对于整个发电厂来说，起着很重要的作用。他是实时监控获取数据的。

S4中，使用SIS获取锅炉受热面和锅炉设备的配置数据，按照特定数据分析方法，计算锅炉受热面运行状况，并将其直接显示在锅炉智能运维平台上，实现远程实时监测。

S5中，在生成锅炉受热面和锅炉设备三维图形的同时；根据锅炉四管管排实际空间布置，展示锅炉部件的所有管排实时壁温风险，红色、橙色、黄色、绿色四种颜色展示每个管排目前对应的风险等级，如图2。

S1中，锅炉受热面、集箱、范围内管道、四大管道、焊缝、捞渣机等进行三维1：1模型绘制，并组合成完整锅炉三维模型，以三维模型为载体实现锅炉设备台账的可视化管理，直观展示设备规格材质、设计参数等信息，动态台账，直观展示设备历次检修历史及设备安全状态，如图3。对应所述完整锅炉三维模型可通用于不限于AutoCAD、3DMAX、Solidworks三维制图软件，便于后期仿真计算。优选地，还包括测点实时状态监测；并根据锅炉、设备查询，展示测点的实时超温状态。实时超温状态包含超限级别、超限阈值、累计超温风险以及测点的基础信息。

下面一个具体实施例对本发明进行进一步的解释说明：

采用本发明的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法对某电站的液态排渣锅炉进行可视化管理和系统构建，具有以下具体功能：

设备可视化：分别对所要管理的设备，创建三维工程级数字模型，所管辖的设备均以三维立体图形展现。不同的材质、不同部位用不同颜色区分，与现实一一精确对应，同时关联试验数据及设备台账。该三维立体模型中包含所有设备的信息与实际图纸一致。实现外部可视化——实景再现、全方位精确测量；内部可视化(锅炉受热面、集箱、范围内管道、四大管道、焊缝、捞渣机等)——三维建模、多视角纵观全局。真正实现设备的三维可视化管理。

具体参数有：安装位置(该物件定位点在厂内坐标系中的绝对坐标)、相对空间(厂房名、楼层名、部位名)、路径方向、管道及部件名称、材质成分、规格型号、设计参数、生产厂家、库存备件、检修记录、缺陷记录、事故记录、异常记录、检验周期等。

台账动态化管理：设备台账是电厂管理的重要部份，系统将不同设备台账以设备树展开方式分级展示。台账内容不仅有设计参数、受热面规格、材质、结构、数量等基本的设备属性，还包含历次检修形成的动态信息，包括缺陷信息、改造更换、割管检验信息。

状态监测可视化——运行参数监视：该模块可实现对运行过程信息的管理。

SIS数据接入：可视化平台可通过SIS系统采集与检修相关的实时数据，如壁温、汽温、汽压、四管泄露监测等；

报警点的显示功能：通过不同颜色反映部件的不同状态，给运行人员以指导、给管理人员以提示、给监督分析提供数据支持。例如在线监测系统状态如果正常的，则相对应的设备三维模型颜色不变，如果设备状态为超限，则相对应的设备三维模型相应点的颜色就会根据超限级别进行变色闪烁提醒。

设备台账管理：运用先进的数据库开发技术，对锅炉管理工作中大量的信息数据(设备台账、大小修计划、运行记录、防磨防爆记录、焊接记录、金属检验试验、改造更换等)建立精细化、可视化、实时化、网络化和标准化的数据库标识，并进行各个模块分类存储、索引、关联，最终开发出稳定、灵活、强大的基础数据台账，为可视化电站锅炉智能安全预控系统的各个模块的实现提供坚实基础。系统以电厂原有编码为基础，建立一套独立的设备及部件编码，并以此编码之间的关联关系建立设备基础台账，进而以基础台账为数据脉络进行多维数据的关联与流转。

设备信息：该功能模块可以把锅炉从设备本体、管子到焊口以树状菜单的形式展现给运行人员。设备信息包括设备名称、设备编码、设备规格型号、运行小时数、设备类型、投产时间、设备图纸编号、设备简介、检修工艺和照片等。用户通过树状的设备台账，选择任意设备进行查看。

设备树(机组--系统--设备--部件--零件五级展开)。

设备台账：该功能模块将锅炉受热面设备以树状结构进行管理和显示。允许有权限的用户对设备树台账进行维护，即对设备进行增、删、改。设备编码采用买方设备编码规律进行编码，并做到唯一性，且最长支持36位编码。

设备详情：该功能模块将开发为以树状的层级结构展现锅炉各类设备的信息。这些信息包含三类，第一类是存储展现设备的基本信息，主要有设备名称、设备编码、显示序号、父级设备、设备的规格型号、运行小时数、设备类型、设备简介、检修工艺、照片等；第二类是集成与设备相关联的过程信息，主要有设备缺陷记录、事故记录、检修记录等；第三类是可集成锅炉的动态监督数据，比如集成SIS数据，包括更换记录、超温记录、超压记录等，以壁厚减薄数据为基础作管子寿命分析。

检修与检验管理：系统按照厂内规程制度，利用数字信息化手段针对金属监督及防爆工作建立运维及安全预控管理体系，运行人员可以此为基础直观进行计划一键制定、记录快捷录入、检查进度跟踪、记录汇总、缺陷闭环管理、金检闭环总结等工作。

防磨防爆检查及检验记录智能录入：该部分为各类金检及防磨防爆记录录入模块，用户可在该模块进行各类检验数据的录入，从而实现现场检查及消缺过程所得结果(数据、图片等)的快速录入以及生成相关检查报告的功能。

记录的导入分为三种方式：

1)移动终端录入，运行人员可在检查的同时运用安装有“金属监督智能化管理平台app”的移动终端进行实时录入，录入的同时还可实时对检查位置拍照上传，该录入方式快捷、直接，相比传统记录方式录入更加高效，定位更加精准；

2)PC端录入，运行人员可在金属监督智能化管理平台PC端记录录入界面进行录入，录入的同时也可进行图片上传，该录入方式直观、方便，平台化的管理流程使金属监督及防磨防爆工作更加标准化；

3)记录上传，针对历史记录，运行人员可根据系统定制的模板将其进行标准化整理，然后进行上传，该录入方式可将机组所有历史检查信息完整的保存到系统中，保证了机组检查数据的完整性。上述三种录入方式共享同一数据库，用户只需使用其中任意一种方式便可完成其他平台数据更新；

缺陷汇总：系统将历次检查记录进行汇总存储。该部分将所存储数据进行直观展示，用户可根据需要按时间、检查计划、检查项目、机组、设备、检查位置、缺陷类型、是否消缺进行分类查询，同时可进行批量导出进行线下使用。对于具有权限的用户，系统将给予缺陷信息及消缺任务推送，且也可在该界面对所有检查历史中缺陷进行梳理、消缺等操作。

缺陷管理：该模块对设备的焊接管控、割管检验及改造更换信息进行了全方位统计总结，并可在设备台账里查看任意设备缺陷信息。该模块还可显示消缺全过程的闭环管理流程；展示人员分工，各区域签到，设备分配到人，查到问题直接录入系统，推送防磨防爆检查通知单给检修队伍；如果检修队伍在检修过程中新发现缺陷关联到相关检查人；在消缺过程中，为确保消缺质量，对于凡需要更换的管段实施焊接管控，消缺闭环最终确认权由检查人实施。该模块集合了所有消缺过程中的焊接相关信息，在此可对与焊接相关的设备及管子进行多变量精准查询及操作；同时该模块还汇总了机组中设备出现的所有规格材质的焊接工艺及对应工艺卡信息。且焊接工艺与设备基础台账相关联，用户可直观查看消缺设备对应焊接作业指导书。因此该模块的应用可防止焊接过程中出现焊材错用及焊接方法不正确而造成的隐形缺陷的发生，实现检修的过程及风险管控。

焊接管控：该模块集合了所有检修记录中和焊接相关的设备记录，在此可对与焊接相关的设备及管子进行多变量精准查询及操作，同时该模块还汇总了机组中设备出现的所有规格材质的焊接工艺及对应工艺卡信息，指导用户焊接工作。从而实现焊前材料的质量管控，杜绝管材原始缺陷、管材错用等问题的发生。另外受监设备的各个部位焊接工作均与台账进行关联，当更换或是消缺时，只要指定焊接部位，系统会自动提示焊材选用、焊接方法、是否热处理、焊后金属检验等，便于操作具有指导的作用，最大程度地杜绝错用错焊，杜绝焊接不正确而造成的设备隐患，保证焊接质量。

割管检验：该模块是针对锅炉所有记录中进行过割管检验的部位进行汇总统计分析，在此可对与取样相关的管件进行多变量精准查询及操作。同时该模块汇总的割管检验结果集中存储形成专业数据库，为系统后续大数据分析诊断提供了数据支持。

改造更换：该模块主要记录受热面更换的设备名称、管子编号、管原始规格材质、改造时间、更换长度、新管规格材质、委派队伍、遗留问题等，所有更换管段均可在台账中浏览查看。

数据分析：锅炉受热面的腐蚀减薄受到锅炉本体运行状态、吹灰器运行状态、化水质量、煤质变化等多方面的影响，系统利用历史检查测厚数据、机组运行数据、化水监督数据、煤质监督数据通过内置大数据分析模型实现特定管件的减薄情况、剩余寿命情况、减薄速率分布情况的分析与计算，并帮助用户逐步掌握锅炉的管壁劣化发展规律，进而科学安排检修时间，合理采取防磨措施。

壁温状态监测：当连续实时的从电厂生产数据库获取设备测点数据时，系统将会对每个测点进行超限判断，记录下每次超限的持续时间、超限最高幅度、超限平均幅度。用户可以通过选定时间段来统计该段时间内超限累计时间、超限次数、超限幅度平均值。通过超温次数、幅度、持续时间、超温速度、启停机计算超温长期风险。

测点实时状态：根据机组、设备查询，展示测点的实时超温状态。包含超限级别、超限阈值、累计超温风险以及测点的基础信息。

温度场分布：根据锅炉四管管排实际空间布置，展示锅炉某部件的所有管排实时壁温风险，红色、橙色、黄色、绿色四种颜色展示每个管排目前对应的风险等级。

超温统计：超过温度上限的测点超限级别、累计时间、超限次数、累计风险查询和导出。

超温分布统计：将机组所有超温设备的超温记录以饼图的方式展示出来，可以清晰的展示出设备的超温情况，同时针对具体的超温设备用曲线图展示设备下具体超温的测点，超温的次数和超温时长，便于使用人员通过超温情况进一步分析设备的健康状态。

超温历史记录：所有超温测点的详细记录汇总、查询。包括超温的开始时间、持续时间、超限级别、幅值等。

系统性能：集成锅炉防磨防爆系统检查数据、PI实时数据、金属试验数据等多方面数据类型，具有专家数学模型计算、趋势化分析，对锅炉系统、设备进行全寿命期的管控。

该系统将锅炉台账规范化、计划与记录标准化，做到精益管理精准把控，改善电厂原有锅炉防磨防爆管理上的漏洞，优化改善检修内容，适应新形势下的国家战略，实现电厂锅炉防磨防爆的信息化和数字化，更高效地把握锅炉的每一个环节，进而实现风险控制的最大化，使风险发生的概率降到最低。

通过实际运营，上述系统具有以下技术效果：

(1)该系统软件可实现智能化交互界面及远程客户端观看、及查看相关信息。(2)设备信息三维可视化以锅炉图纸为基础，基于三维数字模型技术，将锅炉受热面、集箱、范围内管道、四大管道、焊缝、捞渣机等锅炉主要部位进行三维1：1模型绘制，并组合成完整锅炉三维模型，以三维模型为载体实现锅炉设备台账的可视化管理，直观展示设备规格材质、设计参数等信息，动态台账，直观展示设备历次检修历史及设备安全状态。(3)所绘制的三维可视化1：1立体模型可通用于三维制图软件，便于后期仿真计算。(4)建设锅炉受热面数字化台账，逐步开展锅炉受热面数字化台账建设，通过3D数字化台账、失效描述、更换标记等具体使用。(5)系统具备部件的查询、定位、放大、缩小、隐藏、透视、旋转等功能，以及让设备维护人员自主调整锅炉模型的能力。(6)系统数据承载能力及稳定运行能力应与平台的参数保持一致。(7)外部数据接口容量能满足接入现有锅炉参数的要求，并能与三维数字化台帐进行一一对应，锅炉参数点不低于5000个。

需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对锅炉受热面和锅炉设备进行三维建模；

S2：建立锅炉受热面和锅炉设备的数据库；

S3：使用SIS系统获取数据库中锅炉受热面和锅炉设备的图形配置数据；

S4：基于获取的图形配置数据，将锅炉受热面和锅炉设备的图形显示在锅炉运维平台上；

S5：在电站锅炉运行过程中，根据锅炉受热面和锅炉设备的图形信息，对锅炉运行的温度场进行实时监控，实现受热面检修状态的可视化。

2.如权利要求1所述的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，其特征在于，S1中，锅炉设备包括集箱及其附属管道、四大管道、焊缝和捞渣机。

3.如权利要求1所述的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，其特征在于，S1中，三维建模所建立的三维模型比例为1:1，三维模型能够实现锅炉设备台账的可视化管理，展示锅炉设备规格材质、设计参数、动态台账和锅炉设备的检修及安全状态的历史数据。

4.如权利要求3所述的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，其特征在于，三维模型还包括测点的实时超温状态监测。

5.如权利要求4所述的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，其特征在于，实时超温状态包括超限级别、超限阈值、累计超温风险以及测点的基础信息。

6.如权利要求1所述的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，其特征在于，S1中，三维建模所建立的三维模型可兼容AutoCAD、3DMAX或Solidworks软件。

7.如权利要求1所述的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，其特征在于，S2具体为：将锅炉受热面和锅炉设备的管段编码、管段类型、材质、长度、外径、壁厚、最小壁厚、设计压力和设计温度储存在数据库中。

8.如权利要求1所述的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，其特征在于，S3具体为：根据锅炉受热面和锅炉设备的数据库中的数据，配置锅炉受热面和锅炉设备的管段数据和颜色配置数据。

9.如权利要求1所述的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，其特征在于，S4具体为：对获取的图形配置数据进行处理，计算锅炉受热面的运行状况，并显示在锅炉运维平台上。

10.如权利要求1所述的锅炉运维中受热面检修状态的可视化方法，其特征在于，S5具体为：根据锅炉受热面和锅炉设备的图形信息、锅炉中管排的实际空间布置以及所有管排的实时壁温，将实时壁温划分为若干风险等级，并采用不同颜色进行展示。

Images