基于T-S模糊故障树的电厂烟气脱硫设备腐蚀失效检测.pdf

基于 T-S 模糊故障树的电厂烟气脱硫设备腐蚀失效检测冉初萌，唐亚，殷浩然，校杰（国家能源集团泰州发电有限公司，江苏泰州 225327）我国电厂发电大多使用煤炭等燃料实现发电。随着用电需求的不断变大，我国电厂数量也大幅增加，给社会经济发展带来了积极影响，但同时也对生态环境造成了严重污染。为此，我国出台了相关政策与法律法规，规定老燃煤机组应安装烟气脱硫设备1。现阶段，我国电厂主要应用干式、半干式、湿式脱硫等方法对烟气进行脱硫处理。其中湿式脱硫相较于其他方法，具有使用方便、用途广泛、处理过程稳定等优点，在实际生产中实现了广泛应用。湿式脱硫法多采用石灰石-石膏湿法脱硫技术，在使用过程中会使烟气湿度变大，产生腐蚀性强的酸液，导致烟气脱硫设备受到强烈腐蚀，影响设备的正常运行，严重时可能会导致设备失效2。为此，相关研究人员对设备腐蚀失效检测问题展开了深入研究。石仁强等3运用金相检验与 SEM 图像对双向不锈钢浆液换热器腐蚀失效原因进行分析，发现换热板设计不当与运行时的震动是造成设备腐蚀的主要原因，并对该设备实施了改进。余仁强等4针对高铬铸铁材质的循环泵叶轮磨蚀问题，使用微观形貌观察和失重法进行了研究，得出不同转数对设备磨蚀的影响，发现腐蚀与磨损交互作用是影响设备磨蚀的主要因素。由于设备运行受到多方面的影响，以上方法具有单一性，不能有效检测设备的腐蚀失效情况。故障树的本质是特殊倒立树状因果关系图，使用事件、逻辑门与转移符号表示每个事件间的关联，已经被广泛应用在设备故障检测中5。但是，传统的故障树不能表达事件故障程度，也不能明确各事件间的深入关联性以及故障事件发生概率，会对故障检测的精度造成一定的影响。为此，提出了一种 T-S 模糊故障树，用于改进传统故障树存在的不足。T-S 模糊故障树可以通过分析不确定腐蚀失效事件间的关联和概率，使用模糊数描述故障程度与概率，使用 T-S 模糊门替代原有模糊数逻辑门6，以此提升腐蚀失效检测的精度。因此，本文运用 T-S 模糊故障树对某电厂的烟气脱硫设备进行腐蚀失效检测，以保障设备安全生产与平稳运行，现介绍如下。摘要针对电厂烟气脱硫设备易发生腐蚀失效的问题，设计了基于 T-S 模糊故障树的电厂烟气脱硫设备腐蚀失效检测方法。利用石灰石-石膏湿法脱硫技术搭建电厂烟气脱硫设备模型，根据该模型搭建用于腐蚀失效检测的 T-S 模糊故障树模型，将腐蚀失效设为顶事件，腐蚀穿孔、腐蚀变形、腐蚀开裂与腐蚀生锈设为次要顶事件，内腐蚀、外腐蚀、拉应力过大与特定介质腐蚀设为底事件。通过分析不同事件的模糊数及事件描述，获取模糊可能性取值，以此判断腐蚀失效等级，完成电厂烟气脱硫设备腐蚀失效检测。实验结果表明：采用该方法可有效检测烟气脱硫设备的腐蚀失效等级，检测正确率在 91%以上，精度高。关键词T-S 模糊故障树；烟气脱硫设备；腐蚀失效；模糊可能性；底事件；顶事件文章编号：1005-9598(2023)-04-0150-04中图分类号：TM621文献标识码：A收稿日期：2023-04-17第一作者：冉初萌（1982），男，汉族，河北保定人，高级工程师，硕士，2006 年本科毕业于华北电力大学自动化专业，现从事电厂设备检修工作，E-mail：。DOI：10.19889/ki.10059598.2023.04.035引用格式：冉初萌，唐亚，殷浩然，等.基于 T-S 模糊故障树的电厂烟气脱硫设备腐蚀失效检测J.煤化工，2023，51（4）：150-153，178.第 51 卷第 4 期2023 年 8 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.4Aug.2023第 51 卷第 4 期1电厂烟气脱硫设备的腐蚀失效检测1.1电厂烟气脱硫设备模型使用石灰石-石膏湿法脱硫技术搭建的电厂烟气脱硫设备模型示意图如图 1 所示。运行时利用引风机中的增压机将烟气增压后送入换热器，由换热器将烟气温度降至 85，并将其输送至脱硫塔的喷淋层，然后通过烟气入口注入到石灰石液体中，利用石灰石液体将烟气冷却至饱和温度，并与烟气中的 SO2进行化学反应生成亚硫酸钙。混合亚硫酸钙的液体流动至氧化槽，经氧化生成硫酸钙。这样，SO2就被有效去除。残余的石灰石液体再经过氧化气管进入循环泵进行二次过滤，不断生成的脱硫烟气上升至除雾器进行去雾，最后通过烟气出口排出。脱硫设备中的零件在长时间使用过程中会出现不同程度的腐蚀，原因是烟气中的酸性气体随烟气注入至石灰石液体时会生成酸液，同时烟气中的颗粒也会不断冲刷烟道，这些都会对设备中的金属零件造成腐蚀7。烟气经氧化槽氧化后，烟气湿度大大增加，烟气中残留的酸性气体溶于水变成强酸液体，这些液体通过循环泵在设备内不断循环，对设备内部零件、内壁及设备钢架造成强烈腐蚀。1.2基于 T-S 模糊故障树的腐蚀失效检测1.2.1T-S 模糊故障树的构建本文用模糊数描述腐蚀失效概率和腐蚀失效程度，使用 T-S 门替代传统门，创建用于烟气脱硫设备腐蚀失效检测的 T-S 模糊故障树模型。该模型包括T-S 模糊门和导致烟气脱硫设备腐蚀失效的基本事件（x=x1,x2,xn）。上一层事件的模糊数由下一层事件的模糊数经过 T-S 门算法得出。烟气脱硫设备腐蚀失效检测的 T-S 模糊故障树模型结构示意图如图 2所示。在烟气脱硫设备中，腐蚀的直接影响是导致设备失效，而造成设备腐蚀失效的主要原因是腐蚀变形、腐蚀穿孔、腐蚀开裂与腐蚀生锈。通常情况下，导致腐蚀穿孔的主要原因是设备的内外腐蚀，导致腐蚀开裂的主要原因是拉应力过大与特定介质腐蚀。故将腐蚀失效设置成顶事件8；将腐蚀穿孔、腐蚀变形、腐蚀开裂与腐蚀生锈设置成次要顶事件；将内腐蚀、外腐蚀、拉应力过大与特定介质腐蚀设置成底事件，并从底事件由下至上进行分析。1.2.2模糊数及事件描述电厂烟气脱硫设备运行受到多个环境因素的影响，导致腐蚀事件发生的概率不确定，此时需要使用模糊数描述烟气脱硫设备发生腐蚀失效的程度。将腐蚀失效程度的模糊数区间设置为0,1，其中 0、0.5、1 分别对应的腐蚀失效程度为无、轻度、重度。由于梯形隶属函数具有构造简单、直观性的优点，所以腐蚀失效程度模糊数的隶属函数使用梯形隶属函数 滋(D)表示。1.2.3基于 T-S 模糊算法的腐蚀失效检测T-S 模糊算法可表示故障树顶事件与底事件之间的关联，由下至上顺序可推导出顶事件腐蚀失效程度的模糊可能性9，以此实现设备腐蚀失效检测。已知 T-S 模糊门的规则为 l(l=1,2,m)，那么T-S 模糊故障树的输出 M 可表示为式（1）：M=移l=1m啄l*(z)滋(D)Ml（1）式中：z=z1,z2,z籽T，表示前件变量；Ml表示规则 l 下的故障树输出；啄l*(z)表示一般规则的执行函数。假设底事件 x1,x2,xn的模糊数表示为(x11，x12,，x1k1)，(xn1，xn2,，knxn)和(y1，y2，yky)。若 x1为x1i1，x2为x2i2，xn为xnin，那么 M 为 y1的可能性为 E(y1)，y2的可能性为 E(y2)，yky的可能性为 E(yky)。其中，i1=1，2，k1；i2=1，2，k2；in=1，2，kn。当 x=(x1,x2,xn)时，假设已知底事件为腐蚀失增压机引风机喷嘴喷淋层烟气入口换热器石灰石液体氧化槽除雾器循环泵氧化气管烟气出口图 1电厂烟气脱硫设备模型示意图腐蚀失效门 3腐蚀穿孔腐蚀变形腐蚀生锈腐蚀开裂门 1门 2内腐蚀外腐蚀拉应力过大特定介质腐蚀图 2烟气脱硫设备腐蚀失效检测的 T-S 模糊故障树模型结构示意图烟气冉初萌等：基于 T-S 模糊故障树的电厂烟气脱硫设备腐蚀失效检测151-2023 年煤 化 工表 5每个底事件的腐蚀失效程度底事件腐蚀变形内腐蚀外腐蚀拉应力过大特定介质腐蚀腐蚀生锈腐蚀失效程度数值0.090.110.090.120.070.20效事件的可能性为 x忆=(x1忆,x2忆,xn忆)，那么通过 T-S模型可估计出上级事件腐蚀失效程度的模糊可能性，见式（2）：E(y1)=移l=1m啄l*(xn忆)El(y1)E(y2)=移l=1m啄l*(xn忆)El(y2)E(yky)=移l=1m啄l*(xn忆)El(yky)扇墒设设设设设设设设设缮设设设设设设设设设（2）式中：啄l*(xn忆)表示第 l 条规则中 xn忆对相应模糊集的隶属度。假设底事件为腐蚀失效事件的模糊可能性表示为 E(x1i1)(i1=1，2，k1)，E(inxn)(in=1，2，kn)，那么规则 l 序列为E0l=E(x1i1)，E(x2i2)，E(inxn)。那么上级事件为腐蚀失效事件的模糊可能性可表示成式（3）：E(y1)=移l=1mE0lEl(y1)E(y2)=移l=1mE0lEl(y2)E(yky)=移l=1mE0lEl(yky)扇墒设设设设设设设设设缮设设设设设设设设设（3）依据上述原理，计算顶事件为腐蚀失效事件的模糊可能性 E(y)，并以此划分设备腐蚀失效等级，结果如表 1 所示。2实验设置腐蚀变形为 x1、内腐蚀为 x2、外腐蚀为 x3、拉应力过大为 x4、特定介质腐蚀为 x5、腐蚀生锈为 x6、腐蚀穿孔为 y1、腐蚀开裂为 y2、腐蚀失效为 y3。通常情况下，y1、y2、y3的腐蚀失效程度为 0、0.5、1，梯形隶属度函数值设置为 sl=sr=0.1、dr=dl=0.2。结合本文方法可得到模糊门 1、2、3，分别见表 2、3、4。该电厂烟气脱硫设备腐蚀失效的每个底事件的腐蚀失效程度数值见表 5。结合表 1表 5 即可求出顶事件腐蚀失效的模糊可能性。在模糊数区间为0,0.5,1时，根据内、外腐蚀的腐蚀失效程度，得出腐蚀穿孔的模糊可能性数值表 1腐蚀失效等级腐蚀失效等级无腐蚀轻度腐蚀中度腐蚀重度腐蚀模糊可能性区间0E(y)0.250.25E(y)0.500.50E(y)0.750.75E(y)1表 2T-S 模糊门 1序号123456789x20000.50.51111x30010.500.5110.50000.50.20.40.5000.30.50.40.30.2000.10.20.5010.20.310.5110.710.9y1表 3T-S 模糊门 2序号123456789x400.50.50100.501x50100.500101010.30.510.200.4000.500.30.40.20.50000100.510.20.40.6111y2表 4T-S 模糊门 3序号1234567854x1000000000y20010.5100.50.5000.20100.20.10.2000.50.3000.40.10.2000100.40.10.3000.100.5y3y1000000000 x600110.50.5001152-第 51 卷第 4 期为 0.943、0.034、0.02；根据拉应力过大、特定介质腐蚀的腐蚀失效程度，得出腐蚀开裂的模糊可能性数值为 0.91、0.03、0.03。再将腐蚀穿孔、腐蚀开裂、腐蚀变形与腐蚀生锈的模糊可能性数值视作隶属度，得出腐蚀失效的模糊可能性为 0.61、0.11、0.25。依据本文方法得出在此区间范围出现的最大腐蚀等级为“中度腐蚀失效”。根据表 2表 4，结合本文方法剖析底事件影响顶事件的重要程度，假设所有底事件的腐蚀失效状态均为 0.2，通过分别改变每个底事件腐蚀失效状态来研究其对顶事件的影响。假设腐蚀失效程度为1,0，得出每个底事件对顶事件影响的腐蚀失效概率变化情况，见图 3。从图 3 可以看出：整体顶事件腐蚀失效概率随底事件腐蚀失效概率的增大而减小，且每个底事件腐蚀失效概率对顶事件腐蚀失效概率的影响也不同。利用本文方法可得出底事件腐蚀失效概率对顶事件腐蚀失效概率的影响，按重要度由大到小依次为内腐蚀、腐蚀生锈、外腐蚀、特定介质腐蚀、拉应力过大、腐蚀变形。由此可见，造成烟气脱硫设备腐蚀失效的主要因素是内腐蚀，其次是腐蚀生锈和外腐蚀。将内腐蚀、腐蚀生锈和外腐蚀等所导致的电厂烟气脱硫设备腐蚀失效进行检测，检测正确率比较结果见图 4。从图 4 可以看出：采用本文方法对内腐蚀、腐蚀生锈和外腐蚀等所导致的电厂烟气脱硫设备腐蚀失效进行检测后，检测正确率在 91%以上，说明采用该方法对电厂烟气脱硫设备腐蚀失效的检测精度高。3结语本文利用 T-S 模糊故障树对某电厂烟气脱硫设备腐蚀失效进行检测，结合底事件及顶事件是腐蚀失效的模糊可能性，判断电厂烟气脱硫设备是否处于腐蚀失效状态，以此实现电厂烟气脱硫设备腐蚀失效检测。T-S 模糊故障树改进了原有故障树使用时需要大量精确事件数据的问题，使得检测结果更加精确且贴合实际，此法对电厂烟气脱硫设备腐蚀失效检测具有一定的应用参考价值。参考文献：1 刘希武，崔守业，许兰飞.催化裂化烟气脱硫脱硝装置的腐蚀问题及对策 J.腐蚀科学与防护技术，2019，31（3）：360-364.2 李兴利，杨小兵，王勇强，等.钛及钛合金在燃煤电站湿法脱硫后烟气条件下的腐蚀速率初探J.武汉大学学报(工学版)，2020，53（S1）：265-268.3石仁强，王舒涛，杨超，等.烟气脱白系统 2205 双相不锈钢部件腐蚀失效分析J.机械设计，2020，37（S2）：86-89.4 余仁强，何建军，李微，等.火电厂循环泵叶轮材料Cr30A 在脱硫浆液腐蚀环境中的交互损伤失效行为研究J.中国腐蚀与防护学报，2019，39（4）：353-358.5 刘勇，罗德林，石翠，等.基于 T-S 模糊故障树的多态导航系统性能可靠性J.北京航空航天大学学报，2021，47（2）：240-246.6 李翠玉，孙信民，蒋旭，等.基于 T-S 模糊故障树的家用空调可靠性分析 J.机械设计，2021，38（2）：120-126.7 刘志民.催化裂化装置烟气脱硫脱硝塔材料的耐腐蚀性研究J.石油化工腐蚀与防护，2021，38（3）：10-13，40.8 白斌，张俊一，周策，等.基于 T-S 模糊故障树的工业机器人可靠性分析J.机械强度，2021，43（6）：1348-1358.9 郭春阳，曹玉华，张立，等.T-S 模糊算法 PID 控制在制冷系统中的应用J.实验室研究与探索，2022，41（1）：47-52.（下转第 178 页）1.00.90.80.70.60.50.40.30.20.40.60.8 1.00底事件腐蚀失效概率吟吟吟吟吟吟吟吟吟 吟银银银银银银银银银银荫荫荫荫荫荫荫荫荫荫姻姻姻姻姻姻姻姻姻姻姻阴阴阴阴阴阴阴阴阴阴翌翌翌翌翌翌翌翌翌翌吟腐蚀变形银内腐蚀荫外腐蚀姻拉应力过大阴特定介质腐蚀翌腐蚀生锈图 3底事件腐蚀失效概率对顶事件腐蚀失效概率的影响10095908580101000实验次数/次吟吟荫荫姻姻翌翌吟腐蚀变形 内腐蚀荫外腐蚀姻拉应力过大 特定介质腐蚀翌腐蚀生锈图 4检测正确率比较吟吟吟吟吟吟吟吟荫荫荫荫荫荫荫姻姻姻姻姻姻姻翌翌翌翌翌翌翌20 30 40 50 60 70 80 90荫冉初萌等：基于 T-S 模糊故障树的电厂烟气脱硫设备腐蚀失效检测153-2023 年煤 化 工Rectifying and strengthening technology of fly ash backfilling the building foundationZhao Yanfang,Xiong Qi(Ankang Vocational and Technical College,Ankang Shaanxi 725000,China)AbstractIn response to the problem of a building with an inclination rate exceeding 5%,a model of the building wasconstructed using FLAC3D finite element software.The rectifying and strengthening technology was carried out.The simulationresults showed that after using the rectifying and strengthening technology,the settlement and displacement of the building wereimproved.After 56 days,the inclination rate of the building was less than 3%,which met the requirements of relevant standards.Under the influence of large confining pressure,the static pressure pile was less prone to deformation,and the longer the curingtime of the pile,the better the reinforcement effect.It indicated that the technology of rectifying and strengthening by fly ashbackfilling thebuilding foundation could improve theproblemof building inclination and enhance the building stability.Key wordsfly ash;backfilling the foundation;building;inclination rate;rectifying and strengthening;simulation（上接第 149 页）Corrosion failure detection of flue gas desulfurization equipment inpower plant based on T-S fuzzy fault treeRan Chumeng,Tang Ya,Yin Haoran,Xiao Jie(CHN Energy Taizhou Power Generation Co.,Ltd.,Taizhou Jiangsu 225327,China)AbstractIn view of the issue of corrosion failure of flue gas desulfurization equipment in the power plant,a corrosionfailure detection method for flue gas desulfurization equipment in power plant based on T-S fuzzy fault tree was designed.Thelimestone-gypsum wet desulfurization technology was used to build the flue gas desulfurization equipment model.The T-Sfuzzy fault tree model for the corrosion failure detection was built based on this model.Corrosion failure was set as the top event,the corrosion perforation,corrosion deformation,corrosion cracking and corrosion rust were set as the secondary top event,andthe internal corrosion,external corrosion,excessive tensile stress and specific medium corrosion were set as the bottom event.Byanalyzing the fuzzy number and event description of different events,the fuzzy possibility value was obtained to judge thecorrosion failure level and complete the corrosion failure detection of flue gas desulfurization equipment in power plant.Theexperimental results showed that this method could effectively detect the corrosion failure level of flue gas desulfurizationequipment,and the detection accuracy wasabove 91%,with higherdetection accuracyand good application effect.Key wordsT-S fuzzy fault tree;flue gas desulfurization equipment;corrosion failure;fuzzy possibility;bottom event;top event（上接第 153 页）煤化工项目动态荫2023 年 8 月 18 日，新疆能化与新疆准东经济技术开发区签订 80 万 t/a 煤制烯烃项目暨煤化一体项目合作协议书。荫2023 年 8 月 20 日21 日，内蒙古卓正煤化工有限公司甲醇醋酸延链优化深加工与综合利用生产高端化学品及新材料项目（含年产 120 万 t 煤制甲醇调整变更为年产 100 万 t 甲醇项目）可行性研究报告通过中咨公司评审团队评审，将进入报批实施阶段。荫近日，中化学赛鼎焦化公司设计承建的内蒙古广聚新材料有限公司焦炉单炭化室压力调节系统调试成功并投入使用。该系统相较于目前其他系统，从技术层面有效提高了调节精准度和灵敏度。荫2023 年 8 月 25 日，碳鑫科技甲醇综合利用项目 35 kV 变电所一次受电成功，标志着全球单套规模最大的乙醇装置进入试车阶段。（全国煤化工信息总站编辑整理）178-