浅谈三维数字技术在燃气电厂数字化建设中的应用研究

江 彬，赵 亮，韩恺隆

（大唐万宁天然气发电有限责任公司，海南 万宁 571500）

0 引言

三维数字化技术是一项全新的建模和应用技术，随着我国燃气电厂的大规模兴建，三维数字化技术在燃气电厂当中的应用范围也越来越广。部分处于基建期的三维数字化技术机组设计进行了试探，所以需要对设备的三维数字化技术基建期设计进行管理，部分三维数字化技术人员在机组生产期中应用了定位。电子围栏技术等，帮助工作人员管理机组的检修维护等工作。

尽管三位数字技术在机组的基建与运行时期都有所应用，但是和实际生产的结合还没有达到足够的紧密程度，即对于机组可靠性与机组效益的提升并没有达到十分明显的程度，显然这种应用并没有取得实际的效果，因此还需要进一步实现强化。

为落实地区协同发展，决定发展某能源项目。该项目配备功率为350兆瓦超临界锅炉两台，间歇性中间加热与空冷供热，燃烧方式选择墙式对冲、炉内单平衡通风道、固定排渣、全身封闭、炉体为直流全钢架构，通过水氢氢冷却、静态励磁实现机组发电。投入项目当中开始运行后，为该地区的稳定供热、发电提供了重要保障，并且本项目的排放已经达到了国家排放标准，完全符合绿色排放。

本项目以建设数字化电厂为主要目标，对于三维数字化技术的调研、总结、提炼技术在燃气发电戏曲经验和教训，进一步对三维数字化技术三维电厂内涵进入深度研究。

1 三维数字化技术在燃气电厂当中的实际应用以及存在的问题

1.1 应用情况

电力企业在市场上仍然面临着激烈的竞争，在电力企业竞争过程中，成本与技术是重点内容。所以为了提升自身的市场竞争中，部分燃气电厂在生产作业当中引进了数字化技术进行电厂建设，而在数字化电厂在设计、建设的过程中会产生相应的模型、图纸、项目调试文档、资产管理、运行数据，企业对于这些资料需要进行综合性管理[1]。

为了实现对这些生产过程中产生的资料进行平台集成处理，数字化技术由此诞生。

1.2 应用问题

在三维数字化技术实际应用的过程中，相关人员进行了充分的调研，在实际应用当中存在一些问题：

1.2.1 设计与应用范围不够全面

在设计部分三维软件的过程中，可以对普通的三维模型进行建设，同时软件平台的扩展性并不强，设计与实际应用并没有实现全方位的结合，进而模块化基础上的快速建模方式由此形成。

1.2.2 仍然没有摆脱同时依靠基建与生产的管理模式

燃气电厂在运行过程中对基建与生产的过度依赖对企业的统一规划，先前所开发的一系列专业软件实质上并没有实现贯通，各模块直接的功能仍然相对独立，信息形成孤岛效应[2]。

在燃气电厂数字化建设的过程中，因为信息存在孤岛效应，所以在设备维护期间，并没有实现平台一体化无缝对接管理，这也使得物资、人员等一系列资源之间没有形成真正意义上的关联。

在三维数字化技术的支持下，基建期至生产期的辅助转资工作将自动完成，由此资源的计算、存储、软件、数据的资源共享与设备全寿命智能化管理可以被真正实现，包括对数据的分析和价值的挖掘。

2 对于三维数字化技术的应用与研究

经过细致分析，该项目在精细化三维数字化技术的基础上对燃气电厂进行研究，在此背景下一套燃气电厂三维信息化模型和基建生产一体化三维数字化信息管理平台由此诞生。

2.1 在项目基建期的应用与研究

鉴于此出现了电厂三维信息化模型与一体化三维信息管理。

2.1.1 设计图纸与检验图纸

使用三位数字技术的原因是为了解决三维资料无法编辑的问题，建设方可以在此基础上构建全方位、一体化的三维信息化模型，在开发接口位置的连接下，实现了与计算机辅助设计软件的无缝对接，如果项目出现变动，还可以根据项目设计需要对模型进行再编辑。

使用相对精细化程度较高的三维数字化技术，使结构复杂、工艺繁琐的流程、不能在图纸上实现精确定位的设备装置，在三维数字化技术的支持下实现三维化、局部微观精确化，即促成相对较为直观的表达，进而延伸了工程作业人员的视觉。

在三维数字化技术的前提下精细化三维信息化模型设计编辑，二、三维在线协同标注功能的应用等被真正实现，进一步实现了高度集成化、关联化的数字化电厂信息，其中包括对工程图纸、施工资料、文件等内容的管理。

2.1.2 三位碰撞

为了使建成的三维数字化电厂可以更加清晰、直观的展现出各配件之间形成的一种空间关系，以便电厂实现全面可视化，所以在电厂基建期，基于三维数字化平台管理提出碰撞管理系统。

在设计阶段，参照国家相关标准将资料、规则导入系统，二维设计图经过三维设计系统就转变为三维模型。使用碰撞工具，参照碰撞规则，生成可靠的碰撞检查报告。

施工队参照碰撞检查报告尽最快的速度修改设计，并对图纸实现升级，同时将最新信息在最短时间内通知各个部门。施工之前，需要进一步明确阶段建设图纸的精确率核实，确定最佳安装位置、路径，尽可能降低实际工作中产生的失误以及后续施工期间造成的损失，尽量提前竣工。使用碰撞闭环管理可以有效解决这些问题，对于后续的维护、检修也有所帮助。

2.1.3 敷设DN80小管

敷设DN80小管的工作往往数量大且复杂，施工周期长，所以通常情况下尽可能避免使用DN80小管进行布置。三维设计软件并不能实现模型设计与智能检查，所以即便是使用DN80小管也是生产商或者安装人员自行设计的，而安装工作的规范性、合理性很大程度上取决于安装人员的职业素养、技术水平，而这些不确定性因素会导致小管安装过程中出现一些意外情况，这样一来许多刚刚投入生产的机组就等于直接进入改造期。

为了尽可能避免上述问题的发生，保证小管的走向、布局符合生产需求，建设电厂时可以通过三维建模的方式设计小管的走向、布局，落实以后小管的走向、布局得到优化，可以为施工提供一定的辅助指导，保证精确性，提升小管布置工作效率与施工质量。

开展对小管三维设计的优化检验，再图纸设计的基础上按照顺序开展工作。施工过程中如果存在不合理的情况就会使施工现场出现碰撞、损毁等现象，其中密封油管通道数量多、走向复杂是最常见的问题，为了保证这一点往往需要工作人员使用三维模型进行1：1建模规划，并提出相应的修改审核，直至得出没有任何问题的图纸，这样才可以保证后期的施工，以此来最大程度上确保现场施工准确、工艺美观，降低失误。

2.2 在生产期的研究与应用

处于生产期的数字化燃气电厂使三维数字化技术得到了相对充分的应用，其中包括智能两票、设备检修三维培训等业务。生产期的三维数字化技术得到相对充分的应用后，该项目下一步可开展三维可视化技术的应用。

2.2.1 管理锅炉管道膨胀及焊口

使用三维可视化技术管理锅炉受热面异常信息，这也是核心技术，可以非常直观的得出金属监督、缺陷记录等信息，根据这些信息对锅炉的受热面进行检修改造，统计记录锅炉在作业过程中的一系列数据和信息，以便为锅炉未来的使用和运行管理提供指导基础，进而使锅炉四管泄漏和机组非计划停运次数有所减少。

2.2.2 锅炉管道焊口统计

往往锅炉管道拥有上万条焊口，数量庞大，统计时复杂，并且许多管道焊口均是采用了异种钢焊接，这种情况下就很容易导致焊口管理出现混乱。为了有效解决这一问题，本次研究中提出一种焊口管理模块，通过三维形式将锅炉的三万条管道焊口体现在锅炉模型当中，通过这种方式可以就很清晰地看到使用不同材质铸造的管道焊口其实颜色是不一样的，所以说可以通过鉴别颜色来区别铸造管道的材质，这对于锅炉的防爆、防磨检修管理也是一种便捷的途径。在锅炉泄漏的情况下，通过焊口管理模块可以在第一时间检查出焊口泄露的位置，这样就可以事先做好住呢别，争取在最短的时间内抢修泄露的锅炉，保证生产进度。

2.2.3 四管在线监测

在对锅炉内管道进行泄露检查时，可以利用声学原理。因为锅炉管道内部的结构是比较复杂的，所以依然使用传统方法对管道进行泄露检查是不现实的。为了实现对锅炉管道泄漏的有效检测，本次研究中提出三维模型基础上四管在线监测，可以实现对锅炉32点的有效标记，在此基础上更加清晰的检查管道、焊口的实际布局，同时针对报警位置对管道进行仔细检查，同时预估管道、焊口的布置情况，并提前准备相关的材料、资料、制定方案，停机以后开始检查，争取在最短的时间内完成抢修工作。

2.2.4 防爆防磨

在系统当中输入锅炉受热面的防爆防磨数据，使用专业软件对录入系统的信息数据在归纳整理的过程中，需要对实际的磨损速率进行计算，在此基础上实现对锅炉防爆检查。因为过路管道长期以来被飞灰磨损，所以往往不同的部位受热区域、烟气速度均不一致，这也是导致磨损存在差异的主要原因。同时在锅炉运行期间，吹灰风机持续运作，往往会导致受热面管壁出现磨损。

磨损管理模块是在三维专业检测防爆防磨的软件上建立的，在此基础上全面记录锅炉的防爆防磨数据，汇总以后录入系统，并且同时兼顾了管壁磨损趋势预警，对未来的锅炉防爆检查提供数据基础。

2.3 三维可视化动态技术监督平台

三维可视化动态技术监督平台的开发与应用可以将三维技术的优势更加显著地展现出来，助力工作人员可以更加有效地实现数据趋势分析。在三维可视化动态技术监督平台的基础上可以实现对设备异常情况的预先判断，针对性的落实可视化技术监督管理，使燃气电厂设备的技术监督工作时效性和管理水平得到提升。

引进三维数字化技术在燃气电厂建设运行的过程中实现了水排放为零，更是拜托了传统火力电厂的管理方式，在燃气电厂运行的过程中实现了自动化、传感技术与三维技术的应用，使燃气电厂的总体管理水平得到提高。

3 结束语

该燃气电厂建设项目从机组的基建期至生产期，三维数字化技术都深度的融入其中，由此为现代化燃气电厂的建立提供了全新的思路，在生产运维的过程中实现了燃气电厂的可视化管理，使生产设备运行的安全与控制水平得到提升，从总体上和本质上使三维可视化技术在电场中可以更加有效的应用。