CN102444885A - 避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电站锅炉技术领域的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，步骤如下：选择管组中具有代表性的管子装设炉外壁温测量采集点；从电厂实时数据库中读取数据，保存到本地服务器的关系型数据库中；对电站锅炉过热器和再热器管系管内氧化皮生成实时动态计算；从计算结果中分离出超过管壁金属应力强度超温值部位的金属管段的数据存入超温汇总数据库；根据计算出内壁工质边界层温度、金属内壁氧化加剧温度裕量和管内氧化皮实时生成实时生成厚度，按照排序自动生成直观的分布图表。本发明能够准确给出电站锅炉爆管预警和采取预置措施，避免电站锅炉爆管给企业、给国家造成的巨大的直接经济损失。

Description

避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法

技术领域

本发明涉及的是一种电站锅炉技术领域的方法，具体是一种避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法。

背景技术

近年来，我国发电行业的高速发展，超临界和超超临界发电机组大量投运，锅炉等级、温度、压力等参数随着提升。目前金属材料已经用到了最高耐温等级，相应的材料应力超温裕量越来越小，运行中多项因素都会引起超温现象，还引发了由于材料超温造成的管内氧化皮的生成过快并脱落引起堵塞爆管等问题。锅炉爆管事故不但会造成上千万元的直接经济损失，导致管组寿命大幅度减小，而且还存在连续爆管的隐患。为了消除电站锅炉过热器和再热器管系在运行中因管壁超温引起的爆管，以及延缓管内氧化皮生成速度和脱落可控以及延长管系的使用寿命，更好地实现电站锅炉炉内的状态检修，急需提出一种电站锅炉过热器和再热器管系内氧化皮减缓生成和脱落可控的方法，对电站锅炉过热器和再热器管系的实时在线运行情况、动态壁温、金属应力强度超温范围、管内氧化皮生成情况进行实时监测。其经济利益、节能减排及运行可靠性要求突出而且迫切，与我国12.5规划中国家能源建设密切相关。

经对现有的技术文献检索发现：

①专利申请名称：电站锅炉末级过热器和末级再热器智能壁温管理方法，专利申请号：201010174298.X，专利公开号：CN101832543A，该技术自述：管理方法的步骤为：

步骤1、将网页服务器分别与用户端浏览器、数据库服务器和计算服务器连接，数据库服务器和计算服务器连接，数据库服务器通过厂级监控信息系统与电厂DCS系统或者MIS系统及在线测点连接；

步骤2、读取厂级监控信息系统数据库中锅炉末级过热器和末级再热器在线监测数据，并保存到本地关系型数据库中；

步骤3、根据读取到的在线监测数据计算炉内各计算点的蒸汽温度及管壁温度；

步骤4、统计末级过热器和末级再热器各屏各管各计算点历史温度数据分布范围及各计算点的超温运行时间；

步骤5、实时显示计算结果。

该专利的不足之处是：(1)如该项专利申请的主题所述，其只对电站锅炉末级过热器和末级再热器两个管组进行智能壁温管理，而大容量锅炉的过热器再熟器管系共有6个管组，即一级过热器(或称低温过热器)、二级过热器(或称分隔屏过热器)、三级过热器(即后屏过热器)、四级过热器(即末级过热器)、低温再热器和高温再热器。在锅炉实际运行中约有30～40％的超温爆管发生在一级过热器和二级过熟器，该专利方法没有涉及解决一级过热器和二级过热器两个管组的超温爆管问题；(2)该专利方法中的步骤1和步骤2中，并没有对取得监测数据的测量采集点的选择及其布局这个关系测量值精度和可靠性问题提出技术方案和措施，因此所有炉内计算点(监测点)的汽温和壁温的计算就缺乏依据和难以符合锅炉实际运行工况，如果测量采集点没有选择在温度最高的管子上，或者测量值的准确性不高，监测点的炉内汽温和壁温的计算就严重影响其整个技术方案的技术效果；(3)该技术方法中的步骤3.各计算点的蒸汽温度和管壁温度的计算模型同样存在缺乏建模依据和不符合锅炉实际运行工况的情况，如：缺少计算点烟气上游前管屏烟室的辐射(前前辐射)、屏中辐射和屏后辐射对计算点的辐射热量，还缺少各排管子计算点对流吸热量、屏间辐射吸热量和屏前辐射吸热量的偏差。综上所述，该专利并不能实现整个电站锅炉管系的壁温快速在线实时计算和在线监视与控制，也无法实现电站锅炉在服役期内安全运行，以及延长锅炉使用寿命。由于缺乏建模依据和精度和可靠性都存在问题，对于其特指的末级过热器和末级再热器也难以获得积极的技术效果。

②专利申请名称：一种检测锅炉弯管内氧化皮堆积量的方法，专利申请号：200910226739.

3，专利公开号：CN 101782420，该技术自述：包括下述步骤：(1)现场择取样品；(2)模拟现场，在样管一端加入氧化皮；(3)磁化处理；(4)测出剩磁磁场强度值；(5)递加氧化皮；(6)重复步骤(3)、步骤(4)；(7)重复步骤(5)、步骤(6)；(8)建立关系曲线图；(9)现场检测，磁化处理；(10)测出剩磁磁场强度值B；(11)使用关系曲线图对照被检测弯管，查出现场被检测的锅炉弯管内的氧化皮堆积量。

首先，该技术的应用范围很有限，其仅对已经生成的管内氧化皮堆积量进行检测，而没有技术措施减缓氧化皮生成的功能。其次，该技术无法实现在线动态监测。第三，该技术无法对马氏体钢管进行检测。

③专利申请名称：超临界锅炉高温管内氧化皮堵塞在线预警装置及预警方法，专利申请号：201010522422.7，专利公开号：CN 102052662A，该技术自述：包括依次信号连接的温度传感器、数据采集器、数据分析系统、预警控制器和报警设备，所述温度传感器分布在锅炉出口集箱附近的各个高温管道上。由于超临界锅炉管壁温度与管内氧化皮堵塞存在强烈的耦合关系，当管道的温度偏差大于预先设定值δ1和壁温变化率大于预先设定值δ2时，即可以预测该管道发生氧化皮堵塞，从而发出堵塞预警信号。该预警装置还可以显示超临界锅炉不同高温管屏管壁温度及其变化率的实时数据、历史数据，同时兼有超温报警、趋势报警的功能。

该技术利用这些测点所测量的温度与管内氧化皮堵塞作藕合关系来监测氧化皮堵塞的方法效率是不高的。因为(1)电站锅炉中一个管组具有上千甚至几千根管子，不可能每根管子上装设测点。如果没有正确选择这些测点的布置位置和安装方法，这些测点的代表性就不高，正好测到温度最高的氧化皮堵塞管子的概率是很低的。(2)没有对一个管组中所有管子炉内各计算管段的汽温和壁温进行全覆改的准确计算，不可能监测到各根管子内壁氧化皮生成的速率和厚度。

④专利申请名称：一种超临界锅炉高温受热面管内氧化皮探测仪及探测方法，专利申请号：201010019498.8，专利公开号：CN 101750011A，该技术自述：探测方法是通过测量探头和基准探头分别把来自受检管的待测部位和无氧化皮部位的磁信号转化为电压信号，该两个电压信号经放大电路放大后通过减法器获得差值电压信号，由A/D转换器将差值电压信号转化为数字信号，该数字信号由单片机处理后送到显示器显示。

该技术的应用范围很有限，其仅对停运的锅炉上对管内氧化皮作出量化的探测，并没有对运行中锅炉的管内氧化皮进行监测。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足和缺陷，提出一种避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法。本发明实现了过热器和再热器管系超温状态和管内氧化皮生成实时动态计算监测，实现了电站锅炉过热器和再热器管系的安全、经济运行，并为锅炉的状态检修提供了直接的数据支持。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括以下步骤：

步骤1、通过预计算，得出管组中具有代表性的炉内壁温裕量最小的管子装设炉外壁温测量采集点；

步骤2、从电厂实时数据库中读取锅炉实时运行、炉外壁温等计算中需要的数据，保存到本地服务器的关系型数据库中；

步骤3、根据实时运行和炉外金属壁温的实时数据，对电站锅炉过热器和再热器管系炉内所有管子工质温度和金属壁温，以及应力强度超温值生成实时动态计算；

步骤4、根据实时运行和炉外金属壁温的实时数据，对电站锅炉过热器和再热器管系管内氧化皮生成厚度实时动态计算；

步骤5、分离出超过管壁金属应力强度超温值部位的金属管段的数据存入超温汇总数据库；

步骤6、分离出炉内各监测点的金属内壁氧化加剧温度裕量和管内氧化皮实时生成厚度数据存入氧化汇总数据库；

步骤7、显示各监测管段的超温氧化频次、超温氧化加剧温度裕量、超温氧化时间、管内氧化皮厚度的分布情况。

其中：

步骤1所述的预计算，就是在锅炉设计阶段预先计算沿锅炉宽度吸热量最大的偏差屏中所有管子各管段管壁金属应力强度壁温裕量，用以找出管屏中容易超温爆管的最危险的管子；

通过步骤1所述的预计算得出测量采集点，是指对壁温裕量从小到大进行排序，通过所述的预计算得出测量采集点，是指对壁温裕量从小到大进行排序，确定沿同片各管及沿锅炉宽度需要监测的取裕量最小的前100位壁温裕量最小的管子。

在所述的前100位壁温裕量最小的管子中，取占管屏中管子总数的5～20％的管子作为装设沿同屏各管及沿锅炉宽度炉外壁温测量采集点的布置方案。

计算所述的壁温裕量，包括以下步骤：

a、计算管段的对流热量平均值Q_d：

计算管段的对流热量平均值为：Q_d＝ξ_dKhα_dH_d(θ-t₃)                 (1)

式中：ξ_d为对流传热偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，α_d为对流放热系数，H_d为对流受热面积，θ为烟气温度，t₃为管子积灰表面温度。

根据计算管段在管屏中所处的位置，由烟气对各排管子的对流传热偏差，计算得到管段的对流传热偏差系数ξ_d。

b、计算屏间辐射热量平均值Q_p

屏间辐射热量平均值为：Q_p＝ξ_pKhσ₀a_xia_pH_p[(θ_p+273)⁴-(t₃+273)⁴]    (2)

式中：ξ_p为屏间辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_p为屏间烟室黑度，H_p为屏间辐射面积，θ_p为屏间烟气温度，t₃为管子积灰表面温度。

根据计算管段在管屏中所处的位置(中间管，首排管，紧贴在一片屏侧面的管子，两边节距不等管子)，由屏间烟气对各种类型管子的屏间辐射角系数，计算得到各管段的屏间辐射偏差系数ξ_p。

c、计算屏前辐射热量平均值Q_q

屏前辐射热量平均值为：Q_q＝ξ_qKhσ₀a_xia_qH_q[(θ_q+273)⁴-(t₃+273)⁴]    (3)

式中：ξ_q为屏前辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_q为屏前烟室黑度，H_q为屏前辐射面积，θ_q为屏前烟气温度，t₃为管子积灰表面温度。

根据计算管段在管屏中垂直于屏前辐射所处的位置(第1、2、3……排)，由屏前烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到各管段的屏前辐射偏差系数ξ_q。

d、计算屏前前烟室辐射热量平均值Q_qq

屏前前辐射热量平均值为：Q_qq＝ξ_qqKhσ₀a_xia_qq(1-xgp)(1-aq)H_qq[(θ_qq+273)⁴-(t₃+273)⁴]                                                        (4)

式中：ξ_qq为屏前前辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_qq为屏前前烟室黑度，xgp为屏前烟室进口管排的角系数，a_q为屏前烟室黑度，H_qq为屏前前辐射面积，θ_qq为屏前前烟室的烟温，t₃为管子积灰表面温度。

根据计算管屏烟气上游高温管屏屏间烟室的辐射热量透过计算管屏的进口管排和屏前烟室，对计算管段的辐射角系数，计算得到各管段的前前辐射偏差系数ξ_qq。

e、计算屏中辐射热量平均值Q_z

屏中辐射热量平均值为：Q_z＝ξ_zKhσ₀a_xia_zH_z[(θ_z+273)⁴-(t₃+273)⁴]      (5)

式中：ξ_z为屏中辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_z为屏中烟室黑度，H_z为屏中辐射面积，θ_z为屏中烟气温度，t₃为管子积灰表面温度。

根据计算管段在管屏中垂直于屏中辐射所处的位置(第1、2、3……排)，由屏中烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到管段的屏中辐射偏差系数ξ_z。

f、计算屏后辐射热量平均值Q_h

屏后辐射热量平均值为：Q_h＝ξ_hKhσ₀a_xia_hH_h[(θ_h+273)⁴-(t₃+273)⁴]     (6)

式中：ξ_h为屏后辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_h为屏后烟室黑度，H_h为屏后辐射面积，θ_h为屏后烟气温度，t₃为管子积灰表面温度。

根据计算管段在管屏中垂直于屏后辐射所处的位置(第1、2、3……排)，由屏后烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到管段的屏后辐射偏差系数ξ_h。

g、计算屏下辐射热量平均值Q_x

屏下辐射热量平均值为：Q_x＝ξ_xKhσ₀a_xia_xH_x[(θ_x+273)⁴-(t₃+273)⁴]     (7)

式中：ξ_x为屏下辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_x为屏下烟室黑度，H_x为屏下辐射面积，θ_x为屏下烟气温度，t₃为管子积灰表面温度。

根据计算管段在管屏中垂直于屏下辐射所处的位置(第1、2、3……排)，由屏下烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到管段的屏下辐射偏差系数ξx。

h、计算管段的焓增Δia

Δia＝Kr^y(Q_d+Q_p+Q_q+Q_qq+Q_z+Q_h+Q_x)/ga                         (8)

式中：Kr^y为预计算所设定的宽度吸热偏差系数；Q_d为管段对流热量平均值；Q_p为管段屏间辐射热量平均值；Q_q为管段屏前辐射热量平均值；Q_qq为管段前前辐射热量平均值；Q_z为管段屏中辐射热量平均值；Q_h为管段屏后辐射热量平均值；Q_x为管段屏下辐射热量平均值；该7项热量的计算式与上述式(1)～式(7)相同。ga为计算管段的蒸汽流量。

i、计算管段的蒸汽焓i

i＝ij+∑Δii                                                (9)

式中：ij为计算管的进口蒸汽焓，取用设计值；∑Δii为从管子进口到计算点所有管段的蒸汽焓增计算值之和。

j、计算管段的工质温度t

根据蒸汽的焓温表，由i得出t。

k、计算管段外壁沿周界最大热负荷qm

qm＝ηQ_d/Hd+φ(Q_p/H_p+Qq/H_q+Q_qq/H_qq+Q_z/H_z+Q_h/H_h+Q_x/H_x)          (10)

式中：η为对流热负荷增大系数；Q_d为对流热量；H_d为对流受热面积；φ为辐射热负荷曝光系数；Q_p为屏间辐射热量；H_p为屏间辐射面积；Q_q为屏前辐射热量；H_q为屏前辐射面积；Q_qq为屏前前辐射热量；H_qq为屏前前辐射面积；Q_z为屏中辐射热量；H_z为屏中辐射面积；Q_h为屏后辐射热量；H_h为屏后辐射面积；Q_x为屏下辐射热量；H_x为屏下辐射面积。

1、计算管段的金属内壁温度tnb

$\mathrm{tnb}=t+\mathrm{\βqm}\left(\frac{\mathrm{\μn}}{\mathrm{\α}2}\right)---\left(11\right)$

式中：t为计算管段工质温度；β为管子外径与内径之比；μn为内壁热量均流系数；

α2为内壁与蒸汽之间的放热系数；qm为外壁沿周界最大热负荷；

m、计算管段的管壁温度(热阻均分点温度)tb

$\mathrm{tb}=t+\mathrm{\βqm}[\frac{\mathrm{\μn}}{\mathrm{\α}2}+\frac{\mathrm{\δ\μpj}}{\mathrm{\λ}(1+\mathrm{\β})}]---\left(12\right)$

式中：t为计算管段工质温度；β为管子外径与内径之比；qm为计算管段的外壁沿周界最大热负荷；μn为内壁热量均流系数；μpj为沿管壁厚度的平均热量均流系数；α2为内壁与蒸汽之间的放热系数。

o、计算监测点管子金属的允许温度tyx

tyx＝f(σdt)                                        (13)

式中：σdt为计算点管子的动态应力值。

p、计算监测点管子的管壁金属应力强度壁温裕量δt

δt＝tyx-tb                                         (14)

式中：tyx为计算监测点管子金属的允许温度；tb为管壁温度(热阻均分点温度)。

本发明在计算出炉内各屏各管的监测点管内所述的管内实时工质温度时，现有技术炉内各点汽温分段计算中，只计算对流、屏间辐射、屏前辐射和屏下辐射热量四种热量。本发明根据理论研究和实炉测量，增加了前前辐射热量Q_qq，屏中辐射热量Q_z和屏后辐射热量Q_h。因为随着电站锅炉容量的增大，其结构与以前亚临界锅炉有很大的不同。管屏的横向节距、屏中部的烟室空间和屏后烟室空间在尺度上都增大很多，因此处于计算管屏前(烟气上游)的高温管屏的屏间烟室，计算管屏的屏中烟室和屏后烟室对计算管屏的三种辐射热量是不能忽略的。这三项辐射热量(前前辐射热量Q_qq、屏中辐射热量Q_z和屏后辐射热量Q_h)应该在汽温分段计算中予以计算。在分段计算中增加了这三项热量，使管屏的外圈几根管子的计算温度升高，与实测值吻合，提高了计算的精度。

现有技术炉内各点汽温计算中，采用沿烟气流程各排管子的对流放热系数α_d为一个定值的方法来处理。而目前实际使用是，大容量电站锅炉过热器再热器各级管组都采用纵向密排的管屏，纵向节距比S2/d＝1.3～2。在这种管屏中，烟气在中间管排的管子之间不能有效冲刷，而烟气对首排管的前部和末排管的后部由于纵向没有相邻管子，所以冲刷比较充分。因此它们的α_d比中间管大。本发明根据烟气流经首排管和末排管时沿周界的流速变化，用积分方法计算出它们相对于中间管的对流放热偏差系数ξ_d，提高了计算的精度。

现有技术炉内各点汽温计算中，采用沿烟气流程各排管子的屏间辐射热负荷qp为一个定值的方法来处理。而目前实际使用是处于管屏中不同位置的管子(中间管、首排管、紧贴在一片屏侧面的管子、两边节距不等管子)屏间辐射热负荷qp相差很大。本发明根据各种管型屏间辐射角系数的研究计算，用多重积分方法计算出这些管子相对于中间管的屏间辐射热负荷偏差系数ξ_p，提高了计算的精度。

本发明在计算出炉内各屏各管的监测点管内所述的管子金属内壁温度时，现有技术对炉内各点管壁温度计算中，由于难于准确计算管内汽温t，所以用平均汽温tpj计算平均热负荷qo，再乘上宽度热负荷偏差系数Kr得到计算点外壁沿周界最大热负荷qm。然而偏差屏中管内的汽温t比平均汽温tpj高很多，这样计算得到的qo值比实际值偏高很多，导致壁温计算结果与实际严重不相符。本发明由于能够准确计算管内汽温，因此可以直接采用计算管段的工质温度计算qm，使计算结果与实测值吻合，提高了计算的精度。

本发明在计算出炉内各屏各管的监测点管内所述的管壁温度(热阻均分点温度)时，现有技术对炉内各点管壁温度计算中，计算管子内壁和外壁的计算式中的热量均流系数采用同一个值μ。但在现代大容量锅炉的过热器和再热器管屏中，温度和压力比传统的亚临界锅炉大得多。例如超超临界锅炉的过熟蒸汽出口压力比亚临界锅炉高50％左右，达26～27.5MPa.g，出口温度比亚临界锅炉高35℃，达605℃。所以管子的壁厚增大很多，例如超超临界锅炉末级过热器炉内管子的壁厚达到7～11mm(比亚临界锅炉大40～50％)。因此管子所吸收的热量沿管子厚度的平均均流系数μ_pj与热量达到内壁时的内壁均流系数μ_n有较大的差别。本发明是用热量沿管壁厚度均流的数学模型分别计算出管子沿管壁的平均热量均流系数μ_pj和内壁热量均流系数μ_n，用于管壁热阻均分点温度的计算式中，提高了壁温计算的准确性。同时，由于管子在受到内部压力时，管壁中从外壁到内壁各点的应力是不同的。根据材料力学的原理，表征管子强度的管径所在就是热阻均分点，所以计算中采用热阻均分点的管壁温度作为检测是否超温的管壁温度值，提高了计算的精度。

步骤2所述的保存到本地服务器的关系型数据库，方法如下：

①从电厂提供数据库的KKS清单编号中，包含锅炉实时运行、过热器再热器炉外金属壁温数据的点表清单；

②本地计算服务器通过API接口编制数据采集程序，在读取点表清单后，发出命令让电厂实时数据库按要求的格式生成数据文件；

③电厂实时数据库把请求的数据按照每分钟2次的间隔和文件名发送到本地计算服务器所指定的位置；

④实时保存到本地服务器的实时数据库或关系型数据库中。

步骤3中所述的工质温度和金属壁温生成实时动态计算，包括以下步骤：

①计算出炉内各屏各管的监测点管内实时工质温度、金属内壁温度、管壁温度(热阻均分点温度)；

②计算出管子管壁金属应力强度超温值；

③以动态矢量棒状图、折线图和表格结合动态鼠标响应的方式显示过热器和再热器管系炉内各监测点的工质温度、管壁温度(热阻均分点温度)、金属应力强度超温值、应力超温幅度、材料和规格。

步骤①中所述的计算管内实时工质温度、金属内壁温度和管壁温度，包括以下步骤：

a、计算管段的对流热量平均值Q_d、屏间辐射热量平均值Q_p、、屏前辐射热量平均值Q_q、屏前前烟室辐射热量平均值Q_qq、屏中辐射热量平均值Q_z，、屏后辐射热量平均值Q_h、屏下辐射热量平均值Q_x，。该7项热量的计算式与上述式(1)～式(7)相同。

b、计算实际运行的宽度吸热偏差系数Kr

Kr＝Qjs/Qpj                                               (15)

式中：Qjs为计算管屏的吸热量；Qpj为各管屏的平均吸热量。

c、计算管段的焓增Δia

Δia＝Kr(Q_d+Q_p+Q_q+Q_qq+Q_z+Q_h+Q_x)/ga                        (16)

式中：Kr为实际运行的宽度吸热偏差系数；Q_d为管段对流热量平均值；Q_p为管段屏间辐射热量平均值；Q_q为管段屏前辐射热量平均值；Q_qq为管段前前辐射热量平均值；Q_z为管段屏中辐射热量平均值；Q_h为管段屏后辐射热量平均值；Q_x为管段屏下辐射热量平均值；Kr的计算式与式(15)相同，7项热量平均值的计算式与上述式(1)～式(7)相同。ga为计算管段的蒸汽流量。

d、计算管段的蒸汽焓i和工质温度t

i＝ij+∑Δii                                              (17)

式中：ij为实际运行管屏的进口蒸汽焓；∑Δii为从管子进口到监测点所有管段的工质焓增计算值之和。

e、计算监测点的工质温度t

根据蒸汽的焓温表，由i得出t。

f、计算监测点外壁沿周界最大热负荷qm，计算式与上述式(10)相同。

g、计算监测点的金属内壁温度tnb、管壁温度(热阻均分点温度)，该2项的计算式与上述式(11)～式(12)相同。

步骤②中所述的管子管壁金属应力强度超温值，包括以下步骤：

h、计算监测点管子的金属允许温度tyx

tyx＝f(σdt)                                             (18)

式中：σdt为计算点管子的动态应力值。

i、计算监测点管子的管壁金属应力强度超温值dt

dt＝tb-tyx                                                (19)

式中：tb为管壁温度(热阻均分点温度)；tyx为管子的金属允许温度。

步骤③中所述的显示过热器和再热器管系炉内各监测点的工质温度、金属壁温(管壁热阻均分点温度)、金属应力强度超温值、材料和规格，是指：

用户在“汽温和壁温监测报警”菜单中选择屏间和同屏方式显示某一个管段沿屏间方向的汽温和壁温分布显示或者选择某一片管屏所有管子所有管段的汽温和壁温分布情况显示；当金属材料应力超温时，蓝色变为红色报警；当鼠标点到各棒状图上时，都会出现相应计算点管段的鼠标响应，其内容包括：当前点所在的位子、当前动态的工质温度、金属壁温、当前管壁金属应力强度超温值、材料和规格。

步骤4中所述的管内氧化皮生成厚度实时动态计算，是指管子内壁工质的边界层温度、金属内壁氧化加剧温度、金属内壁氧化加剧温度裕量和管内氧化皮实时生成厚度，包括以下步骤：

所述的内壁工质边界层温度为：tbj＝tb-βqm×Rbj/2           (20)

式中：tb为管壁热阻均分点的管壁温度；β为管子外径与内径之比；qm为监测点管子的外壁沿周界最大热负荷；Rbj为管子内壁工质边界层热阻。

所述的金属内壁氧化加剧温度裕量为：tyy＝tyj-tbj            (21)

式中：tyj为金属内壁氧化加剧温度；tbj为管子内壁工质边界层温度。

金属内壁氧化加剧温度，是指决定于金属的材质和钢材的热处理过程的温度。金属成分中耐高温合金元素镍(Ni)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)和铌(Nb)等成分含量高，以及晶粒细的钢材，金属内壁氧化加剧温度tyj值高。同时管子内壁经过细晶粒或喷丸等处理的钢材(例如super 304H钢材)，tyj值也比未经处理的钢材高。

本发明采用管子的内壁蒸汽边界层温度与材料的氧化加剧温度相比较得出氧化皮生成速度加剧温度裕量，是因为在管子内壁蒸汽的边界层中，蒸汽与材料的热量交换和质量交换最为剧烈。在这一层中，蒸汽中的O₂与管壁金属中的Fe反应生成Fe₃O₄和Fe₂O₃的反应也最为剧烈。

所述的管内氧化皮实时生成厚度，按照以下步骤获得：

在线监测系统的两个动态计算时间段τ内，管子的内壁氧化皮实时生成厚度δp为：

δp＝(2K×e^(Q/Rtbj))^0.5×P^0.07×τ^0.5                   (22)

式中：P为锅炉运行压力；tbj为内壁工质边界层温度；τ为计算的时间间隔；K、Q、R为与材料有关的特性参数，钢材金属成分中耐高温合金元素镍(Ni)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)和铌(Nb)等成分含量高，以及晶粒细的钢材，K值和Q值减小，R值则基本不变，为8.314J/kmol左左。

步骤5中所述的存入超温汇总数据库，包括：记录和显示超温累计时长、幅度、频次和各超温时刻的锅炉运行状态的数据：

用户选择“超温统计”菜单并选择相应管组后，会出现本管组的“超温统计”界面。以表格的形式将过去系统运行中出现的超温管段详细情况的累积数据展示给用户，包括各管段的累积超温时间、超温详情和管段的位置、材料规格等，并能接照管号或屏号进行排序。相应的表格可以根据需要生成Excel文档输出。在点击每段记录后～面的“查看”按钮后，相应管段的汇总记录会打开，显示本管段的“超温详情”表格，可以看到该管段在每一个小时内的超温时长、达到的最高壁温、最高壁温发生的时刻、最高温度时刻的锅炉发电机有功功率和主汽温度。点击每条记录的“查看”按钮后，系统会进入本条记录最高温度时刻的“历史追忆”。表格的上部还有可以根据开始结束时间和超温时间长短查询的模糊查询框，可以按照条件查询所需的每个管组的超温情况。相应的表格可以根据需要生成EXCEL文档输出。在“超温汇总查询”表中，用户可以选择不同的管组、超温的时长范围、超温的位置、超温日期进行组合查询，系统会访问数据库历史中已有的超温等信息，根据条件汇总后在显示到客户端界面上。

步骤6中所述的存入氧化汇总数据库，包括：记录和显示氧化累计时长、幅度、频次和各氧化时刻的锅炉运行状态的数据：

用户选择“氧化统计”菜单并选择相应管组后，会出现本管组的“氧化统计”界面。以表格的形式将过去系统运行中出现的氧化管段详细情况的累积数据展示给用户，包括各管段的累积氧化时间、氧化详情、管内氧化皮生成厚度和管段的位置、材料规格等，并能按照管号或屏号进行排序。相应的表格可以根据需要生成Excel文档输出。在点击每段记录后～面的“查看”按钮后，相应管段的汇总记录会打开，显示本管段的“氧化详情”表格，可以看到该管段在每一个小时内的氧化时长、达到的最高壁温、最高壁温发生的时刻、最高温度时刻的锅炉发电机有功功率和主汽温度。点击每条记录的“查看”按钮后，系统会进入本条记录最高温度时刻的“历史追忆”。表格的上部还有可以根据开始结束时间和氧化时间长短查询的模糊查询框，可以按照条件查询所需的每个管组的氧化情况。相应的表格可以根据需要生成EXCEL文档输出。在“氧化汇总查询”表中，用户可以选择不同的管组、氧化的时长范围、氧化的位置、氧化日期进行组合查询，系统会访问数据库历史中已有的氧化等信息，根据条件汇总后在显示到客户端界面上。

步骤7中所述的分布情况，是指：显示各监测管段的超温氧化频次、超温氧化加剧温度裕量、超温氧化时间、管内氧化皮厚度的分布图表，其步骤如下：

①各计算点管段每次的超过应力允许温度时刻和超过金属管壁内壁氧化允许温度时刻为触发点的一个小时为记录时长，并把每个时长中的锅炉电功率、主汽温度、最高壁温和最高壁温时刻、材料规格记入数据库，并可按管组进行材料应力超温和材料内壁氧化允许温度统计查询；

②管组屏号为横坐标、以超温氧化频次、超温氧化温度裕量、超温氧化时间和管内氧化皮厚度为纵坐标，以散点矢量图和表格的方式显示前100～800管段的超温氧化频次、超温氧化温度裕量、超温氧化时间和管内氧化皮厚度的分布图和分布表；

③当鼠标放到各散点上时出现鼠标响应框，内容为该计算点管段的部位、材料规格和管内氧化皮厚度、超温时间。

本发明为了消除电站锅炉过热器和再热器管系在运行中因为管壁金属应力强度超温引起的爆管、延缓管内氧化皮生成速度和脱落可控以及延长管系的使用寿命，首先对电站锅炉过热器和再热器管系的实时在线运行情况、动态壁温、金属应力强度超温范围、管内氧化皮生成进行实际检测，根据实测建立模型，进一步进行计算，以实测数据和计算结果为依据，给出电站锅炉避免超温运行及延长管系的使用寿命的管系内氧化皮减缓生成和脱落控制的措施。本发明实现的电站锅炉过热器和再热器管系延长管系的使用寿命的方法，可以实现锅炉过热器和再热器管系炉内动态壁温、金属应力强度的实时在线监测。如果发生过热器和再热器管系中某些管段的超温或区域温度过低，则可以通过反切风、不同磨煤机的运行配合、燃烧器的就地煤粉分配器调整等燃烧调整方式来调平炉内金属壁温，使之不再超温和防止区域温度过低，达到消除超温引起的爆管、延缓管内氧化皮生成和延长管系使用寿命的技术效果。

本发明与现有技术相比，具有显著的技术效果和技术进步：(1)本发明对过热器再热器所有管组均进行监测，提高了安全运行的覆盖面，本发明明显能够克服局限于仅对一、两个管组进行监测存在的问题；(2)本发明通过有效地选择管组中温度最高的管子装设炉外壁温测量采集点，使计算的准确性有了坚实的基础；(3)本发明根据当前大容量锅炉结构的特点，增加了前前辐射、屏中辐射和屏后辐射热量，同时充分考虑了不同位置管段的各种辐射和对流吸热量的偏差的影响，使对汽温的计算、监测与实测结果更为吻合；(4)本发明在炉内壁温的计算、监测中，直接采用监测点的汽温和烟温计算最大热负荷qm，并根据高参数锅炉管壁厚度大的特点，分别计算平均热量均流系数μ_pj和内壁热量均流系数μ_n，使壁温计算结果准确性更高。本发明实现了过热器和再热器管系炉内动态壁温、金属应力强度超温、管内氧化皮生成的动态在线计算和在线监测，能够消除锅炉运行中过热器和再热器管系炉内因管壁金属应力强度超温引起的爆管，达到延缓管内氧化皮生成速度和脱落可控以及延长管系使用寿命的技术效果；解决了当前我国的电站锅炉技术领域急需解决的重大的技术难题，能够准确给出电站锅炉爆管预警和采取预置措施，避免电站锅炉爆管给企业、给国家造成的巨大的直接经济损失。

具体效益指标如下：

①启停炉效益分析：以一台锅炉每年减少一次非停、每次停炉抢修6天、负荷率60％、发电利润按0.1元/kWh计算的经济效益为(以下数据不包括电网对非停事故的罚款)：

②避免降参数运行在节能减排方面的经济效益：以1000MW机组为例，设计供电煤耗为280g/kWh。按照BMCR、主蒸汽和再熟蒸汽同时降温15℃，平均负荷为75％BMCR，年运行7000小时计算：

③电厂因延长过热器再热器高温管屏使用寿命的经济效益：

以一台600MW锅炉为例，锅炉钢材总重25000吨，受压部件重7500吨。其中高温管屏高级耐温合金钢的重量为2930吨，造价超过1亿元人民币，其设计寿命为10万小时。以延长高温管屏的使用寿命2万小时计算，经济效益超过2千万人民币，也是非常可观的。2007年，从日本进口的HR3C、SUPER304H两种管材价格涨价三倍，达到每吨30万元以上，因此更加需要通过精心运行延长其使用寿命，提高经济效益。

④社会效益：我国电厂因锅炉发生爆管的事故很多(进口锅炉，例如：某电厂自美国Fosterwheeler公司进口的600MW锅炉前屏式过热器热器、北仑电厂自美国CE公司进口的600MW锅炉末级再热器和末级过熟器，以及另一个某电厂自美国B&W公司进口的600MW锅炉屏式过热器)。据统计，全国每年发生的过热器再热器爆管有几百起。如果采用本发明就可防止事故发生，经济效益将是非常巨大的，并且可避免因锅炉超温引起的爆管停电所造成的地区经济损失，特别是在夏冬季用电高峰季节，其社会效益和间接经济效益更为显著。

附图说明

图1为本发明实施步骤方框示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例选择某发电厂1000MW超超临界电站锅炉高温再热器管系采用图1所示的实施步骤方框示意图。

本实施例1000MW超超临界锅炉高温再热器共有44片屏，每片屏有24根管子。共计1056根管子，计算6336个计算点。

本实施例包括以下步骤：

第一步：通过预计算，得出1000MW超超临界锅炉高温再热器管系中具有代表性的炉内壁温裕量最小的管子装设炉外壁温测量采集点。

a、计算管段的焓增Δia

Δia＝Kr^y(Q_d+Q_p+Q_q+Q_qq+Q_z+Q_h+Q_x)/ga

式中：Kr^y为预计算所设定的宽度吸热偏差系数，取值1.37；Q_d为管段对流热量平均值；Q_p为管段屏间辐射热量平均值；Q_q为管段屏前辐射热量平均值；Q_qq为管段前前辐射热量平均值；Q_z为管段屏中辐射热量平均值；Q_h为管段屏后辐射热量平均值；Q_x为管段屏下辐射热量平均值；该7项热量的计算式与上述式(1)～式(7)相同；ga为计算管段的蒸汽流量。

b、计算点的蒸汽焓i

i＝ij+∑Δii

式中：ij为计算管进口蒸汽焓，取设计进口焓3418kJ/kg；∑Δii为从管子进口到计算点所有管段的蒸汽焓增之和。

C、计算点的工质温度t

根据蒸汽的焓温表，由i得出工质温度t。

d、计算点管子金属内壁温度： $\mathrm{tnb}=t+\mathrm{\βqm}\left(\frac{\mathrm{\μn}}{\mathrm{\α}2}\right)$

式中：t为计算点管内的蒸汽温度；β为管子外径与内径之比；μn为内壁热量均流系数；

α2为内壁与蒸汽之间的放热系数；qm为外壁沿周界最大熟负荷；

e、计算点管壁温度(热阻均分点温度)：

$\mathrm{tb}=t+\mathrm{\βqm}[\frac{\mathrm{\μn}}{\mathrm{\α}2}+\frac{\mathrm{\δ\μpj}}{\mathrm{\λ}(1+\mathrm{\β})}]$

式中：t为监测点的管内蒸汽温度；β为管子外径与内径之比；qm为监测点管子的外壁沿周界最大热负荷；μn为内壁热量均流系数；μpj为沿管壁厚度的平均热量均流系数；α2为内壁与蒸汽之间的放热系数。

f、计算点管子应力强度允许温度tyx＝f(σdt)

式中：σdt为计算点管子的动态应力值

g、计算点管子的管壁金属应力强度壁温裕量δt

δt＝tyx-tb

式中：计算点管子金属的允许温度tyx；tb为管壁温度(管壁热阻均分点温度)。

h、计算点管子的管壁金属应力强度壁温裕量δ_t

δ_t＝t_yx-t_b

式中：计算点管子金属的允许温度t_yx；t_b为管壁温度(管壁热阻均分点温度)。

本实施例中高温再热器的预计算6336个计算管段的金属应力强度壁温裕量δ_t在5℃～50℃之间。

对上述管壁金属应力强度壁温裕量从小到大进行排序，取裕量最小的前100位确定沿同片各管及沿锅炉宽度需要监测的管子。在上述裕量最小的前100位管子中，取占管屏中管子总数的5～20％的管子作为装设沿同屏各管及沿锅炉宽度炉外壁温测量采集点的布置方案。

本实施例进行预计算及壁温裕量排序，取每片屏的外数第5管全部44根管子、各屏外数第1管中的18根管子，以及沿锅炉宽度的第5、40屏的各12根管子作为测量采集点。加上容易被安装异物堵塞的管子，总计有94个测量采集点。

第二步：从电厂的VeStore(也可以是PL、EDNA、openPlant、Golden等其他数据库)实时数据库中读取锅炉实时运行、炉外金属壁温等计算中需要的数据，并保存到本地服务器的关系型数据库中。

根据电厂提供数据库的KKS清单编号，整理出需要的数据点表(包含锅炉实时运行、过热器再热器炉外金属壁温等计算中需要的数据)。本地计算服务器通过API接口编制数据的数据采集程序，在读取整理的数据表后，发出命令让电厂实时数据库根据数据读取软件所要求的格式(包含采集点地址、数值、时间等)把请求的数据按照每分钟2次的间隔和文件名发送到本地计算服务器所指定的位置，并实时保存到本地服务器的实时数据库或关系型数据库中。

第三步：实时动态计算管系中各监测点炉内工质温度和金属壁温。

步骤①中所述的计算管内实时工质温度、金属内壁温度和管壁温度，包括以下步骤：

a、工质流经管段的焓增Δia为：

Δia＝Kr(Q_d+Q_p+Q_q+Q_qq+Q_z+Q_h+Q_x)/ga

式中：Kr为实际运行的宽度吸热偏差系数；Q_d为管段对流热量平均值；Q_p为管段屏间辐射热量平均值；Q_q为管段屏前辐射热量平均值；Q_qq为管段前前辐射热量平均值；Q_z为管段屏中辐射热量平均值；Q_h为管段屏后辐射热量平均值；Q_x为管段屏下辐射热量平均值；Kr的计算式与式(15)相同；7项热量的计算式与上述式(1)～式(7)相同。ga为计算管段的蒸汽流量。

b、计算点的蒸汽焓计算：i＝ij+∑Δii

式中：ij为实际运行的计算管进口蒸汽焓；∑Δii为从管子进口到计算点所有管段的工质焓增之和。

c、计算点的工质温度计算：根据蒸汽的焓温表，由i得出t。

本实施例预计算6336个计算管段的工质温度在460℃～620℃之间。

d、计算点的金属内壁温度tnb和管壁温度tb，该两项的计算式与式(11)和式(12)相同。

本实施例1000MW超超临界电站锅炉高温再热器6336个计算点的炉内管壁热阻均分点壁温的计算值范围在570～660℃之间。

②实时动态计算各监测点管壁金属应力强度超温值。

a、监测点计算管子金属的允许温度计算：tyx＝f(σdt)

式中：σdt为计算点管子的动态应力值。

b、管壁金属应力强度超温值δt＝tb-tyx

式中：tb为管壁温度；tyx为金属允许温度。

③显示各监测点的工质温度、金属壁温、金属应力强度超温值、管子材料和规格

第四步：管内氧化皮生成厚度实时动态计算

①计算管子内壁工质的边界层温度：

管子内壁工质的边界层温度：tbj＝tb-βqm×Rbj/2

式中：tb为读取的管壁热阻均分点的管壁温度；β为管子外径与内径之比；qm为监测点管子的外壁沿周界最大热负荷；Rbj为管子内壁工质边界层热阻。

②计算管子金属内壁氧化加剧温度和金属内壁氧化加剧裕量。

管子金属内壁氧化加剧裕量：tyy＝tyj-tbj

式中：tyj为金属内壁氧化加剧温度；tbj为管子内壁工质边界层温度。

本实施例1000MW超超临界电站锅炉高温再热器管屏所使用的钢材为T92、HR3C和Super304H三种。在本实施例中分别取这三种钢材的金属内壁氧化加剧温度tyj为620℃、665℃和650℃。

本实施例对各种耐温钢材按它们不同热处理情况所确定的金属内壁氧化加剧温度tyj见下表：

钢材	金属内壁氧化加剧温度tyj，℃
		T12；15CrMoG	540℃～550℃
T22；12Cr1MoV	570℃～580℃
		T23	570℃～580℃
T91	600℃～610℃
		T92	610℃～620℃
TP304H	630℃～640℃
		TP347H	640℃～650℃
HR3C	655℃～665℃
		Super304H	640℃～650℃

③根据管子内壁温度和时间长度，计算管内氧化皮实时生成厚度。

在两个动态计算时间段τ内，管子的内壁氧化皮实时生成厚度：

δp＝(2K×e^(Q/Rtbj))^0.5×P^0.07×τ^0.5

式中：P为锅炉运行压力；tbj为内壁工质边界层温度；τ为计算的时间间隔(每60秒为一次间隔)；K、Q、R为与材料有关的特性参数。

在本实施例中，T92、HR3C和Super304H三种钢材的K、Q、R特性参数的取值见下表：

钢材牌号	K	Q	R
				单位	um2/s	J/mol	J/(Kmol)
T22	1.72778E+17	-326000	8.314
				T23	2.05833E+15	-300000	8.314
T91	3846	-115000	8.314
				T92	8.2860E+08	-2.0300E+05	8.3140E+00
TP304H	4.86E+06	-213000	8.314
				TP347CG	3.43E+04	-132000	8.314

TP347FG	8.82E+04	-164000	8.314
				HR3C	3.72222E+05	-234000	8.314
Super304	7.41700E+08	-215000	8.314

第五步：生成超温汇总数据库，包括：记录和显示超温累计时长、幅度、频次和各超温时刻的锅炉运行状态的数据：

用户选择“超温统计”菜单并选择相应管组后，会出现本管组的“超温统计”界面。以表格的形式将过去系统运行中出现的超温管段详细情况的累积数据展示给用户，包括各管段的累积超温时间、超温详情和管段的位置、材料规格等，并能按照管号或屏号进行排序。相应的表格可以根据需要生成Excel文档输出。在点击每段记录后～面的“查看”按钮后，相应管段的汇总记录会打开，显示本管段的“超温详情”表格，可以看到该管段在每一个小时内的超温时长、达到的最高壁温、最高壁温发生的时刻、最高温度时刻的锅炉发电机有功功率和主汽温度。点击每条记录的“查看”按钮后，系统会进入本条记录最高温度时刻的“历史追忆”。表格的上部还有可以根据开始结束时间和超温时间长短查询的模糊查询框，可以按照条件查询所需的每个管组的超温情况。相应的表格可以根据需要生成EXCEL文档输出。在“超温汇总查询”表中，用户可以选择不同的管组、超温的时长范围、超温的位置、超温日期进行组合查询，系统会访问数据库历史中已有的超温等信息，根据条件汇总后在显示到客户端界面上。

第六步：生成氧化汇总数据库，包括：记录和显示氧化累计时长、幅度、频次和各氧化时刻的锅炉运行状态的数据：

用户选择“氧化统计”菜单并选择相应管组后，会出现本管组的“氧化统计”界面。以表格的形式将过去系统运行中出现的氧化管段详细情况的累积数据展示给用户，包括各管段的累积氧化时间、氧化详情、管内氧化皮生成厚度和管段的位置、材料规格等，并能按照管号或屏号进行排序。相应的表格可以根据需要生成Excel文档输出。在点击每段记录后～面的“查看”按钮后，相应管段的汇总记录会打开，显示本管段的“氧化详情”表格，可以看到该管段在每一个小时内的氧化时长、达到的最高壁温、最高壁温发生的时刻、最高温度时刻的锅炉发电机有功功率和主汽温度。点击每条记录的“查看”按钮后，系统会进入本条记录最高温度时刻的“历史追忆”。表格的上部还有可以根据开始结束时间和氧化时间长短查询的模糊查询框，可以按照条件查询所需的每个管组的氧化情况。相应的表格可以根据需要生成EXCEL文档输出。在“氧化汇总查询”表中，用户可以选择不同的管组、氧化的时长范围、氧化的位置、氧化日期进行组合查询，系统会访问数据库历史中已有的氧化等信息，根据条件汇总后在显示到客户端界面上。

第七步：生成管内氧化皮厚度的分布：

显示各监测管段的超温氧化频次、超温氧化加剧温度裕量、超温氧化时间、管内氧化皮厚度的分布图表，其步骤如下：

①各计算点管段每次的超过应力允许温度时刻和超过金属管壁内壁氧化允许温度时刻为触发点的一个小时为记录时长，并把每个时长中的锅炉电功率、主汽温度、最高壁温和最高壁温时刻、材料规格记入数据库，并可按管组进行材料应力超温和材料内壁氧化允许温度统计查询；

②管组屏号为横坐标、以超温氧化频次、超温氧化温度裕量、超温氧化时间和管内氧化皮厚度为纵坐标，以散点矢量图和表格的方式显示前100～800管段的超温氧化频次、超温氧化温度裕量、超温氧化时间和管内氧化皮厚度的分布图和分布表；

当鼠标放到各散点上时出现鼠标响应框，内容为该计算点管段的部位、材料规格和管内氧化皮厚度、超温时间。

本实施例的经济和社会效益：

实时地监测1000MW的机组壁温即能有效控制高温管子的超温，一年避免一次因超温而引起的爆管，可减少损失一般高达944万元；避免高温过热器和高温再热器降参数运行方面：如避免降参数15℃，供电煤耗将降低2.25g/kWh，年节省12,000吨标煤，经济效益1000万元；年减少CO2排放量34,000吨；减少NOx排放10.21吨(按照450mg/Nm³)减少SOx排放4.54吨(按照200mg/Nm³)。

Claims (30)

1.一种避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过预计算，得出管组中具有代表性的炉内壁温裕量最小的管子装设炉外壁温测量采集点；

步骤2、从电厂实时数据库中读取锅炉实时运行、炉外壁温等计算中需要的数据，保存到本地服务器的关系型数据库中；

步骤3、根据实时运行和炉外金属壁温的实时数据，对电站锅炉过热器和再热器管系炉内所有管子工质温度和金属壁温生成实时动态计算；

步骤4、根据实时运行和炉外金属壁温的实时数据，对电站锅炉过热器和再热器管系管内氧化皮生成厚度实时动态计算；

步骤5、分离出超过管壁金属应力强度超温值部位的金属管段的数据存入超温汇总数据库；

步骤6、分离出炉内各监测点的金属内壁氧化加剧温度裕量和管内氧化皮实时生成厚度数据存入氧化汇总数据库；

步骤7、显示各监测管段的超温氧化频次、超温氧化加剧温度裕量、超温氧化时间、管内氧化皮厚度的分布情况。

2.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤1所述的预计算，是在锅炉设计阶段预先计算沿锅炉宽度吸热量最大的偏差屏中所有管子各管段管壁金属应力强度壁温裕量，用以找出管屏中容易超温爆管的最危险的管子。

3.根据权利要求2所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，通过所述的预计算得出测量采集点，是指对壁温裕量从小到大进行排序，确定沿同片各管及沿锅炉宽度需要监测的取裕量最小的前100位壁温裕量最小的管子。

4.根据权利要求3所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，在所述的前100位壁温裕量最小的管子中，取占管屏中管子总数的5～20％的管子作为装设沿同屏各管及沿锅炉宽度炉外壁温测量采集点的布置方案。

5.根据权利要求2或者3或者4所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，计算所述的壁温裕量，包括以下步骤：

a、计算管段的对流热量平均值Q_d：

Q_d＝ξ_dKhα_dH_d(θ-t₃)                                 (1)

式中：ξ_d为对流传热偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，α_d为对流放热系数，H_d为对流受热面积，θ为烟气温度，t₃为管子积灰表面温度；

b、计算屏间辐射热量平均值Q_p

Q_p＝ξ_pKhσ₀a_xia_pH_p[(θ_p+273)⁴-(t₃+273)⁴]             (2)

式中：ξ_p为屏间辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_p为屏间烟室黑度，H_p为屏间辐射面积，θ_p为屏间烟气温度，t₃为管子积灰表面温度；

c、计算屏前辐射热量平均值Q_q

Q_q＝ξ_qKhσ₀a_xia_qH_q[(θ_q+273)⁴-(t₃+273)⁴]             (3)

式中：ξ_q为屏前辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_q为屏前烟室黑度，H_q为屏前辐射面积，θ_q为屏前烟气温度，t₃为管子积灰表面温度；

d、计算屏前前烟室辐射热量平均值Q_qq

Q_qq＝ξ_qKhσ₀a_xia_qq(1-xgp)(1-aq)H_qq[(θ_qq+273)⁴-(t₃+273)⁴]    (4)

式中：ξ_qq为屏前前辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_qq为屏前前烟室黑度，xgp为屏前烟室进口管排的角系数，a_q为屏前烟室黑度，H_qq为屏前前辐射面积，θ_qq为屏前前烟室的烟温，t₃为管子积灰表面温度；

e、计算屏中辐射热量平均值Q_z

Q_z＝ξ_zKhσ₀a_xia_zH_z[(θ_z+273)⁴-(t₃+273)⁴]              (5)

式中：ξ_z为屏中辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_z为屏中烟室黑度，H_z为屏中辐射面积，θ_z为屏中烟气温度，t₃为管子积灰表面温度；

f、计算屏后辐射热量平均值Q_h

Q_h＝ξ_hKhσ₀a_xia_hH_h[(θ_h+273)⁴-(t₃+273)⁴]              (6)

式中：ξ_h为屏后辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_h为屏后烟室黑度，H_h为屏后辐射面积，θ_h为屏后烟气温度，t₃为管子积灰表面温度；

g、计算屏下辐射热量平均值Q_x

Q_x＝ξ_xKhσ₀a_xia_xH_x[(θ_x+273)⁴-(t₃+273)⁴]                  (7)

式中：ξ_x为屏下辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_x为屏下烟室黑度，H_x为屏下辐射面积，θ_x为屏下烟气温度，t₃为管子积灰表面温度；

h、计算管段的焓增Δia

Δia＝Kr^y(Q_d+Q_p+Q_q+Q_qq+Q_z+Q_h+Q_x)/ga                        (8)

式中：Kr^y为预计算所设定的宽度吸热偏差系数，Q_d为管段对流热量平均值，Q_p为管段屏间辐射热量平均值，Q_q为管段屏前辐射热量平均值，Q_qq为管段前前辐射热量平均值，Q_z为管段屏中辐射热量平均值，Q_h为管段屏后辐射热量平均值，Q_x为管段屏下辐射热量平均值，ga为计算管段的蒸汽流量；

i、计算管段的蒸汽焓i

i＝ij+∑Δii                                                (9)

式中：ij为计算管的进口蒸汽焓，取用设计值，∑Δii为从管子进口到计算点所有管段的蒸汽焓增计算值之和；

j、计算管段的工质温度t

根据蒸汽的焓温表，由i得出t；

k、计算管段外壁沿周界最大热负荷qm

qm＝ηQ_d/Hd+φ(Q_p/H_p+Qq/H_q+Q_qq/H_qq+Q_z/H_z+Q_h/H_h+Q_x/H_x)       (10)

式中：η为对流熟负荷增大系数，Q_d为对流热量，H_d为对流受热面积，φ为辐射热负荷曝光系数，Q_p为屏间辐射热量，H_p为屏间辐射面积，Q_q为屏前辐射热量，H_q为屏前辐射面积，Q_qq为屏前前辐射热量，H_qq为屏前前辐射面积，Q_z为屏中辐射热量，H_z为屏中辐射面积，Q_h为屏后辐射热量，H_h为屏后辐射面积，Q_x为屏下辐射热量，H_x为屏下辐射面积；

l、计算管段的金属内壁温度tnb

$\mathrm{tnb}=t+\mathrm{\βqm}\left(\frac{\mathrm{\μn}}{\mathrm{\α}2}\right)---\left(11\right)$

式中：t为计算管段工质温度，β为管子外径与内径之比，μn为内壁热量均流系数，α2为内壁与蒸汽之间的放热系数，qm为外壁沿周界最大热负荷；

m、计算管段的管壁温度(热阻均分点温度)tb

$\mathrm{tb}=t+\mathrm{\βqm}[\frac{\mathrm{\μn}}{\mathrm{\α}2}+\frac{\mathrm{\δ\μpj}}{\mathrm{\λ}(1+\mathrm{\β})}]---\left(12\right)$

式中：t为计算管段工质温度，β为管子外径与内径之比，qm为计算管段的外壁沿周界最大热负荷，μn为内壁热量均流系数，μpj为沿管壁厚度的平均热量均流系数，α2为内壁与蒸汽之间的放热系数；

n、计算监测点管子金属的允许温度tyx

tyx＝f(σdt)                                        (13)

式中：σdt为计算点管子的动态应力值；

o、计算监测点管子的管壁金属应力强度壁温裕量δt

δt＝tyx-tb                                         (14)

式中：yx为管子金属的允许温度；tb为管壁温度。

6.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤a中所述的计算管段的对流热量平均值，根据计算管段在管屏中所处的位置，由烟气对各排管子的对流传热偏差，计算得到管段的对流传热偏差系数ξ_d。

7.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤b中所述的屏间辐射偏差系数，根据计算管段在管屏中所处的中间管，首排管，紧贴在一片屏侧面的管子，两边节距不等管子的位置，由屏间烟气对各种类型管子的屏间辐射角系数，计算得到各管段的屏间辐射偏差系数ξ_p。

8.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤c中所述的屏前辐射偏差系数，根据计算管段在管屏中垂直于屏前辐射所处的第1、2、3、…排的位置，由屏前烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到各管段的屏前辐射偏差系数ξ_q。

9.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤d中所述的屏前前辐射偏差系数，根据计算管屏烟气上游高温管屏屏间烟室的辐射热量透过计算管屏的进口管排和屏前烟室，对计算管段的辐射角系数，计算得到各管段的前前辐射偏差系数ξ_qq。

10.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤e中所述的屏中辐射偏差系数，根据计算管段在管屏中垂直于屏中辐射所处的第1、2、3、…排的位置，由屏中烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到管段的屏中辐射偏差系数ξ_z。

11.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤f中所述的屏后辐射偏差系数，根据计算管段在管屏中垂直于屏后辐射所处的第1、2、3、…排的位置，由屏后烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到管段的屏后辐射偏差系数ξ_h。

12.根据权利要求5所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤g中所述的屏下辐射偏差系数，根据计算管段在管屏中垂直于屏下辐射所处的第1、2、3、…排的位置，由屏下烟气对各排管子的辐射角系数，计算得到管段的屏下辐射偏差系数ξx。

13.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤2所述的保存到本地服务器的关系型数据库，方法如下：

①从电厂提供数据库的KKS清单编号中，包含锅炉实时运行、过热器再热器炉外金属壁温数据的点表清单；

②本地计算服务器通过API接口编制数据采集程序，在读取点表清单后，发出命令让电厂实时数据库按要求的格式生成数据文件；

③电厂实时数据库把请求的数据按照每分钟2次的间隔和文件名发送到本地计算服务器所指定的位置；

④实时保存到本地服务器的实时数据库或关系型数据库中。

14.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤3中所述的工质温度和金属壁温生成实时动态计算，包括以下步骤：

①计算出炉内各屏各管的监测点管内实时工质温度、金属内壁温度、管壁温度；

②计算出管子管壁金属应力强度超温值；

③以动态矢量棒状图、折线图和表格结合动态鼠标响应的方式显示过热器和再热器管系炉内各监测点的工质温度、管壁温度、金属应力强度超温值、材料和规格。

15.根据权利要求14所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤①中所述的计算管内实时工质温度、金属内壁温度和管壁温度，包括以下步骤：

a、计算管段的对流热量平均值Q_d、屏间辐射热量平均值Q_p、、屏前辐射热量平均值Q_q、屏前前烟室辐射热量平均值Q_qq、屏中辐射热量平均值Q_z，、屏后辐射热量平均值Q_h、屏下辐射热量平均值Q_x，；

b、计算实际运行的宽度吸热偏差系数Kr

Kr＝Qjs/Qpj                                        (15)

式中：Qjs为计算管屏的吸热量；Qpj为各管屏的平均吸热量；

c、计算管段的焓增Δia

Δia＝Kr(Q_d+Q_p+Q_q+Q_qq+Q_z+Q_h+Q_x)/ga                 (16)

式中：Kr为实际运行的宽度吸热偏差系数，Q_d为管段对流热量平均值，Q_p为管段屏间辐射热量平均值，Q_q为管段屏前辐射热量平均值，Q_qq为管段前前辐射热量平均值，Q_z为管段屏中辐射热量平均值，Q_h为管段屏后辐射热量平均值，Q_x为管段屏下辐射热量平均值，ga为计算管段的蒸汽流量；

d、计算管段的蒸汽焓i和工质温度t

i＝ij+∑Δii                                       (17)

式中：ij为实际运行管屏的进口蒸汽焓；∑Δii为从管子进口到监测点所有管段的蒸汽焓增计算值之和；

e、计算监测点的工质温度t

根据蒸汽的焓温表，由i得出t；

f、计算监测点外壁沿周界最大热负荷qm；

g、计算监测点的金属内壁温度tnb、管壁温度。

16.根据权利要求15所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，获得所述的管段的对流热量平均值Q_d、屏间辐射热量平均值Q_p、、屏前辐射热量平均值Q_q、屏前前烟室辐射热量平均值Q_qq、屏中辐射热量平均值Q_z，、屏后辐射热量平均值Q_h、屏下辐射热量平均值Q_x，，分别如下：

Q_d＝ξ_dKhα_dH_d(θ-t₃)

式中：ξ_d为对流传热偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，α_d为对流放热系数，H_d为对流受热面积，θ为烟气温度，t₃为管子积灰表面温度；

b、计算屏间辐射热量平均值Q_p

Q_p＝ξ_pKhσ₀a_xia_pH_p[(θ_p+273)⁴-(t₃+273)⁴]

式中：ξ_p为屏间辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_p为屏间烟室黑度，H_p为屏间辐射面积，θ_p为屏间烟气温度，t₃为管子积灰表面温度；

c、计算屏前辐射热量平均值Q_q

Q_q＝ξ_qKhσ₀a_xia_qH_q[(θ_q+273)⁴-(t₃+273)⁴]

式中：ξ_q为屏前辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_q为屏前烟室黑度，H_q为屏前辐射面积，θ_q为屏前烟气温度，t₃为管子积灰表面温度；

d、计算屏前前烟室辐射热量平均值Q_qq

Q_qq＝ξ_qqKhσ₀a_xia_qq(1-xgp)(1-aq)H_qq[(θ_qq+273)⁴-(t₃+273)⁴]

式中：ξ_qq为屏前前辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_qq为屏前前烟室黑度，xgp为屏前烟室进口管排的角系数，a_q为屏前烟室黑度，H_qq为屏前前辐射面积，θ_qq为屏前前烟室的烟温，t₃为管子积灰表面温度；

e、计算屏中辐射热量平均值Q_z

Q_z＝ξ_zKhσ₀a_xia_zH_z[(θ_z+273)⁴-(t₃+273)⁴]

式中：ξ_z为屏中辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_z为屏中烟室黑度，H_z为屏中辐射面积，θ_z为屏中烟气温度，t₃为管子积灰表面温度；

f、计算屏后辐射热量平均值Q_h

Q_h＝ξ_hKhσ₀a_xia_hH_h[(θ_h+273)⁴-(t₃+273)⁴]

式中：ξ_h为屏后辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_h为屏后烟室黑度，H_h为屏后辐射面积，θ_h为屏后烟气温度，t₃为管子积灰表面温度；

g、计算屏下辐射热量平均值Q_x

Q_x＝ξ_xKhσ₀a_xia_xH_x[(θ_x+273)⁴-(t₃+273)⁴]

式中：ξ_x为屏下辐射偏差系数，Kh为高度热负荷偏差系数，σ₀为波尔茨曼辐射常数，a_xi为系统辐射黑度，a_x为屏下烟室黑度，H_x为屏下辐射面积，θ_x为屏下烟气温度，t₃为管子积灰表面温度。

17.根据权利要求15所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，获得所述的监测点外壁沿周界最大热负荷qm方法如下：

qm＝ηQ_d/Hd+φ(Q_p/H_p+Qq/H_q+Q_qq/H_qq+Q_z/H_z+Q_h/H_h+Q_x/H_x)

式中：η为对流热负荷增大系数，Q_d为对流热量，H_d为对流受热面积，φ为辐射热负荷曝光系数，Q_p为屏间辐射热量，H_p为屏间辐射面积，Q_q为屏前辐射热量，H_q为屏前辐射面积，Q_qq为屏前前辐射热量，H_qq为屏前前辐射面积，Q_z为屏中辐射热量，H_z为屏中辐射面积，Q_h为屏后辐射热量，H_h为屏后辐射面积，Q_x为屏下辐射热量，H_x为屏下辐射面积。

18.根据权利要求15所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，获得所述的监测点的金属内壁温度tnb、管壁温度方法如下：

① $\mathrm{tnb}=t+\mathrm{\βqm}\left(\frac{\mathrm{\μn}}{\mathrm{\α}2}\right)$

式中：t为计算管段工质温度，β为管子外径与内径之比，μn为内壁热量均流系数，α2为内壁与蒸汽之间的放热系数，qm为外壁沿周界最大热负荷；

②

式中：t为计算管段工质温度，β为管子外径与内径之比，qm为计算管段的外壁沿周界最大热负荷，μn为内壁热量均流系数，μpj为沿管壁厚度的平均热量均流系数，α2为内壁与蒸汽之间的放热系数。

19.根据权利要求14所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤②中所述的管子管壁金属应力强度超温值dt：

dt＝tb-tyx

式中：tb为管壁温度；tyx为管子的金属允许温度。

20.根据权利要求19所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，所述的金属允许温度：tyx＝f(σdt)

式中：σdt为计算点管子的动态应力值。

21.根据权利要求14所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤⑤中所述的显示过热器和再热器管系炉内各监测点的工质温度、金属壁温、金属应力强度超温值、应力超温幅度、材料和规格，是指：

用户在“汽温和壁温监测报警”菜单中选择屏间和同屏方式显示某一个管段沿屏间方向的汽温和壁温分布显示或者选择某一片管屏所有管子所有管段的汽温和壁温分布情况显示；当金属材料应力超温时，蓝色变为红色报警；当鼠标点到各棒状图上时，都会出现相应计算点管段的鼠标响应，其内容包括：当前点所在的位子、当前动态的工质温度、金属壁温、当前管壁金属应力强度超温值、应力超温幅度、材料和规格。

22.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤4中所述的实时动态计算，是指计算管子内壁工质的边界层温度、金属内壁氧化加剧温度、金属内壁氧化加剧温度裕量和管内氧化皮实时生成厚度。

23.根据权利要求22所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，所述的内壁工质边界层温度为：tbj＝tb-βqm×Rbj/2

式中：tb为管壁热阻均分点的管壁温度；j为一管壁热阻均分点；β为管子外径与内径之比；qm为监测点管子的外壁沿周界最大热负荷；Rbj为管子内壁工质边界层热阻。

24.根据权利要求23所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，获得所述的监测点外壁沿周界最大热负荷qm方法如下：

qm＝ηQ_d/Hd+φ(Q_p/H_p+Qq/H_q+Q_qq/H_qq+Q_z/H_z+Q_h/H_h+Q_x/H_x)

式中：η为对流熟负荷增大系数，Q_d为对流热量，H_d为对流受热面积，φ为辐射热负荷曝光系数，Q_p为屏间辐射热量，H_p为屏间辐射面积，Q_q为屏前辐射热量，H_q为屏前辐射面积，Q_qq为屏前前辐射热量，H_qq为屏前前辐射面积，Q_z为屏中辐射热量，H_z为屏中辐射面积，Q_h为屏后辐射热量，H_h为屏后辐射面积，Q_x为屏下辐射热量，H_x为屏下辐射面积。

25.根据权利要求22所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，所述的金属内壁氧化加剧温度，是指决定于金属的材质和钢材的热处理过程的温度，金属成分中耐高温合金元素镍、铬、钼、钒和铌成分含量高，以及晶粒细的钢材，金属内壁氧化加剧温度就高；管子内壁经过细晶粒或喷丸处理的钢材，该钢材金属内壁氧化加剧温度也高也比未经处理的钢材高。

26.根据权利要求22所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，所述的金属内壁氧化加剧温度裕量为：tyy＝tyj-tbj

式中：tyj为金属内壁氧化加剧温度；tbj为管子内壁工质边界层温度。

27.根据权利要求22所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，所述的管内氧化皮实时生成厚度，按照以下步骤获得：

在线监测系统的两个动态计算时间段τ内，管子的内壁氧化皮实时生成厚度δp为：

δp＝(2K×e^(Q/Rtbj))^0.5×P^0.07×τ^0.5

式中：P为锅炉运行压力；tbj为内壁工质边界层温度；τ为计算的时间间隔，每60秒为一次间隔；K、Q、R为与材料有关的特性参数。

28.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤5中所述的存入超温汇总数据库，包括：记录和显示超温累计时长、幅度、频次和各超温时刻的锅炉运行状态的数据。

29.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤6中所述的存入氧化汇总数据库，包括：记录和显示氧化累计时长、幅度、频次和各氧化时刻的锅炉运行状态的数据。

30.根据权利要求1所述的避免电站锅炉管系炉内超温爆管的方法，其特征是，步骤7中所述的分布情况，是指：显示各监测管段的超温氧化频次、超温氧化加剧温度裕量、超温氧化时间、管内氧化皮厚度的分布图表，其步骤如下：

①各计算点管段每次的超过应力允许温度时刻和超过金属管壁内壁氧化允许温度时刻为触发点的一个小时为记录时长，并把每个时长中的锅炉电功率、主汽温度、最高壁温和最高壁温时刻、材料规格记入数据库，并可按管组进行材料应力超温和材料内壁氧化允许温度统计查询；

②管组屏号为横坐标、以超温氧化频次、超温氧化温度裕量、超温氧化时间和管内氧化皮厚度为纵坐标，以散点矢量图和表格的方式显示前100～800管段的超温氧化频次、超温氧化温度裕量、超温氧化时间和管内氧化皮厚度的分布图和分布表；

③当鼠标放到各散点上时出现鼠标响应框，内容为该计算点管段的部位、材料规格和管内氧化皮厚度、超温时间。

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