Поверхности нагрева котла (экономайзер, пароперегреватель, водоподогреватель) работают в экстремальных условиях высоких температур и давлений. Основные дефекты — отложения накипи, коррозия, эрозия и усталость металла. Традиционный контроль (периодические остановы и визуальный осмотр) не позволяет получить актуальную картину изменений в реальном времени и, как следствие, часто приводит к аварийным остановкам или необоснованному списанию ресурса [2].

Предлагаемая архитектура диагностической системы

Ключевое нововведение — сравнительный анализ параметров потока теплоносителя на входе и выходе каждого элемента. Для этого до и после каждого узла монтируются идентичные комплекты датчиков:

— Датчик давления (P₁, P₂) — контроль гидравлического сопротивления.

— Датчик температуры (T₁, T₂) — контроль эффективности теплопередачи.

— Счетчик расхода (G₁, G₂) — контроль проходного сечения и перепусков.

Примечание: для пароперегревателя необходимо использовать расходомеры пара с поправкой на плотность [3].

Методика обработки данных и критерии состояния

Система работает в двух режимах: оперативный контроль и прогнозный анализ. Сравнение значений «до/после» позволяет выявить три основных вектора деградации.

Оценка загрязнения и накипеобразования (на основе ΔT)

Изменение температурного напора между газами и теплоносителем сигнализирует о термическом сопротивлении слоя отложений.

— Критерий: δ _T =T _вых −T _вх δ _T =T _вых −T _вх (для водоподогревателя и экономайзера).

— Признак неисправности: снижение δ _T δ _T при неизменном расходе топлива → падение тепловосприятия → необходимость химической промывки.

Оценка гидравлического сопротивления (на основе ΔP)

Перепад давления — прямой индикатор сужения проходных сечений и накопления шлама.

— Критерий: ΔP=Pвх−Pвых

— Признак: рост ΔP более чем на 15–20 % от паспортного значения сигнализирует о закупорке труб.

— Особенность для пароперегревателя: резкое снижение ΔPΔP может указывать на трещину или свищ.

Оценка расхода как верификатор целостности

Сравнение показаний расходомеров до и после узла.

— Критерий: G1≈G2 (несжимаемая жидкость) или с учетом фазового перехода.

— Признак: расхождение более 5–7 % → утечка через повреждение трубного пучка.

Прогнозирование остаточного ресурса

Система использует упрощенную термомеханическую модель [1]. Остаточный ресурс τ _ост инициализируется по скорости деградации трех параметров:

Где K — коэффициент теплопередачи, рассчитанный по ΔT.

Алгоритм (встраивается в SCADA-систему):

1. Обучение: первые 100 часов работы запоминаются как «паспортные» значения (чистый котел).
2. Тренды: система строит кривые роста ΔPΔP и падения KK.
3. Пороги: Задается три уровня:

— Зеленый (ресурс > 80 %) — без действий.

— Желтый (20 % < ресурс < 80 %) — планирование ремонта.

— Красный (ресурс < 5 %) — аварийный останов.

Пример: Если скорость роста ΔPΔP экономайзера составляет 1 % в сутки, а критический порог — +30 %, то прогнозируемый остаток работы — 30 суток.

Преимущества предложенной системы

— Дистанционность: не требуется присутствия персонала у горячего узла.

— Косвенная диагностика: нет необходимости внедрять дорогие ультразвуковые толщиномеры (они работают локально, в то время как изменение ΔPΔP интегрально оценивает весь пучок).

— Раннее обнаружение залповых отложений: например, выброса песка или продуктов химической чистки.

— Раздельная ответственность: можно точно локализовать проблему — экономайзер, пароперегреватель или водоподогреватель.

Пример реализации для типового котла ТП-35

При штатной работе после чистки:

— Экономайзер: ΔP=0.12 МПа, ΔT=45℃.

— Пароперегреватель: ΔP=0.08 МПа.

Через 3 месяца:

— Экономайзер: ΔP=0.18Δ МПа (+50 %), ΔT=28℃.

— Решение системы: желтый уровень, остаточный ресурс 45 дней до критического ΔP=0.25 МПа. Выдана рекомендация — щелочная промывка.

Внедрение трех датчиков (P, T, расход) до и после каждой поверхности нагрева создает полноценную систему удаленной функциональной диагностики. В отличие от сложных тепловизионных систем, данный метод прост в аппаратной реализации и позволяет не только фиксировать текущие дефекты, но и с высокой точностью прогнозировать остаточный ресурс за счет анализа скорости изменения гидравлических и тепловых характеристик. Рекомендуется для внедрения на ТЭЦ и промышленных котельных как этап перехода к обслуживанию по фактическому состоянию.

Литература:

1. Казаков, В. С. Прогнозирование остаточного ресурса эксплуатации энергетического оборудования / В. С. Казаков, В. И. Слезко // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: тр.XII Всерос. науч.-техн. конф. — Воронеж: ВГТУ, 2013. — С.166–167
2. Бородин, Е. Ф. Автоматизация технологических процессов: учебное пособие./Е. Ф. Бородин, Н. М. Недилько — Москва: Агропромиздат, 2006. — 368с.
3. Болотов С.В, Герасименко Н. В. Система оперативного дистанционного контроля состояния пенополиуретановой изоляции трубопроводов тепловых сетей с цифровыми датчиками влажности // Вестник Белорусско-Российского университета. 2016. No2 (51).