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ABB AW600分析儀監(jiān)測(cè)發(fā)電過(guò)程的水質(zhì)監(jiān)測(cè)應(yīng)用

時(shí)間:2007-12-10 11:13:00來(lái)源:zhaohy

導(dǎo)語(yǔ):?AW600綜合了先進(jìn)的通信能力、內(nèi)部診斷、預(yù)防性維護(hù)功能和數(shù)據(jù)趨勢(shì)例程,客戶(hù)可以?xún)H在必要的時(shí)候或按照預(yù)定時(shí)間投入使用,從而簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)流程
前言: 按照美國(guó)人口統(tǒng)計(jì)局的數(shù)字,世界人口于1999年6月突破60億。這意味著,地球上總?cè)丝诘臄?shù)量是20世紀(jì)初的3.5倍,1960年的大約2倍。這種爆炸性的增長(zhǎng)產(chǎn)生了史無(wú)前例的能源需求,促使人們進(jìn)一步開(kāi)采地球上有限的自然資源。為了滿(mǎn)足飆升的能源需求,必須采用可持續(xù)性生產(chǎn)方式,并推動(dòng)實(shí)現(xiàn)更高的能效[1, 2]。為了在發(fā)電過(guò)程中提高能效,ABB的AW600可以對(duì)蒸汽-水循環(huán)的化學(xué)成分進(jìn)行高級(jí)檢測(cè)。    由于認(rèn)識(shí)到保護(hù)資源的重要性,ABB致力于開(kāi)發(fā)高能效產(chǎn)品和流程,以便在其整個(gè)生命周期中減少對(duì)環(huán)境的影響。ABB的下一代儀器儀表產(chǎn)品將應(yīng)對(duì)全球環(huán)境的挑戰(zhàn),同時(shí)利用公司范圍內(nèi)的公共部件開(kāi)發(fā)過(guò)程所產(chǎn)生的顯著業(yè)務(wù)效率。    水質(zhì)測(cè)量在發(fā)電過(guò)程中的重要作用在發(fā)電過(guò)程中,水在鍋爐中被加熱并轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?,后者用于推?dòng)渦輪和發(fā)電機(jī)組,以便產(chǎn)生電力。許多不同類(lèi)型的燃料都可用于發(fā)電,但在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中都需要產(chǎn)生大量的蒸汽。例如,一個(gè)典型的礦物燃料發(fā)電站具有4個(gè)160MV鍋爐,每個(gè)鍋爐每小時(shí)可把大約650噸水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?。這就是說(shuō),每月的用水量大約有2百萬(wàn)噸。由于生產(chǎn)蒸汽的過(guò)程需要如此之多的水,所用水的化學(xué)水質(zhì)就至為重要[3]。如果水中含有微量的污染物、或水的化學(xué)成分有少許變化,都會(huì)對(duì)全廠(chǎng)的性能、可靠性、效率和安全性造成代價(jià)昂貴的嚴(yán)重后果。因此化學(xué)監(jiān)測(cè)十分關(guān)鍵,目的是監(jiān)測(cè)蒸汽發(fā)電廠(chǎng)中的污染物并減少腐蝕。    發(fā)電廠(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)是ABB的一個(gè)核心業(yè)務(wù),為此提供了多種化學(xué)測(cè)量?jī)x表。在鍋爐給水及冷凝物中,二氧化硅(作為巖石圈中含量?jī)H次于碳的元素)和磷酸鹽(用作pH調(diào)節(jié)劑來(lái)限制腐蝕)是兩種必須嚴(yán)密監(jiān)測(cè)的物質(zhì)。    二氧化硅是一種難以從水中除去的天然物質(zhì)。在高溫高壓下它可以溶解,背蒸汽攜帶,并且不均勻地沉積在過(guò)熱管及汽輪機(jī)葉片上。二氧化硅可形成難以清除的堅(jiān)硬沉積物,類(lèi)似于陶瓷。即使是少量的二氧化硅也會(huì)使發(fā)電效率顯著下降,并造成嚴(yán)重的機(jī)械損壞1 。冷凝器的微小泄漏也可使蒸汽-水循環(huán)受到二氧化硅污染。必須在蒸汽-水循環(huán)的一些測(cè)點(diǎn)上連續(xù)監(jiān)測(cè)二氧化硅,以防止鍋爐及汽輪機(jī)受損。另一方面,在某些發(fā)電站,向水中加入磷酸鹽來(lái)嚴(yán)格控制蒸汽-水循環(huán)的pH值,從而減少酸性腐蝕。它也必須接受連續(xù)監(jiān)測(cè),以避免蒸汽發(fā)生管遭受代價(jià)高昂的腐蝕 2 。    如果水中含有微量的污染物、或水的化學(xué)成分有少許變化,都會(huì)對(duì)全廠(chǎng)的性能、可靠性、效率和安全性造成代價(jià)昂貴的嚴(yán)重后果。    不良水質(zhì)的代價(jià) 水的化學(xué)問(wèn)題會(huì)引起腐蝕故障、過(guò)熱器污損與/或渦輪葉片化學(xué)沉積。這會(huì)造成效率下降,并最終引起工廠(chǎng)停運(yùn),帶來(lái)發(fā)電損失。    在典型的發(fā)電站中,如果由于嚴(yán)重的水質(zhì)問(wèn)題引起腐蝕及化學(xué)沉積,并造成為期一周的鍋爐停機(jī),則估計(jì)會(huì)帶來(lái)大約4百萬(wàn)美元的損失(20萬(wàn)美元用于修理及化學(xué)清洗,380萬(wàn)美元時(shí)因停機(jī)而損失的產(chǎn)值)。由于水質(zhì)不良而引起的災(zāi)難性故障會(huì)需要更多的時(shí)間和資金來(lái)修復(fù)。難以估計(jì)通過(guò)化學(xué)測(cè)量實(shí)現(xiàn)良好水質(zhì)控制而產(chǎn)生的價(jià)值,但由美國(guó)礦石燃料發(fā)電協(xié)會(huì)提供的下列數(shù)據(jù)(1980年代中期的報(bào)告)在今天仍有意義:    1 汽輪葉片上的二氧化硅沉積
[IMG=汽輪葉片上的二氧化硅沉積]/uploadpic/tech/2007/12/2007121011395981667A.jpg[/IMG]
  2 由于蒸汽-水循環(huán)中化學(xué)水質(zhì)的控制不足而造成的管道焊接腐蝕
[IMG=管道焊接腐蝕]/uploadpic/tech/2007/12/200712101140227076804.jpg[/IMG]
  3 AW600 二氧化硅分析儀
[IMG=AW600 二氧化硅分析儀]/uploadpic/tech/2007/12/20071210114030504885.jpg[/IMG]
大約一半的非計(jì)劃停機(jī)與腐蝕有關(guān) 腐蝕與化學(xué)沉積每年造成超過(guò)30億美元的運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用 廠(chǎng)用電損耗的10%以上與腐蝕有關(guān) 對(duì)于100 MW機(jī)組,效率下降1%意味著每年的運(yùn)行費(fèi)用增加大約15萬(wàn)美元    AW600分析儀一馬當(dāng)先    用于二氧化硅及磷酸鹽的新型AW600分析儀是當(dāng)今市場(chǎng)上最為先進(jìn)的水質(zhì)分析儀 3 ??紤]到發(fā)電廠(chǎng)運(yùn)營(yíng)商所面臨的當(dāng)前問(wèn)題和未來(lái)挑戰(zhàn),AW600在整個(gè)周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的影響都很小。在同類(lèi)型的水質(zhì)分析儀中,它的購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)成本最低。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)包含了資產(chǎn)管理功能和通信能力,有助于提高發(fā)電循環(huán)的效率。客戶(hù)將得到一種高品質(zhì)的水分析儀,以便控制流程,實(shí)現(xiàn)成本與可靠性目標(biāo),管理資產(chǎn)(工廠(chǎng)與儀器),并滿(mǎn)足當(dāng)?shù)丶皣?guó)際管制規(guī)定的要求。減少保養(yǎng)成本,還能顯著節(jié)省成本。由于這種分析儀的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、維護(hù)要求低,對(duì)操作員技能水平的要求可以降低。AW600綜合了先進(jìn)的通信能力、內(nèi)部診斷、預(yù)防性維護(hù)功能和數(shù)據(jù)趨勢(shì)例程,客戶(hù)可以?xún)H在必要的時(shí)候或按照預(yù)定時(shí)間投入使用,從而簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)流程4 。    數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和安全性使得用戶(hù)可以執(zhí)行全新的任務(wù)和功能,從流程數(shù)據(jù)中獲取更大價(jià)值,甚至使某些報(bào)告任務(wù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。AW600的新型模塊化設(shè)計(jì)消除了用戶(hù)和服務(wù)人員之前在進(jìn)行例行維護(hù)任務(wù)、故障排除或維修時(shí)受到的某些困擾。    AW600與環(huán)境    在對(duì)環(huán)境的影響方面,在產(chǎn)品使用中的維護(hù)成本,AW600得用戶(hù)可顯著受益,特別是在與同類(lèi)分析儀相比時(shí)。AW600消耗的試劑體積是傳統(tǒng)分析儀的大約十五分之一。這能降低試劑費(fèi)用,并減少浪費(fèi)。AW600制造材料的重量和體積都減少了大WEEE及RoHS1)法則,采用了環(huán)保材料,便于安裝,并能實(shí)現(xiàn)高效回收。    保養(yǎng)間隔被延長(zhǎng)到90天,這大約是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手測(cè)量?jī)x器維護(hù)工作目前所需間隔的三倍。此外,保養(yǎng)所需時(shí)間縮短了三分之二,使保養(yǎng)費(fèi)用顯著下降。    同時(shí)添加了方便用戶(hù)使用的功能。例如,可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)從遠(yuǎn)程位置查看儀器狀態(tài),并在移動(dòng)狀態(tài)下使用SMS即時(shí)信息,從而無(wú)需經(jīng)常進(jìn)行儀器保養(yǎng)。由于分析儀的設(shè)計(jì)包括了輔助密封措施,即使無(wú)意之中把有害的化學(xué)試劑潑灑在儀器上,也不會(huì)造成損壞。    設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng) 在所有要求中,測(cè)量的可靠性與準(zhǔn)確性最為重要。因此,設(shè)計(jì)小組采用了一種嚴(yán)格而復(fù)雜的分析化學(xué)技術(shù),并把它應(yīng)用于易于操作的模塊化產(chǎn)品中。當(dāng)可靠性與準(zhǔn)確性風(fēng)險(xiǎn)較高時(shí)(如在試劑運(yùn)輸系統(tǒng)中),則采用成熟技術(shù)。在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較低的領(lǐng)域,根據(jù)重大突破來(lái)開(kāi)發(fā)定制的解決方案。例如,在圖像用戶(hù)界面、光學(xué)感測(cè)模塊和內(nèi)部診斷傳感器這三個(gè)領(lǐng)域,需要技術(shù)創(chuàng)新來(lái)得到可以實(shí)現(xiàn)價(jià)值增長(zhǎng)的功能。    設(shè)計(jì)小組遇到的挑戰(zhàn)包括,通過(guò)建立一種模塊化設(shè)計(jì)來(lái)顯著減少制造成本和提前期,該模塊化設(shè)計(jì)的主要零件和子組合件應(yīng)該能簡(jiǎn)化制造過(guò)程。重點(diǎn)在于取消勞動(dòng)密集的步驟,采購(gòu)預(yù)    先測(cè)試的零件,并從成本較低的國(guó)家購(gòu)買(mǎi)材料。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),多達(dá)80%的材料從中國(guó)和遠(yuǎn)東采購(gòu)。    4 AW600 分析儀的高級(jí)通信與診斷功能使工廠(chǎng)操作員獲得了對(duì)儀器的高度控制以及資產(chǎn)管理能力
[IMG=AW600 分析儀的高級(jí)通信與診斷功能]/uploadpic/tech/2007/12/20071210114038976086.jpg[/IMG]
  5 AW600 采用了 ABB 儀器儀表部的清晰而獨(dú)特的高級(jí) HMI 顯示頁(yè)面
[IMG=高級(jí) HMI 顯示頁(yè)面]/uploadpic/tech/2007/12/2007121011404719050S.jpg[/IMG]
6 借助圖形顯示功能,可以同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)流程,并查看歷史數(shù)據(jù)
[IMG=同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)流程圖]/uploadpic/tech/2007/12/20071210114054580359.jpg[/IMG]
  一項(xiàng)主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)是盡量利用ABB公共部件項(xiàng)目所提供的部件。高級(jí)HMI、公共軟件框架和公共現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)裝置都是公共部件項(xiàng)目的成果。AW600電子外殼也是作為一種公共部件開(kāi)發(fā)的,它將用于未來(lái)的ABB儀器儀表產(chǎn)品。所有主要的AW600模塊(電子單元、液體部分部件及液體部分外殼部件)也都將用于未來(lái)的分析產(chǎn)品,從而顯著節(jié)省研發(fā)投資。    AW600的主要特點(diǎn) AW600的一項(xiàng)重要使命是為客戶(hù)提供超越基本分析儀器的更高價(jià)值。這種增值是通過(guò)建立強(qiáng)大的圖形用戶(hù)界面(GUI) 5 -ABB的高級(jí)HMI公共部件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。    GUI基于最新發(fā)布的SM500F圖形記錄儀硬件。應(yīng)用固件經(jīng)過(guò)特殊編寫(xiě),使用戶(hù)能夠更加全面地審視所需的測(cè)量、儀器的狀態(tài)、以及有關(guān)流程或應(yīng)用的語(yǔ)境內(nèi)信息。例如,用戶(hù)可以監(jiān)測(cè)多達(dá)6個(gè)流程,并查看圖形趨勢(shì)或圖表數(shù)據(jù)形式的歷史數(shù)據(jù)和儀器事件 6 。AW600的用戶(hù)還可通過(guò)幾個(gè)可選的安全等級(jí),把數(shù)據(jù)保存在安全數(shù)字(SD)卡中,便于以后查看與報(bào)告。SM500F模塊的另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是能夠在平臺(tái)上添加產(chǎn)品改進(jìn)、新功能及其他被測(cè)量2)時(shí),更新儀器固件。    AW600內(nèi)的一組內(nèi)部診斷傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀器的狀態(tài)?;谠噭┖蜆?biāo)準(zhǔn)溶液液位的信息(如所剩的測(cè)量時(shí)間)可以得到評(píng)估,并預(yù)設(shè)報(bào)警來(lái)提示用戶(hù)何時(shí)需要補(bǔ)充消耗品。內(nèi)部流量及液位傳感器監(jiān)測(cè)泵的效率,并在需要采取預(yù)防性維護(hù)時(shí)通知用戶(hù),從而避免發(fā)生故障。可以設(shè)置定期自動(dòng)校驗(yàn)和補(bǔ)償校正,保證隨時(shí)都可進(jìn)行可靠的測(cè)量?! ?    通信 AW600分析儀采用了最新的通信功能。PROFIBUS DP-V13)實(shí)現(xiàn)了與ABB最新的分布式控制系統(tǒng)800xA的循環(huán)總線(xiàn)連接。其他高級(jí)通信則通過(guò)電子郵件信息及互聯(lián)網(wǎng)連接(通過(guò)以太網(wǎng)模塊)來(lái)實(shí)現(xiàn)。有關(guān)的PC軟件應(yīng)用使用戶(hù)可以用臺(tái)式PC或筆記本電腦(通過(guò)移動(dòng)技術(shù))實(shí)時(shí)查詢(xún)AW600。借助用GSM模塊提供的SMS文字信息服務(wù),用戶(hù)可以在手機(jī)上接收更新和狀態(tài)信息。未來(lái)的調(diào)整措施使用戶(hù)可以用移動(dòng)計(jì)算裝置(如PDA或Pocket PC)的無(wú)線(xiàn)功能來(lái)操作并設(shè)置AW600?! ?    AW600儀器平臺(tái)   二氧化硅與磷酸鹽分析儀僅僅是新型AW600平臺(tái)中首先推出的兩種新產(chǎn)品。未來(lái),基于AW600的水質(zhì)分析儀還將包括面向飲用水和廢水的多種應(yīng)用。它們的目標(biāo)是發(fā)電、城市用水和過(guò)程能夠工業(yè)等核心市場(chǎng)。    Eric D’Costa ABB分析儀器 英國(guó)Stonehouse eric.dcosta@gb.abb.com    參考文獻(xiàn) [1] A.Bursik: Power Plant Chemistry 1 (1999) 5,16-19 [2] A.Bursik: :Power Plant Chemistry 1 (2002)1,18-21 [3] A.Whitehead. R. C. Rowe: Power PlantChemistry 2(2000) 8, 471-477 [4] J.A. Matthews: Power Plant Chemistry 3(2001) 4 203-208    腳注 1)廢棄電氣與電子設(shè)備(WEEE)規(guī)定鼓勵(lì)重新使用、回收與再生,以改善電氣、電子設(shè)備生命周期所涉及的所有使用者的環(huán)境影響。有害物質(zhì)限制(RoHS)要求自2006年7月起,在新上市的電氣、電子設(shè)備中,淘汰重金屬(鉛、汞、鎘與六價(jià)鉻)與溴化阻燃劑。 2)被測(cè)量是所測(cè)的物理或電氣量、性質(zhì)或條件。術(shù)語(yǔ)“被測(cè)量”優(yōu)于“所測(cè)主要參數(shù)”。 3)90%的PROFIBUS從動(dòng)應(yīng)用是PROFIBUS分散式周邊(DP)協(xié)議,具有三種按功能分級(jí)的版本:DP-V0、DP-V1 及 DP-V2。PROFIBUS DP-V1包含旨在實(shí)現(xiàn)流程自動(dòng)化(特別是參數(shù)分配、操作、可視化與智能現(xiàn)場(chǎng)裝置中斷控制的非循環(huán)數(shù)據(jù)通信,以及循環(huán)用戶(hù)數(shù)據(jù)通信)的改進(jìn)。

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