鍋爐保護(hù)安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

龔來廣

摘 要：鍋爐是火電廠主要的火力設(shè)備，由于鍋爐燃燒系統(tǒng)具有非線性、延時(shí)性、不確定性、滯后性等特點(diǎn)，鍋爐燃燒過程中，受到各個(gè)方面因素的影響，導(dǎo)致鍋爐燃燒不充分，鍋爐二氧化碳、氮氧化物含量過多，操作不當(dāng)甚至引起爆炸。因此，必須加強(qiáng)鍋爐安全保護(hù)措施。保護(hù)安全儀表通過對鍋爐進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐的情況，避免安全事故的發(fā)生。本文主要分析了鍋爐安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)目標(biāo)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及安全儀表系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：鍋爐燃燒系統(tǒng)；安全儀表；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言：

我國60%以上的電能由火力發(fā)電廠供電，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L的電力需求，火電廠鍋爐容量和參數(shù)越來越高，則一定程度上增加了鍋爐的HSE管理風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)《大中型火電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50660-2011和2011年頒布的《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》中要求火力發(fā)電廠鍋爐和汽輪機(jī)的跳閘保護(hù)系統(tǒng)采用電子邏輯系統(tǒng)或者繼電器邏輯系統(tǒng)，并經(jīng)過SIL級安全認(rèn)證。安全 儀表系統(tǒng)正式引入到火電廠發(fā)電領(lǐng)域。然而當(dāng)前的安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面存在不少問題，嚴(yán)重影響到安全儀表系統(tǒng)的正常功能。因此，需要加強(qiáng)鍋爐保護(hù)安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平。

1.鍋爐安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

安全儀表系統(tǒng)又稱安全聯(lián)鎖系統(tǒng)，主要為工廠控制系統(tǒng)提供報(bào)警和聯(lián)鎖功能，如果控制系統(tǒng)監(jiān)控到鍋爐運(yùn)行出現(xiàn)異常情況，那么根據(jù)控制系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果將發(fā)布報(bào)警信息并向繼電保護(hù)器發(fā)出保護(hù)功能，同時(shí)向火電廠汽輪機(jī)發(fā)布停機(jī)指令。安全儀表系統(tǒng)是火電廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化重要的環(huán)節(jié)。因此，安全儀表系統(tǒng)關(guān)系火電廠的自動(dòng)化、智能化建設(shè)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須遵循以下原則。

1.1安全性

安全性指鍋爐在規(guī)定的時(shí)間和條件下，安全相關(guān)系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)安全功能所需的平均概率，按照IEC61508中的定義，鍋爐整體安全性水平分為SIL1、SIL2、SIL3、SIL4四個(gè)等級，數(shù)字越大則安全性越高。安全等級需要專門的結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證以后才能被認(rèn)可。安全儀表系統(tǒng)的安全性是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一要素，如果安全儀表系統(tǒng)無法保證儀器運(yùn)行的安全，那么就失去了應(yīng)有的功能和作用。

1.2完整性

安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完整性包括系統(tǒng)的各個(gè)部分，不僅包括安全控制器，而且還包括與安全控制器相連接的部分，比如安全儀表檢測裝置和安全之星等輸出部分。安全儀表系統(tǒng)的完整性還體現(xiàn)在系統(tǒng)整個(gè)生命周期，包括系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工、驗(yàn)收、安裝調(diào)試、試運(yùn)行、管理與維護(hù)、拆除等各個(gè)環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)必須經(jīng)過第三方機(jī)構(gòu)的認(rèn)定以后方能實(shí)施。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，安全儀表系統(tǒng)的生命周期故障中施工、安裝調(diào)試以及維修造成的故障占所有故障比例的58%。

1.3適應(yīng)性

安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可用性指的是系統(tǒng)在冗余配置條件下，如果子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，安全儀表無法發(fā)揮的功能。因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，單一子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則必須確保整個(gè)安全儀表系統(tǒng)依然可以發(fā)揮正常功能。安全性和適應(yīng)性是儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，如果提高安全儀表系統(tǒng)的安全性，必然降低儀表的可用性，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則可能導(dǎo)致安全儀表系統(tǒng)無法使用，一旦安全儀表系統(tǒng)無法使用，那么系統(tǒng)的適應(yīng)性就降低了。因此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要做好安全性和適應(yīng)性兩者之間的平衡。

2.鍋爐安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1鍋爐安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

鍋爐安全儀表系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)對鍋爐控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，對鍋爐的氣體、燃燒工況、溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)某一項(xiàng)參數(shù)異常情況，則立即調(diào)整鍋爐的控制系統(tǒng)，確保鍋爐運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

2.2鍋爐安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS是大型火電廠機(jī)組鍋爐的安全監(jiān)控系統(tǒng)，主要監(jiān)控鍋爐燃燒系統(tǒng)的工況以及燃燒參數(shù)，如果鍋爐在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)異常情況，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖功能啟動(dòng)安全報(bào)警功能，讓鍋爐機(jī)組實(shí)現(xiàn)開合閘，確保鍋爐燃燒系統(tǒng)的安全性。爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)包括燃燒器控制系統(tǒng)（BCS）、燃料安全系統(tǒng)（FSS）以及鍋爐分散控制系統(tǒng)（DCS）。燃燒器控制系統(tǒng)主要控制爐膛點(diǎn)火、油槍點(diǎn)火、煤炭燃燒等進(jìn)行控制；燃料安全系統(tǒng)是鍋爐的保護(hù)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)爐膛吹掃、燃油系統(tǒng)泄露測試、燃料跳閘等；鍋爐分散控制器主要是將鍋爐保護(hù)裝置采集的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)椒稚⒖刂破?，分散控制器根?jù)采集的數(shù)據(jù)信息對鍋爐進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制。爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)確保鍋爐燃燒的安全性，如果爐膛出現(xiàn)危急過來安全的情況下，主燃料跳閘單元自動(dòng)切斷所有進(jìn)入到爐膛的燃料，并發(fā)布緊急停爐指令，汽機(jī)自動(dòng)跳閘，從而避免故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，發(fā)生安全事故。

2.3鍋爐安全儀表系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

2.3.1鍋爐安全儀表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

鍋爐安全儀表系統(tǒng)硬件包括溫度表、壓力表、流量計(jì)量表、液位儀、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)閥、氣動(dòng)閥、PLC邏輯控制器、繼電保護(hù)器、計(jì)算機(jī)、電源、服務(wù)器、攝像頭等主要硬件設(shè)備。溫度表、壓力表、液位儀等監(jiān)測設(shè)備主要監(jiān)測鍋爐運(yùn)行的溫度、壓力、流量變化，并將爐膛變化傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理。氣動(dòng)閥、電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)閥門、PLC邏輯控制器主要實(shí)現(xiàn)對鍋爐安全儀表系統(tǒng)的控制，并向各個(gè)子系統(tǒng)發(fā)布控制命令，實(shí)現(xiàn)對鍋爐燃燒系統(tǒng)的保護(hù)；計(jì)算機(jī)、電源等主要為鍋爐安全儀表系統(tǒng)的運(yùn)行提供電能以及運(yùn)行工作站。

2.3.2鍋爐安全儀表系統(tǒng)軟件

鍋爐安全儀表系統(tǒng)軟件采用ERP系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高集成性，可以實(shí)現(xiàn)人、物、財(cái)、信息等資源的整合優(yōu)化；采用模塊化設(shè)計(jì)方式，可以根據(jù)鍋爐安全儀表系統(tǒng)功能，不斷擴(kuò)展安全儀表系統(tǒng)的功能模塊，從而提高鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)變能力。為了提高鍋爐安全儀表系統(tǒng)各個(gè)控制模塊的通信能力，及時(shí)將信息發(fā)送到控制中心，采用HTTP通信協(xié)議，提高系統(tǒng)通信服務(wù)質(zhì)量，服務(wù)器平臺(tái)采用XML作為數(shù)據(jù)的基本格式。

結(jié)束語；

綜上所述，鍋爐安全儀表系統(tǒng)作為爐膛監(jiān)控系統(tǒng)，對確保爐膛燃燒系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性具有重要意義。安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要綜合考慮到鍋爐燃燒系統(tǒng)的特性，確保系統(tǒng)安全性的同時(shí)，還有考慮到適應(yīng)性。

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