锅炉炉管泄漏监测系统用户使用手册.docx

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锅炉炉管泄漏监测系统用户使用手册

华润唐山发电厂

2×300MW

GEEBLA型锅炉炉管泄漏监测系统

用户使用手册

南京万和测控仪表有限公司

2013年11日编制

二、原理功能3

1、应用范围3

2、基本原理3

3、实现功能4

三、结构组成6

1、信号采集系统6

2、信号处理监视系统6

3、除灰系统7

四、性能指标8

1、设备指标8

2、传感器指标8

五、安装内容9

1、安装总则9

2、安装条件及工期9

3、安装内容9

六、现场调试10

1、静态通电调试10

2、动态调试11

七、维护说明13

1、日常维护13

2、故障分析13

八．使用说明15

1、简介15

2、系统运行15

一、产品概述

随着发电技术的发展，现代发电厂锅炉已进入大容量、高参数时代，锅炉承压管介质压力不断提高，承压管数量不断增多，锅炉炉管一旦发生泄漏将直接影响发电机组的安全、经济运行，锅炉四管早期泄漏的及时发现有利于电厂防止机组计划外停运，并减轻二次泄漏造成的破坏，缩短炉管泄漏的检修工期、减轻劳动强度。

锅炉正常运行时，燃料燃烧、烟气流动、灰粒无规则撞击金属的表面等都会在锅炉内部产生较强的噪音，如何区别正常的锅炉背景噪音和炉管泄漏所产生的噪音是能否准确反映泄漏状态的关键问题。

本系统基于声学检测原理，通过耐高温的传感器采集锅炉燃烧时的声音信号，应用先进的特征提取技术，提取炉内声音的时域、频域特征，建立有效识别正常背景噪声与泄漏信号的特征向量，采用基于最近邻（NN）原则的输出观察向量计分方法进行模式识别，具有在强背景噪声下有效识别微小泄漏的高识别率。

一旦捕捉泄漏信号将延时跟踪分析，信号达到阈值后将发出报警。

此外，该系统还能有效地监测吹灰器的运行工况。

二、原理功能

1、应用范围

本设备适用于火力发电机组的电站锅炉，实时检测炉内水冷壁、过热器、再热器、省煤器受热面管道的早期泄漏及有效监测吹灰运行工况。

2、基本原理

利用声学监测原理，由特制的增强型声波传感器采集炉内各种声信号，并转换成电流信号；检测报警系统经快速傅立叶变换技术分析得到声信号的频谱，并以棒图形式显示；通过对噪声强度、频谱特征及持续时间的分析计算判断炉管是否发生泄漏。

3、实现功能

1、实时检测泄漏及早期报警

自炉管（水冷壁、过热器、再热器、省煤器）发生砂眼、裂纹始，装置逐级报警并伴随光字牌报警；自动检测泄漏过程中，“棒图”显示的颜色分别表示：

正常（绿色）、异常（橙色）、泄漏（红色）。

2、准确判定泄漏区域位置

通过泄漏点附近分布的“测点”所反映的泄漏程度并结合各“测点”先后报警顺序综合判断泄漏区域位置；分辨率≥4米的隔离范围。

3、显示泄漏声音频谱

显示各测点所“听到”的炉内声音的频谱图，显示谱段为1~15kHz。

它将明显地区别反映炉管泄漏与蒸气吹灰及声波吹灰声音的频谱特征。

4、跟踪泄漏发展趋势

显示各测点声音发展趋势曲线，反映炉管泄漏的程度。

并具有记录、打印功能，数据存储时间为12个月以上。

5、实时监听炉内声音

可任意选择监听某测点对应的炉内声音，并提供录音接口。

6、监视吹灰运行工况

（1）检查吹灰器汽源压力

启动手动或程控吹灰，其邻近测点的声音在“棒图”中的显示值通常大于50%，否则可认为汽源压力异常或管路泄漏。

（2）吹灰器是否旋转吹扫

吹灰器旋转吹扫时，其相邻测点的声音在“棒图”中的显示值应有规律的高低变化（或监听声音，应有明显的强弱变化），否则应视为异常。

（3）判断吹灰器是否卡涩

吹灰器退出后，其相邻测点的声音在“棒图”中的显示值应恢复到吹灰前的状态，否则系统将予以报警，这种报警首先要判断的是吹灰器卡涩。

运行人员应及时处理，避免吹薄、吹坏炉管而造成炉管泄漏。

7、与DCS的通信功能

泄漏检测装置与DCS的通信在两机建立电气连接后，开始通信。

在DCS操作站上,由DCS组态完成画面显示，泄漏检测主机发送画面显示所需的实时数据，发送间隔为3秒钟；DCS操作站（或I/O站）在后台持续接收实时数据，并根据实时数据构造的自己历史数据库，供查询模式下查看历史状况；单击“退出系统”按钮，切换到DCS的其它画面。

通信遵循RS-485标准。

8、装置系统自检测试

系统显示判断各通道运行是否正常。

9、波导管自动清灰除焦

（1）对波导管的清灰除焦方式可选择手动/自动，投自动时应根据锅炉的燃烧工况选择设定时间间隔，定期实现对波导管清灰除焦。

（2）对波导管的堵灰判别，波导管是否畅通直接关系到系统的可靠性，系统软件设计了对波导管运行工况的实时检测，并在堵灰画面中显示正常状态（蓝色）和堵灰状态（红色）。

这也是对清灰除焦效果的自动判定。

（3）当波导管严重堵灰时，系统将发出硬件报警，提醒运行人员及时对波导管清灰除焦或必要时的人工机械清灰。

10、系统其他功能

（1）在系统电源丧失时，清灰除焦机构应能保持在失电前的位置。

清灰除焦电磁阀是用来控制仪用压缩空气的，当系统电源丧失时，电磁阀能自动复位。

（2）传感器的输入信号为声频信号，输出信号为模拟量，因此，要使用屏蔽信号电缆，屏蔽线采用单端接地，接地方式为在机柜内集中接于接地柱。

数字量输入/输出信号为隔离信号，且在机柜内，线程短，可实现普通控制电缆（即不加屏蔽）的数字量输入和输出。

（3）增强型一体化声波传感器抗干扰

锅炉炉管泄漏监测系统的增强型一体化声波传感器应采取一定措施，提供较强的抗干扰能力，有效隔绝外部电磁及噪声干扰。

就地传感器与监测设备之间采用屏蔽电缆。

监测系统的开关量信号均用光电隔离方式。

增强型一体化声波传感器不会由于测量管内积灰，造成管内堵塞，影响系统的正常工作，应方便维护。

为了防止传感器处积灰堵塞，应具有清灰防堵措施。

锅炉炉管泄漏监测系统的传感器具有高灵敏度，应能耐高温、耐冲击。

传感器的防护等级为IP65，具有防水、防腐、防尘能力。

三、结构组成

GEEBLA型电站锅炉炉管泄漏监测系统由三部分组成：

信号采集系统、信号处理监视系统和除灰系统。

1、信号采集系统

信号采集系统安装在锅炉本体上，包括声波传感器和声波传导管。

1、1声波传感器

声波传感器将炉膛内的声频信号转换电流信号，通过四芯信号电缆，输送到信号处理监视系统。

声波传感器固定在声波传导管的尾部，主要包括三个部分：

信号处理、声频采集和自检测试，它封装在特制的不锈钢外壳中。

1、2声波传导管

波导管固定在锅炉炉壁上，用来提供信号通道，使传感器与炉内连通，保证真实采集锅炉炉管泄漏所产生的声频信号。

它包括金属管、球阀、45度角三通和气源接口等构件，整体密封。

2、信号处理监视系统

信号处理监视系统安装在集控室或电子间内，通常信号处理监视系统布置在监控机柜内，该机柜内布置了显示器、工控主机箱、打印机、键盘、鼠标、声波传感器专用电源和接线端子排等。

在工控主机箱内安装了所有的信号处理板卡，作用如下：

2、1监听采样卡

该板卡有两个功能：

一是将声波传感器送入的电流信号，经过100Ω采样转换成电压信号，送入高性能数据采集卡。

二是将电压信号转换成声频信号，通过监听选择画面，实现实时监听锅炉内的各种背景噪音。

2、2高性能数据采集卡

高性能数据采集卡，将声波传感器传输过来的模拟量信号转换成数字量信号，通过总线送至主处理板，进行付里叶快速变换（FFT），得出实时频谱棒形图及趋势图，跟踪频谱棒图及趋势图的变化，针对泄漏特有的频谱模式，经判别后进行泄漏报警。

同时具有历史追忆功能，用于报警后数据分析。

另外对测点处背景噪音的数据进行处理，用于传导管堵灰判断。

2、3开关量输入继电器输出卡

主要实现光字牌泄漏报警、声波传感器自检、吹灰抑制和气源清灰电磁阀控制等功能。

2、4通讯功能实现

采用RS-485/RS-232接口。

2、5其它

在工控主机箱内，还有扬声器、软驱、调试键盘接口、电源开关等，用于功能操作及显示。

3、除灰系统

声波传导管堵灰，传感器采集不到炉膛内的各种背景声音，将影响炉管泄漏的检测，所以本系统有声波传导管自动除灰系统。

它布置在锅炉上，从电厂的主气源管路引出，通过电磁阀控制每个支管路，每个电磁阀控制4-8个测点。

四、性能指标

1、设备指标

1、1灵敏度：

能检测<1mm的微小泄漏。

1、2分辨率：

最佳隔离范围可达半径为4米的半球范围内。

1、3连续运行：

≥30000小时。

2、传感器指标

2、1增强型声波传感器

灵敏度：

>25mV/Pa；

输出电流：

0～12mA（AC）；

频率范围：

0.2-16KHZ

检测范围：

半径4-12米半球空间；

工作温度：

-60℃～＋300℃；

连续运行时间：

＞30000小时。

2、2信号处理监测系统

输入通道：

50路；P4工控CPU2.4、500G硬盘、4GB内存、DVD光驱。

工业级专用电源；12位隔离高速A/D卡，采样频率100Khz。

历史追忆时间：

≥12个月

2、3扩容选择

可实现多台机组共用一套泄漏检测报警系统。

备注：

如有出入，以技术协议为准。

五、安装内容

1、安装总则

设备的安装接线施工一般由安装公司或电厂有关部门负责完成，我公司提供安装技术指导和质量保证。

2、安装条件及工期

必须在机组停运后施工安装，在机组启动后系统调试。

安装约需8天，接线调试2天。

3、安装内容

3、1在锅炉本体上安装声波传导管。

*拆除锅炉保温层护板和保温层

*锅炉鳍片开孔

*声波传导管焊接固定

*恢复锅炉保温层和保温层护板

3、2在集控室或电子间的适当位置安装监测系统机柜。

*固定安装监控系统机柜。

*机柜内显示器、工控主机箱、打印机等的布置。

3、3电缆及保护硬管敷设

*四芯炉管泄漏信号传输电缆敷设

*电缆保护硬管的布置和焊接

*其他电缆的敷设（包括电源、光子牌、吹灰屏蔽、DCS通讯电缆等）

*整理现场的信号电缆，电缆穿硬管

3、4在锅炉上敷设压缩空气管路，安装气源吹扫控制电磁阀（如果有）。

*敷设主、支气源管路

*安装气源吹扫电磁阀和球阀

*敷设电磁阀控制电缆

3、5电缆接线。

*电缆穿金属软管

*现场声波传感器接线及安装

*电缆查线编号

*监控系统机柜接线

如果停炉检修工期短，以上安装工作中3.1和3.2必须在机组停机时实施，其余部分安装工作在机组运行时完成。

六、现场调试

1、静态通电调试

1、1通电前检查

（1）电源检查

进行绝缘电阻检查，AC220V回路的绝缘电阻应不小于10兆欧；用万用表检查监控柜内AC220V电源的接线，零线和火线是否短路，零线、火线分别对地线是否短路；检查电源的极性，电源插座必须“左零、右火、中间地”；检查电厂提供的电源的电压是否在规定范围内。

（2）工控机箱检查

检查工控机箱内的各卡件是否有松动、移位，机箱内是否有杂物，如有则固定好板卡，清理杂物。

（3）内部DB接线头检查

检测DB接线头是否脱落、DB塑壳是否有破损。

（4）声波传导管球阀检查

球阀扳手方向与声波传导管平行，阀门开；球阀扳手方向与声波传导管垂直，阀门关。

见气源吹扫系统，须将阀门保持开的位置，只有未加气源吹扫系统的才将阀门关。

1、2通电调试

（1）通电观察

通电前先将所有的外接电缆去除后，通电时应观察系统有无异常现象，包括异味、打火、爆炸等，一旦有异常现象发生，应立即切断系统电源，待确诊故障并清除后再上电。

（2）检查保险丝

检查接线端子排上的保险黑端子的LED是否亮，如果亮则保险丝断，先检查电缆接线，确认无误后重新更换0.5A保险丝。

（3）软件测试

开机后设备自动进入应用程序，根据《软件使用说明》的要求逐一操作。

2、动态调试

2、1动态参数调试的条件

动态参数设置必须在机组正常运行带70%负荷左右,并且确认声波传导管不堵灰时才能进行。

参数的调整在系统设定画面内，需要密码进入。

2、2泄漏值设定

如果实时频谱值>泄漏值时，实时棒图将超过50％并且变红，如果该信号延续12分钟（根据要求可设置），将发出泄漏报警。

在动态调试时，泄漏值的设定会直接影响到系统在以后的运行中的质量：

当泄漏值设定过低，系统在以后的运行中可能会发生误报；当泄漏值设定过高，系统在以后的运行中可能会发生漏报。

依据实时频谱值初步设定泄漏值，通常分四种情况：

（1）当实时频谱值小于2，泄漏值设定为10~20；

（2）当实时频谱值在2~4之间，泄漏值设定为20~30；

（3）当实时频谱值在4~6之间，泄漏值设定为30~40；

（4）当实时频谱值在6以上时，根据现场的实际情况进行调整，屏蔽背景噪音。

根据以上四种情况初步设定泄漏值后，厂方调试人员根据该点附件是否有泄漏史，是否有干扰声源、各种负荷的历史趋势曲线和观察的实时棒图等因数对泄漏值进行调整，以便准确的判断泄漏和跟踪其发展趋势。

通常系统默认的值是40，如果系统背景噪音变化不大，也可以直接设定为40。

2、3堵灰值设定

锅炉正常运行过程中会发生声波传导管积灰或堵灰现象，从而使系统不能正常监测炉内的背景噪音，堵灰情况严重时会发生漏报。

为保证系统正常监测信号，系统提供了一个自诊断传导管是否堵灰的功能。

当系统采集到声波传导管堵灰信号时，经过一定时间的判断，堵灰画面下会显示一个堵灰报警信号，设备自动除灰。

在动态调试时堵灰值的设定直接影响到系统在以后监测过程中对声波传导管堵灰判别。

堵灰值的设定由厂方工程人员，依据平均值（能量值连续十次的平均）设定，分三种情况：

（1）当平均值大于4，堵灰值设定为4；

（2）当平均值为3~4之间，堵灰值以平均值为基础比平均值小0.2为宜；

（3）当平均值在3以下，堵灰值根据实际情况设定，最少不能低于1.5。

根据以上三种情况初步设定堵灰值，通过对能量值地观察，在以上设定的基础上对堵灰值参数进行调整。

2、4主要功能测试

（1）泄漏报警模拟

将某个测点的泄漏值更改为0，确认推出后，经过一定时间的延时判断，发出泄漏报警信号，泄漏状态表的相应点将由绿变红、光子牌报警。

（2）锅炉吹灰屏蔽

在泄漏报警情况下，从吹灰盘送入吹灰启动信号或将端子排上的该两根线短路，光子牌报警消失，去除吹灰屏蔽信号后，光子牌报警恢复。

（3）声波传导管堵灰判断

将某个测点的堵灰值更改为8，确认推出后，经过一定时间的延时判断，发出堵灰信号，堵灰状态表的相应点将由绿变红。

（4）监听

进入监听画面，选择监听各通道，能否听到炉膛内声音。

（5）打印功能测试

根据软件介面的提示，选择相应的画面打印即可。

（6）数据记录

开机运行1小时后即可进入历史画面，查看是否有记录。

（7）其它功能

根据《软件使用说明》，对相应的功能进行检查即可。

七、维护说明

本公司的锅炉炉管泄漏监测系统设备设计合理结构简单、维护量小、检修方便，设备有自诊断功能，帮助维护人员判断。

1、日常维护

在日常维护中，通常声波传感器和声波传导管堵灰需要维护，检查维护方法如下：

检查内容

检查方法

具体操作

声波传感器

自检法

触发“自检”按钮，每个通道的实时帮图值超过50％以上

即可。

测量法

用万用表测量传感器信号输出端对地的交流电压，正常

运行时100mV左右,自检时1000mV左右。

堵灰

系统识别

应用软件中的堵灰画面提示堵灰软件吹灰智能识别报告。

监听法

打开监听，无声音。

特别是在锅炉吹灰时，锅炉内的背景

声音很大，如果监听不到或声音很小则堵灰。

2、故障分析

2、1现象1：

自检时，某一或几个通道实时帮图值在10％以下。

分析及处理

（1）声波传感器坏

不能正常采集到锅炉内的声音。

更换声波传感器。

（2）电缆故障

声波传感器的传输电缆短路，导致保险丝断。

直接检查电缆间是否短路，如果短路，到现场查找原因。

（3）保险丝断

每个声波传感器的+12V电源都配备了0.5A的保险丝，如果保险丝断，传感器无工作电源，不能工作。

直接查看端子排的LED灯是否亮，亮则断或用万用表直接测量是否通路。

断后更换即可。

（4）DB接线头松动

检查主机箱后的DB接线头，，重新插好即可。

2、2现象2：

自检时，所有通道的实时帮图值在10％以下。

（1）电源故障

+12V电源损坏，声波传感器不能正常工作。

更换该电源即可。

（2）DB头脱落

检查主机箱后的DB接线头，脱落后重新插好即可。

2、3现象3：

多数测点同时发出泄漏报警信号，并送入光子牌

（1）电缆短路，TEST线有+12V电压，使声波传感器错误自检。

（2）气源吹扫电磁阀坏

气源吹扫电磁阀坏后，气源回路常开，不停的吹扫传导管所致。

更好电磁阀即可。

2、4现象4：

无法监听

（1）现象1中出现的任何一种情况，都可能导致一个或几个测点无法监听。

（2）监听板接触不良

监听板在长期的运行过程中，可能松动，出现接触不良现象。

重新插好监听板即可。

（3）监听板损坏

所有测点都无法监听，则监听板坏，更换即可。

2、5现象5：

计算机死机

（1）感应电源干扰。

A/D板的DB37电缆备用芯浮空产生较大的感应电压进入主机，影响硬件，影响计算机的正常运行。

将多余的备用芯去除即可。

（2）硬盘上部分支持软件损坏，重新安装应用软件即可。

（3）硬盘故障，更换硬盘。

（4）计算机电源坏，更好计算机电源。

（5）CPU风扇坏。

更坏CPU风扇。

八．使用说明

1、简介

本公司的锅炉炉管泄漏自动报警装置是国家专利产品，其软件采用面向对象方法,在WindowsXP平台下用VisualC++语言设计，具有界面直观、操作方便、运行可靠、检测准确等特点。

主要功能均可用鼠标点击工具条相应按钮实现。

软件功能界面主要有：

显示所有通道的实时能量棒图。

显示当前选择通道的实时频谱图。

显示当前选择通道的实时趋势图。

显示当前选择通道的历史趋势图。

显示当前选择所有通道的历史棒图。

显示当前选择通道的历史频谱图。

显示自检后所有测点的自检报告。

显示过去时间内所有通道发生泄漏状态变化时的时间和测点位置。

显示各测点声波传导管的积灰情况，并实现自动清灰。

显示与调试有关的参数，用于调试人员设置系统参数。

进行当前画面的打印。

提示所有测点的布置位置及当前的泄漏状态。

实时棒图画面

功能描述：

此画面为当前时刻全部测点实时信号的显示。

泄漏状态反映当前时刻锅炉每个测点处的泄漏状态。

坐标中部50%处的横线表示泄漏报警线，当棒图值超过50%时，棒图显示红色，表示该通道实时信号已超出泄漏报警阈值，当棒图值在40%-50%时，棒图显示橙色，表示该通道实时信号出现异常，需关注其发展趋势。

画面下部提供监听功能。

选中任一单选按钮，再点击右侧按钮打开该监听通道，可实时监听该测点处的炉内噪音（此功能根据客户要求设定）。

实时频谱画面

功能描述：

此画面为单通道实时信号当前时刻的频谱分布图，显示0-15KHz范围内的频谱分布情况，每个棒图反映的是300Hz频段内的能量和，纵坐标表示其能量大小。

切换通道可点击画面左下部和按钮。

画面左上部泄漏状态反映当前时刻锅炉每个测点处的泄漏状态。

画面下部提供监听功能。

实时趋势画面

功能描述：

此画面为单通道实时信号在20分钟时间段内的趋势图。

实时值反映实时信号的大小。

切换通道可点击画面左下部和按钮。

选择“趋势图通道选择”下的单选按钮，可以选择同时查看的通道数。

点击前、后选择通道。

画面左上部泄漏状态反映当前时刻锅炉每个测点处的泄漏状态。

画面下部提供监听功能。

炉膛模拟画面

功能描述：

此画面显示每个测点在炉膛模拟图上的位置。

当前时刻泄漏状态由每个测点用不同颜色显示。

画面左上部泄漏状态反映当前时刻锅炉每个测点处的泄漏状态。

画面下部提供监听功能。

历史趋势画面

功能描述：

此画面为单个测点过去某一时刻开始，不同时间段的信号趋势图。

切换通道可点击画面左下部和按钮。

单击“选择查询日期:

”下的按钮，弹出日期选择对话框，选择查询起始日期。

单击“选择查询时刻:

”下的按钮，选择查询起始时刻。

单击“选择时间间隔:

”下的按钮，选择查询时间间隔，单位小时。

历史频谱画面

功能描述：

此画面为单个测点过去某一时刻信号的频谱分布图。

切换通道可点击画面左下部和按钮。

单击“选择查询日期:

”下的按钮，弹出日期选择对话框，选择查询起始日期。

单击“选择查询时刻:

”下的按钮，选择查询起始时刻。

泄漏追忆画面

功能描述：

此画面可以追忆泄漏状态变化时的时间和测点位置。

鼠标点击按钮向前查看。

堵灰指示画面

功能描述：

此画面可实时察看每个测点处的堵灰状态：

堵灰：

红色，提示运行人员除灰；

异常：

兰色，提示运行人员注意；

正常：

绿色。

系统配置画面

功能描述：

此画面在输入正确口令后，进入系统配置画面。

此功能仅供调试人员使用。

打印预览画面

功能描述：

此画面为实时棒图的打印预览画面。

提供“打印”、“下一页”、“前一页”、“两页”、“放大”、“缩小”、“关闭”等按钮供选择。

气源吹扫画面

功能描述：

此画面为气源吹扫画面，可利用电厂仪用压缩空气对声波传导管内积灰进行手动或自动吹扫。

“除灰间隔时间”用于设置自动除灰的时间间隔，可选择“1天”、“3天”、“5天”、“7天”、“15天”、“30天”，自动除灰时间设置为指定日期的午夜零点。

系统将每隔“除灰间隔时间”所设天数，于零点打开“电动除灰”画面进行自动除灰，除灰结束后自动关闭“电动除灰”画面。

“远程手动除灰”用于选择锅炉左、右两侧之一进行手动除灰，选择后按“除灰”按钮即可。