• 關(guān)鍵詞：電機(jī),流量計(jì),工控,步進(jìn)電機(jī)
• 作者：Eric D’Costa

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)一步開采地球上有限的自然資源。為了滿足飆升的能源需求，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)電廠中的污染物并減少腐蝕。

發(fā)電廠水質(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[4]：

1 汽輪葉片上的二氧化硅沉積

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

3 AW600 二氧化硅分析儀

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。在同類型的水質(zhì)分析儀中，它的購(gòu)買和維護(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?？蛻魧⒌玫揭环N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)（工廠與儀器），并滿足當(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，客戶可以僅在必要的時(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得用戶可顯著受益，特別是在與同類分析儀相比時(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)開發(fā)定制的解決方案。例如，在圖像用戶界面、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操作員獲得了對(duì)儀器的高度控制以及資產(chǎn)管理能力

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

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)

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。

主要特點(diǎn)
AW600的一項(xiàng)重要使命是為客戶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，使用戶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，從而避免發(fā)生故障?？梢栽O(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AW600。借助用GSM模塊提供的SMS文字信息服務(wù)，用戶可以在手機(jī)上接收更新和狀態(tài)信息。未來(lái)的調(diào)整措施使用戶可以用移動(dòng)計(jì)算裝置（如PDA或Pocket PC）的無(wú)線功能來(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)
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