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恶劣环境下关键设备的“安全眼”: 使用FLIR红外热像仪实现对空冷岛的实时远程监控

2015-09-23 15:11:04

[导读] 北方地区由于干旱少水,发电机组的选择在发电系统中显得尤其重要,而空冷系统不仅是大型火电厂的核心设备,也是“富煤少水”地区或干旱地区建设火力发电厂的最佳选择。通过红外成像技术可实时了解空冷系统的工作状态,对于及时发现、处理、预防重大事故的发生可以起到非常关键而有效的作用,给平时养护工作带来了极大便利。

北方地区由于干旱少水,发电机组的选择在发电系统中显得尤其重要,而空冷系统不仅是大型火电厂的核心设备,也是“富煤少水”地区或干旱地区建设火力发电厂的最佳选择。通过红外成像技术可实时了解空冷系统的工作状态,对于及时发现、处理、预防重大事故的发生可以起到非常关键而有效的作用,给平时养护工作带来了极大便利。

在我国,70%的电力供应依靠火力发电,由于北方某些地区独特的资源优势,最近几年火电装机容量持续增长,为了减少对水资源的依赖和响应国家的节能环保政策,空气冷却系统(空冷岛)在火力发电厂的应用越来越普及。

空冷系统是大型火电厂的核心设备,也是较为复杂的换热系统,主要包括空冷凝汽器、空气供应系统、翅片管清洗系统。由于北方某些地区干旱少水,工作环境恶劣,翘片管束时常出现密封度下降或冻裂等现象。这些故障现象均可通过红外成像方式远程检测出来,给平时养护工作带来极大便利,同时也可以通过红外成像技术实时了解翘片管表面温度场分布,监测空冷凝汽器温差温升变化,可以实时了解空冷系统的工作状态。

选取最佳安装点

北京必创科技股份有限公司是Flir自动化产品的有力合作伙伴,必创科技与红外热像仪全球领导厂商FLIR,为中国北方地区一家电厂空冷岛提供了一套非常有吸引力的监测方案,在空冷岛翘片管束背风面壁面(图一),通过红外成像仪检测翘片管束温度场,红外热成像仪布成线阵结构,由四台FLIR A310热成像仪组成,采用广角镜头,可以覆盖整个空冷岛A字斜面。四台FLIR A310热成像仪安装在空冷岛的清洗装备支架上,清洗支架可以沿导轨方向移动,从而可以完成对整个斜面上所有翘片管束壁面温度场监测。

空冷散热器翅片管束。

图一:四台红外成像仪FLIR A310安装在空冷岛翘片管束背风面壁面

FLIR A310热成像仪内置的广角镜头,实时自动对焦,可监控翘片管束壁面温度差和特定环境的临界状态,其包含的红外探测器能够生成320 x240像素的全辐射热像,清晰呈现50 mK的温度差,并且FLIR A310具有报警和控制外部设备的数字输出,数据能通过TCP IP或以太网进行传输。

“FLIR A310采用美国最先进的Indigo探测器,温度灵敏度可达0.05℃,且一年365天24小时不间断监控,工作状态稳定,不会发生死机停机故障,这为客户减少了很多人力和时间成本。”必创科技产品部经理沈唯真如是说。

关键技术的保障

因该系统在夏天工况下需长时间工作在80℃左右温度下,红外热成像仪必须要考虑冷却问题,因此FLIR A310的壳体冷却与控制系统是保障该监测方案顺利实施的一项关键技术,需要非标设计定制完成,采用电子式冷却方式开发制作而成。包括不锈钢壳体部分、半导体致冷单元、专用远程控制单元等几部分组成。该套系统具有较好的抗腐蚀能力,能在高温多尘腐蚀性气体较多的环境中使用,适应的环境温度为-40℃ 至+120℃。具有如下特点:

1) 结构简洁,无机械运动、无磨损、运行可靠、维护方便。

2) 冷却速度快,其冷却速度可通过调节工作电流来控制。

3) 体积小、重量轻,可大大节约面积。

4) 不使用制冷剂,制冷效果好,不污染环境。

四台FLIR A310红外热成像仪安装在特制的自冷却壳体内,接入现场控制箱。现场控制箱与千兆网交换机之间使用光纤通讯。交换机与服务器安装在区域监控中心的网络机柜中。系统可以在监控中心内通过计算机软件系统完成红外图像采集与分析,同时可以完成远程控制功能,还可以经过电厂内部局域网与远程监控中心连接起来,实现红外监控数据共享和报警监控等功能,系统按多级组网的方式,形成大规模的监控网络(图二)。

图二:四台FLIR A310红外热成像仪安装系统构架

强大的内置分析功能

而FLIR A310内置的分析功能也成为空冷岛实时监控的核心优势,如点/区域温度测量和温差计算。报警可以设置为分析、内部温度或数字输入功能。 红外热像仪可按时或按通知以电子邮件形式自动发送分析结果、红外影像及其他数据。可通过FTP或SMTP客户端形式自动发送文件或电子邮件,实现实时监控、分析,及时报警的强大功能。

这套在线监测系统能够实现无人远程红外热像监控与分析诊断功能,本地监控与分析诊断系统可以根据客户的特定需求进行功能定制(图三),具有远程与本地的热像故障智能监控和智能分析诊断两大基本功能,使问题在发展为维修成本高昂的故障之前就及早检测到,从而防止停机并增强工人工作环境的安全性。

图三:本地监控与分析诊断系统

本系统是通过图像分割实现对整个翘片管束壁面的区域划分和分对象数据采集,关于不同区域的识别是通过建立图像与实物区域的映射关系实现的。当装有FLIR A310的支架运动到某一区域时,FLIR A310对该区域内所有翘片管束进行识别,如发现某个设处翘片管温度不正常时必须能够及时把它找出来并提示用户是哪个区域内的哪一处管出现问题,具体位置是通过物像对应关系确定下来,记下它们分别在窗口中的坐标位置。事先将实物尺寸写到数据库中,再根据物像关系找到出问题的翘片管具体位置。

这个系统通过红外实时监控把设备温度实时显示出来,让值班人员能够及时准确的看出所有被监测设备的运行情况,是否过热,是否有故障,另外一个作用是实时的发送设备温度数据,以供后方处理。图像可以供值班人员查看,而发送的数据可以给调度室人看,一个提供直观信息,一个做为设备状况的参考数据,两相结合,给电力系统提供更科学、更准确的预警手段,大大提高了工作效率和降低了对人的依赖性。

因此,FLIR A310具有重点区域分析功能,可以对热像图进行区域分析、点分析和线分析,实时显示所选区域最高、最低和平均温度,如图四所示:

图四:FLIR A310具有重点区域分析功能

巡航和报警功能

“四套FLIR A310安装在清洗支架上,采取固定式安装,清洗支架可以沿X轴方向往复运动,当运动到X轴某一个位置时,四台红外仪同时工作可以覆盖沿Y轴的一定范围区域内的翘片管。当系统沿X轴走完全程时,就可以将XY平面内的所有的翘片管束完整检测一遍。当发现某一处翘片管有问题时,系统自动将该处信息记录下来,并把该处的温度值发到服务器数据库,这样在本地监控室就可以看到每一根翘片管的温度值,它将作为系统对设备运行故障诊断的一个参考依据。可以根据客户的要求以及现场实际运行情况,以供历史查询。”必创科技研发总监唐智斌讲解了热图数据库和硬件的一一对应。

整个系统为多级监控与分析结构,是一个全方位智能监控系统,采用的是开放式结构,非常适合大型电厂设备运行、维护和管理的要求。而FLIR A310凭借其优秀的控制方式和独特的功能以及在空冷系统中的优异节能表现,得到了这家北方地区发电厂的极大肯定,自从设备调试运行至今未出现任何故障,其低故障率给用户维护带来了极大的便利。

关于热成像

热成像是使用由特殊传感器构成的成像仪“看到”物体所释放的能量。由于热能或红外光线的波长过长而无法侦测,因此人眼无法看到。我们作为热能所感知到的实际是电磁波谱的一部分。红外线能帮助我们看到肉眼无法看到的物体。热像仪生成不可见红外或“热”辐射形成的图像。根据不同物体之间的温差,热成像技术可生成清晰的图像。这是适用于预见性维护、建筑检查、研发以及自动化应用的绝佳工具。热成像能够在完全漆黑的环境下、夜间、透过灰雾、烟雾以及从远距离看到所观察的物体。该技术还可用于安防、海事、自动化、消防以及其他众多应用中。

关于FLIR Systems

FLIR Systems是为广泛应用领域设计和制造热像仪的世界领先公司。该公司拥有50多年的行业经验,目前已生产出几千款热像仪用于世界各地的预见性维护、建筑检查、研发、安防、海事、自动化以及其他夜视应用领域。FLIR Systems共有六大制造工厂,位于美国(波特兰、波士顿、圣巴巴拉和波兹曼)、瑞典斯德哥尔摩、爱沙尼亚塔林。其办事处分布于澳大利亚、比利时、巴西、中国、迪拜、法国、德国、香港(中国)、印度、意大利、日本、韩国、荷兰、俄罗斯、西班牙、英国和美国。公司拥有3000多位红外专家,通过国际分销商网络提供当地销售和支持功能,服务于全球市场。

[整理编辑:中国测控网]
标签:  红外热像[3]    监测环境[0]
 
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