ABB 發電過程中的水質控製

                ----用於監測大用水量工業流程中汙染物情況的突破性技術
          （提供： ABB(中國)有限公司儀表產品部 ，作者：Eric D’Costa，） 

　　按照美國人口統計局的數字，世界人口於1999年6月突破60億。這意味著，地球上總人口的數量是20世紀初的3.5倍，1960年的大約2倍bei。這zhe種zhong爆bao炸zha性xing的de增zeng長chang產chan生sheng了le史shi無wu前qian例li的de能neng源yuan需xu求qiu，促cu使shi人ren們men進jin一yi步bu開kai采cai地di球qiu上shang有you限xian的de自zi然ran資zi源yuan。為wei了le滿man足zu飆biao升sheng的de能neng源yuan需xu求qiu，必bi須xu采cai用yong可ke持chi續xu性xing生sheng產chan方fang式shi
，並bing推tui動dong實shi現xian更geng高gao的de能neng效xiao[1
， 2]。為了在發電過程中提高能效，ABB的AW600可以對蒸汽-水循環的化學成分進行高級檢測。
　　
　　由於認識到保護資源的重要性

，ABB致力於開發高能效產品和流程
，以便在其整個生命周期中減少對環境的影響。ABB的下一代儀器儀表產品將應對全球環境的挑戰，同時利用公司範圍內的公共部件開發過程所產生的顯著業務效率。
　　
　　shuizhiceliangzaifadianguochengzhongdezhongyaozuoyongzaifadianguochengzhong，shuizaiguoluzhongbeijiarebingzhuanbianweizhengqi，houzheyongyutuidongwolunhefadianjizu，yibianchanshengdianli。xuduobutongleixingderanliaodoukeyongyufadian，danzainengliangzhuanhuaguochengzhongdouxuyaochanshengdaliangdezhengqi。liru，yigedianxingdekuangwuranliaofadianzhanjuyou4個160MV鍋爐，每個鍋爐每小時可把大約650噸水轉變為蒸汽。這就是說，每月的用水量大約有2百萬噸。由於生產蒸汽的過程需要如此之多的水
，所用水的化學水質就至為重要[3]。如果水中含有微量的汙染物


、或水的化學成分有少許變化

，都會對全廠的性能、可靠性、效率和安全性造成代價昂貴的嚴重後果。因此化學監測十分關鍵，目的是監測蒸汽發電廠中的汙染物並減少腐蝕。
　　
　　發電廠水質監測是ABB的一個核心業務

，為此提供了多種化學測量儀表。在鍋爐給水及冷凝物中
，二氧化矽（作為岩石圈中含量僅次於碳的元素）和磷酸鹽（用作pH調節劑來限製腐蝕）是兩種必須嚴密監測的物質。
　　
　　二er氧yang化hua矽gui是shi一yi種zhong難nan以yi從cong水shui中zhong除chu去qu的de天tian然ran物wu質zhi。在zai高gao溫wen高gao壓ya下xia它ta可ke以yi溶rong解jie，背bei蒸zheng汽qi攜xie帶dai
，並bing且qie不bu均jun勻yun地di沉chen積ji在zai過guo熱re管guan及ji汽qi輪lun機ji葉ye片pian上shang。二er氧yang化hua矽gui可ke形xing成cheng難nan以yi清qing除chu的de堅jian硬ying沉chen積ji物wu，類lei似si於yu陶tao瓷ci。即ji使shi是shi少shao量liang的de二er氧yang化hua矽gui也ye會hui使shi發fa電dian效xiao率lv顯xian著zhu下xia降jiang
，並bing造zao成cheng嚴yan重zhong的de機ji械xie損sun壞huai1 。冷凝器的微小泄漏也可使蒸汽-水循環受到二氧化矽汙染。必須在蒸汽-水循環的一些測點上連續監測二氧化矽
，以防止鍋爐及汽輪機受損。另一方麵
，在某些發電站，向水中加入磷酸鹽來嚴格控製蒸汽-水循環的pH值，從而減少酸性腐蝕。它也必須接受連續監測
，以避免蒸汽發生管遭受代價高昂的腐蝕 2 。
　　
　　如果水中含有微量的汙染物、或水的化學成分有少許變化，都會對全廠的性能
、可靠性、效率和安全性造成代價昂貴的嚴重後果。
　　
　　不良水質的代價
　　水的化學問題會引起腐蝕故障、過熱器汙損與/或渦輪葉片化學沉積。這會造成效率下降
，並最終引起工廠停運，帶來發電損失。
　　
　　在典型的發電站中，如果由於嚴重的水質問題引起腐蝕及化學沉積，並造成為期一周的鍋爐停機，則估計會帶來大約4百萬美元的損失（20萬美元用於修理及化學清洗

，380萬美元時因停機而損失的產值）。由(you)於(yu)水(shui)質(zhi)不(bu)良(liang)而(er)引(yin)起(qi)的(de)災(zai)難(nan)性(xing)故(gu)障(zhang)會(hui)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)的(de)時(shi)間(jian)和(he)資(zi)金(jin)來(lai)修(xiu)複(fu)。難(nan)以(yi)估(gu)計(ji)通(tong)過(guo)化(hua)學(xue)測(ce)量(liang)實(shi)現(xian)良(liang)好(hao)水(shui)質(zhi)控(kong)製(zhi)而(er)產(chan)生(sheng)的(de)價(jia)值(zhi)，但(dan)由(you)美(mei)國(guo)礦(kuang)石(shi)燃(ran)料(liao)發(fa)電(dian)協(xie)會(hui)提(ti)供(gong)的(de)下(xia)列(lie)數(shu)據(ju)（1980年代中期的報告）在今天仍有意義[4]：
　　
　　1 汽輪葉片上的二氧化矽沉積
　　 

　　2 由於蒸汽-水循環中化學水質的控製不足而造成的管道焊接腐蝕
　　

 
　　3 AW600 二氧化矽分析儀
　　 

　　大約一半的非計劃停機與腐蝕有關
　　腐蝕與化學沉積每年造成超過30億美元的運行與維護費用
　　廠用電損耗的10％以上與腐蝕有關
　　對於100 MW機組，效率下降1％意味著每年的運行費用增加大約15萬美元
　　
　　AW600分析儀一馬當先
　　用於二氧化矽及磷酸鹽的新型AW600分析儀是當今市場上最為先進的水質分析儀 3 。考慮到發電廠運營商所麵臨的當前問題和未來挑戰，AW600在(zai)整(zheng)個(ge)周(zhou)期(qi)內(nei)對(dui)環(huan)境(jing)的(de)影(ying)響(xiang)都(dou)很(hen)小(xiao)。在(zai)同(tong)類(lei)型(xing)的(de)水(shui)質(zhi)分(fen)析(xi)儀(yi)中(zhong)
，它(ta)的(de)購(gou)買(mai)和(he)維(wei)護(hu)成(cheng)本(ben)最(zui)低(di)。產(chan)品(pin)的(de)設(she)計(ji)包(bao)含(han)了(le)資(zi)產(chan)管(guan)理(li)功(gong)能(neng)和(he)通(tong)信(xin)能(neng)力(li)
，有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)高(gao)發(fa)電(dian)循(xun)環(huan)的(de)效(xiao)率(lv)。客(ke)戶(hu)將(jiang)得(de)到(dao)一(yi)種(zhong)高(gao)品(pin)質(zhi)的(de)水(shui)分(fen)析(xi)儀(yi)，以(yi)便(bian)控(kong)製(zhi)流(liu)程(cheng)，實(shi)現(xian)成(cheng)本(ben)與(yu)可(ke)靠(kao)性(xing)目(mu)標(biao)，管(guan)理(li)資(zi)產(chan)（工廠與儀器）
，並滿足當地及國際管製規定的要求。減少保養成本，還能顯著節省成本。由於這種分析儀的設計簡單
、維護要求低
，對操作員技能水平的要求可以降低。AW600綜合了先進的通信能力、內部診斷
、預防性維護功能和數據趨勢例程，客戶可以僅在必要的時候或按照預定時間投入使用，從而簡化業務流程4 。
　　
　　數據處理、存儲和安全性使得用戶可以執行全新的任務和功能
，從流程數據中獲取更大價值，甚至使某些報告任務實現自動化。AW600的新型模塊化設計消除了用戶和服務人員之前在進行例行維護任務
、故障排除或維修時受到的某些困擾。
　　
　　AW600與環境
　　在對環境的影響方麵，在產品使用中的維護成本
，AW600得用戶可顯著受益，特別是在與同類分析儀相比時。AW600消耗的試劑體積是傳統分析儀的大約十五分之一。這能降低試劑費用，並減少浪費。AW600製造材料的重量和體積都減少了大WEEE及RoHS1）法則，采用了環保材料，便於安裝
，並能實現高效回收。
　　
　　保養間隔被延長到90天，這大約是競爭對手測量儀器維護工作目前所需間隔的三倍。此外，保養所需時間縮短了三分之二
，使保養費用顯著下降。
　　
　　同時添加了方便用戶使用的功能。例如，可以通過互聯網從遠程位置查看儀器狀態

，並在移動狀態下使用SMSjishixinxi，congerwuxujingchangjinxingyiqibaoyang。youyufenxiyideshejibaokuolefuzhumifengcuoshi，jishiwuyizhizhongbayouhaidehuaxueshijiposazaiyiqishang，yebuhuizaochengsunhuai。
　　
　　設計考慮事項
　　在zai所suo有you要yao求qiu中zhong，測ce量liang的de可ke靠kao性xing與yu準zhun確que性xing最zui為wei重zhong要yao。因yin此ci，設she計ji小xiao組zu采cai用yong了le一yi種zhong嚴yan格ge而er複fu雜za的de分fen析xi化hua學xue技ji術shu，並bing把ba它ta應ying用yong於yu易yi於yu操cao作zuo的de模mo塊kuai化hua產chan品pin中zhong。當dang可ke靠kao性xing與yu準zhun確que性xing風feng險xian較jiao高gao時shi（如在試劑運輸係統中）
，則采用成熟技術。在技術風險較低的領域
，根據重大突破來開發定製的解決方案。例如
，在圖像用戶界麵、光學感測模塊和內部診斷傳感器這三個領域，需要技術創新來得到可以實現價值增長的功能。
　　
　　設she計ji小xiao組zu遇yu到dao的de挑tiao戰zhan包bao括kuo，通tong過guo建jian立li一yi種zhong模mo塊kuai化hua設she計ji來lai顯xian著zhu減jian少shao製zhi造zao成cheng本ben和he提ti前qian期qi
，該gai模mo塊kuai化hua設she計ji的de主zhu要yao零ling件jian和he子zi組zu合he件jian應ying該gai能neng簡jian化hua製zhi造zao過guo程cheng。重zhong點dian在zai於yu取qu消xiao勞lao動dong密mi集ji的de步bu驟zhou，采cai購gou預yu
　　先測試的零件

，並從成本較低的國家購買材料。為了實現這一目標，多達80％的材料從中國和遠東采購。
　　4 AW600 分析儀的高級通信與診斷功能使工廠操作員獲得了對儀器的高度控製以及資產管理能力

 

　　5 AW600 采用了 ABB 儀器儀表部的清晰而獨特的高級 HMI 顯示頁麵
　　 

　　6 借助圖形顯示功能
，可以同時監測多個流程，並查看曆史數據
　　 
　　一項主要的設計目標是盡量利用ABB公共部件項目所提供的部件。高級HMI、公共軟件框架和公共現場總線裝置都是公共部件項目的成果。AW600電子外殼也是作為一種公共部件開發的，它將用於未來的ABB儀器儀表產品。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）也都將用於未來的分析產品，從而顯著節省研發投資。
　　
　　主要特點
　　AW600的一項重要使命是為客戶提供超越基本分析儀器的更高價值。這種增值是通過建立強大的圖形用戶界麵（GUI） 5 -ABB的高級HMI公共部件來實現的。
　　
　　GUI基於最新發布的SM500F圖形記錄儀硬件。應用固件經過特殊編寫，使用戶能夠更加全麵地審視所需的測量、儀器的狀態、以及有關流程或應用的語境內信息。例如，用戶可以監測多達6個流程，並查看圖形趨勢或圖表數據形式的曆史數據和儀器事件 6 。AW600的用戶還可通過幾個可選的安全等級，把數據保存在安全數字（SD）卡中，便於以後查看與報告。SM500F模塊的另一項優點是能夠在平台上添加產品改進、新功能及其他被測量2）時，更新儀器固件。
　　
　　AW600內的一組內部診斷傳感器可實時監測儀器的狀態。基於試劑和標準溶液液位的信息（如所剩的測量時間）可ke以yi得de到dao評ping估gu，並bing預yu設she報bao警jing來lai提ti示shi用yong戶hu何he時shi需xu要yao補bu充chong消xiao耗hao品pin。內nei部bu流liu量liang及ji液ye位wei傳chuan感gan器qi監jian測ce泵beng的de效xiao率lv，並bing在zai需xu要yao采cai取qu預yu防fang性xing維wei護hu時shi通tong知zhi用yong戶hu，從cong而er避bi免mian發fa生sheng故gu障zhang。可ke以yi設she置zhi定ding期qi自zi動dong校xiao驗yan和he補bu償chang校xiao正zheng，保bao證zheng隨sui時shi都dou可ke進jin行xing可ke靠kao的de測ce量liang。
　　
　　通信
　　AW600分析儀采用了最新的通信功能。PROFIBUS DP-V13）實現了與ABB最新的分布式控製係統800xA的循環總線連接。其他高級通信則通過電子郵件信息及互聯網連接（通過以太網模塊）來實現。有關的PC軟件應用使用戶可以用台式PC或筆記本電腦（通過移動技術）實時查詢AW600。借助用GSM模塊提供的SMS文字信息服務，用戶可以在手機上接收更新和狀態信息。未來的調整措施使用戶可以用移動計算裝置（如PDA或Pocket PC）的無線功能來操作並設置AW600。
　　
　　AW600儀器平台
　　二氧化矽與磷酸鹽分析儀僅僅是新型AW600平台中首先推出的兩種新產品。未來，基於AW600的水質分析儀還將包括麵向飲用水和廢水的多種應用。它們的目標是發電、城市用水和過程能夠工業等核心市場。
　　
　　Eric D’Costa
　　ABB分析儀器
　　英國Stonehouse
　　eric.dcosta@gb.abb.com
　　
　　參考文獻
　　[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）廢棄電氣與電子設備（WEEE）規定鼓勵重新使用、回收與再生，以改善電氣
、電子設備生命周期所涉及的所有使用者的環境影響。有害物質限製（RoHS）要求自2006年7月起
，在新上市的電氣、電子設備中，淘汰重金屬（鉛、汞、鎘與六價鉻）與溴化阻燃劑。
　　2）被測量是所測的物理或電氣量
、性質或條件。術語“被測量”優於“所測主要參數”。
　　3）90％的PROFIBUS從動應用是PROFIBUS分散式周邊（DP）協議，具有三種按功能分級的版本：DP-V0
、DP-V1 及 DP-V2。PROFIBUS DP-V1包含旨在實現流程自動化（特別是參數分配、操作、可視化與智能現場裝置中斷控製的非循環數據通信，以及循環用戶數據通信）的改進。
　　
　　
　　注：本文曾發表在電力設備雜誌