基于虚拟现实的锅炉受热面状态评估系统研究

张大勇　倪永中　梁梓钰

摘 要：对锅炉受热面管道的状态进行评估从而制定合理的维修计划，对于提高锅炉运行的安全性和经济性有重要的作用。文章介绍了一个锅炉设备的状态评估系统，系统结合在线数据和离线数据的分析，给出锅炉受热面的风险等级，在此基础上指导检修，并将受热面管道的实时状况通过三维可视化技术直观清晰的反映出来，从而达到状态检修的目标。

关键词：虚拟现实；寿命计算；壁温预测；风险性评价

1 概述

燃煤电站的非计划停运主要是由锅炉引起[1]。锅炉“四管”的防磨防爆管理与评估工作，对火电厂的安全经济运行至关重要，据统计，我国大型火电站锅炉四管爆漏引起的停炉占机组非计划停用时间约40%，占锅炉设备非计划停用时间约70%[2]。传统的“四管”检修完全是一种计划检修模式，浪费大量的人力和物力，同时无法对长期数据进行综合分析，建立管道的劣化趋势[3]。因此，如何利用现代化的测量和分析技术，建立受热面管道的状态评估档案，对于锅炉的安全、经济运行具有重要意义。

要想有效的预防和减少受热面的失效，就需要实时的了解受热面管子的情况，通过锅炉受热面检修信息，分析受热面管损伤程度及其隐患，从而进行有效的预测和控制[4]。文章在离线监测和在线分析的基础上，通过一定的数学方法进行壁温计算和蠕变寿命分析，然后结合检修信息等对受热面进行综合的状态分析，由分析结果可以直观的看出管道受热面的风险等级，便于制定合理的维修计划。同时，建立电厂的三维模型图，将受热面的状态信息等与三维模型链接，利用虚拟现实技术使用户能够更加直接直观的获得所需要的信息，对于检修人员的工作有很大的帮助。

2 系统概述

虚拟现实作为一个高新技术现已得到广泛的应用，在军事、医学、教育等方面已经体现出它巨大的作用，但是在电力行业的应用还处于初步阶段，有待发掘它更大的用处。尤其在发电企业中，目前只有在对员工的教学培训方面对虚拟现实技术的应用得到了较明显的效果，而电厂的三维模型也只是用来提供漫游功能和仿真。由于虚拟现实技术的虚拟性和理想型，而电厂又是相当复杂且相对不太稳定的整体，这就使虚拟现实在電厂实际运行中的应用有相当的难度，让3D模型更加的切合实际是更大程度发挥虚拟现实技术的重要手段。

本系统是一套面向锅炉设备的管理系统，系统构建了虚拟现实平台，设备的信息、运行参数等实时传送到平台与对应的3D模型相关联，用户通过互联网可以随时随地查阅所需的设备信息，同时可以通过三维模型清晰直观的看到锅炉设备的运行状态以及出现问题的地点，从而快速有效地进行相应的反应。

系统包含锅炉设备管理、三维模型、检修管理、壁温预测、寿命评估五大模块，涉及20多个功能点。通过设备管理模块，以树状的菜单形式展现设备信息，为锅炉设备管理提供便捷的工具；通过检修控制模块，规范化电厂锅炉防磨防爆检修过程；通过检修管理模块，导入检修中的EXCEL记录，分类统计记录数据，规范记录单模板、加强过程管控；通过壁温预测模块可以在壁温测点的基础上，进行热力计算，得到锅炉内部受热面的温度和超温情况，增强了对锅炉管超温的监控； 通过寿命预测模块，可以计算管道的实时寿命损耗，指导检修过程。通过三维图形模块，以三维图的形式展现锅炉设备，使防磨防爆检查工作更加直观快捷。

系统框架如图1，系统的数据来源主要有在线测量和离线监测的数据，在线测量数据为锅炉壁温计算提供原始数据，最后分析得到的受热面状态信息通过WEB服务器发布的SIS网络中。

3 主要模块

系统除了用户管理模块、数据导入导出模块和报表模块等，其核心模块包括：设备台帐、三维模型、壁温计算、蠕变计算和风险分析模块。

3.1 台帐模块

设备编码管理是整个系统各个模块之间交流信息的纽带，通过编码可以得到设备的所有信息，针对锅炉不同位置的管道和检修过程中检修规则，对锅炉进行区域划分，并进行编码。编码管理要提供查询、编辑、添加和删除功能。

系统采取分级编码格式，通过设备的相互层次建立设备之间的关系，通过设备名能够基本了解设备的大致信息，如GL1-SLB表示1#锅炉水冷壁，GL1-ZRQ表示1#锅炉再热器，GL1-ZRQ-DZLD-053-006表示#1炉低再冷段第53排第6根；

4 结束语

文章介绍的锅炉管理系统就是一个实施的方案，同时，系统采集在线和离线数据，用适当的数学方法处理进行壁温计算和寿命评估，再通过对检修历史数据的分析进行设备风险性的评价，从而从各方面辅助检修方案的制定，是对由传统的计划检修向策略性维修转变的探索。如内蒙古岱海电厂目前已存储了五年的设备数据，使得电厂在超温、寿命计算以及风险性评估方面取得了良好的效果，同时也对设备损伤趋势的分析产生了很大的帮助。

由于现有技术的限制，系统中的一些功能还有待完善，如何使三维立体模型更加细致形象，信息交换的实时性和准确性，对各项重要指标的精确监测，金属材料的研究和试验，评估和预测的有效性以及系统在电厂中的应用都将是以后一段时间内努力研究的方向。

参考文献

[1]祝宪.发电机组非计划停运的探讨[J]. 华北电力技术，1993（11）：8-11.

[2]刘鸿国，洪道文，李耀君，等.锅炉受热面风险维修技术的应用[J].浙江电力，2009（2）：14-16.

[3]史啸曦.发电企业检修体制改革研究[J]. 天津大学，2009（7）：5-6.

[4]李正刚，石端伟，廖冬梅，等.电站锅炉受热面管损伤风险评估方法研究[J].机电工程，2013，30（4）：480-484.

[5]程绍兵，谭昌友.大容量锅炉高温受热面超温失效原因及对策[J].广东电力，2004（4）：39-41.

[6]北京锅炉厂译.锅炉机组热力计算标准方法[M].机械工业出版社，1975.

[7]马崇. 锅炉受热面管失效分析研究[J].天津大学，2005（10）：4.

[8]章科，庞力平.运用θ函数法实现锅炉承压部件寿命的在线监测[J].现代电力，2013（2）：81-82.

[9]樊永锋.超超临界机组受热面管寿命管理研究[J].西安工业大学，2012（5）：32-37.