CN102537929A - 用于评估涉及热回收蒸汽发生器的组成部分的方法和系统 - Google Patents

用于评估涉及热回收蒸汽发生器的组成部分的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于评估涉及热回收蒸汽发生器的组成部分的方法和系统。本发明的某些实施例可以包括用于热回收蒸汽发生器的在线应力和寿命确定的系统、方法以及装置。根据本发明的示范实施例，提供了用于评估涉及热回收蒸汽发生器(HRSG)的组成部分的方法。该方法包括接收HRSG设计参数(128)；监控来自与一个或更多HRSG组成部分(122)通信的一个或更多温度传感器的热应力数据；以及至少部分根据HRSG设计参数(128)和监控的热应力数据来确定与一个或更多HRSG组成部分(122)关联的循环相关的寿命消耗数据。

Description

用于评估涉及热回收蒸汽发生器的组成部分的方法和系统
技术领域
本发明一般涉及热回收蒸汽发生器，并且具体涉及热回收蒸汽发生器压力部件组成部分的在线应力和寿命消耗确定。
背景技术
热回收蒸汽发生器(HRSG)是通常与发电关联的四个主要组成部分之一。其他主要组成部分是燃气轮机、蒸汽轮机以及(一个或多个)发电机。HRSG回收在轮机的燃烧过程中产生的多余热能，并且能够在蒸汽轮机中利用这种能量以生成额外的可用能量。
发电系统所有者经常需要根据包括能量需求、燃料价格、能量价格、预测的负荷、电力系统状态、排放等的多个因素来管理燃气轮机系统的启动和关闭循环。因此，燃气轮机组成部分必须承受大量的加热和冷却循环。由于热胀冷缩，这种循环易于在各种部件中造成机械磨损和疲劳。
燃气轮机操作员面临的挑战之一涉及平衡到服务需求循环和瞬变(transient)的电力输出，而不对构成HRSG的多个部件造成不必要的磨损或损害。
发明内容
可以由本发明的某些实施例解决上述需求中的一些或全部。本发明的某些实施例可以包括用于热回收蒸汽发生器的在线应力和寿命消耗确定的系统、方法以及装置。
根据本发明的示范实施例，提供一种用于评估热回收蒸汽发生器(HRSG)的组成部分的方法。该方法能够包括接收HRSG设计参数；监控来自与一个或更多HRSG组成部分通信的一个或更多温度传感器的热应力数据；以及至少部分根据HRSG设计参数和监控的热应力数据来确定与一个或更多HRSG组成部分关联的循环相关的寿命消耗数据。
根据另一个示范实施例，提供一种用于评估热回收蒸汽发生器(HRSG)的组成部分的系统。该系统能够包括热回收蒸汽发生器(HRSG)、和与HRSG关联的一个或更多组成部分通信的一个或更多传感器以及与一个或更多传感器通信的一个或更多处理器。一个或更多处理器可以配置用于接收HRSG设计参数、监控来自一个或更多传感器的热应力数据以及至少部分根据HRSG设计参数和监控的热应力数据来确定与一个或更多HRSG组成部分关联的循环相关的寿命消耗数据。
根据另一个示范实施例，提供一种用于评估热回收蒸汽发生器(HRSG)的组成部分的装置。该装置可以包括与一个或更多传感器通信的一个或更多处理器，并且一个或更多处理器配置用于接收HRSG设计参数、监控来自一个或更多传感器的热应力数据以及至少部分根据HRSG设计参数和监控的热应力数据来确定与一个或更多HRSG组成部分关联的循环相关的寿命消耗数据。
本文详细描述本发明的其他实施例和方面，并且认为它们是要求保护的发明的一部分。参考以下详细的描述、附图以及权利要求书能够理解其他实施例和方面。
附图说明
现在将参考附表和附图，这些并不一定是按比例绘制，并且其中：
图1是根据本发明的示范实施例的说明性的热回收蒸汽发生器在线应力和寿命监控系统的框图。
图2是根据本发明的示范实施例的示范方法的流程图。
具体实施方式
在下文会参考附图更充分地描述本发明的实施例，附图中示出了本发明的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应该解释为限于本文阐述的实施例；更确切地说，提供这些实施例使得本公开会是详尽的并且完整的，并且会充分地将本发明的范围传达给本领域的技术人员。相同数字始终指代相同要素。
本发明的某些实施例可以使得能够确定随着循环或瞬变而变化的与热回收蒸汽发生器组成部分关联的磨损、寿命减少、寿命消耗和/或损害的量。根据某些示范实施例，可以利用传感器来测量例如温度、压力和/或应力的值。在示范实施例中，可以利用测量的值来确定热致应力、机械应力和/或蠕变应力。在示范实施例中，可以利用多个传感器来测量与热回收蒸汽发生器(HRSG)的各种组成部分关联的值。根据本发明的示范实施例，可以将HRSG设计参数输入到基于标准的模型中，用于确定在各种HRSG组成部分上的温度和压力引起的应力。
根据示范实施例，与燃气轮机关联的操作灵活性准则、限制或其他标准能够至少部分基于测量的值，可以利用测量的值来提供有关可能增加对HRSG组成部分造成磨损或损害的可能性的操作区域的信息。在示范实施例中，可以执行风险对收益分析来确定是否允许HRSG以某些模式操作。例如，如果对于能量的需求是高的并且如果能量的价格是足够高的，则使得系统快速上线或者将系统推到某些限制可能使得附加的磨损和耗损是应该的。在示范实施例中，系统可以将有价值的信息提供给操作员，用于将系统保持在安全范围内。在本发明的另一个示范实施例中，可以为了应力的征兆而监控HRSG，应力的征兆可以在灾难性的故障发生之前指示需要替换部件。
根据本发明的示范实施例，可以利用各种传感器、处理器、模块以及数据系统来评估与HRSG组成部分关联的应力，现在将参考附图来描述。
图1示出用于评估涉及热回收蒸汽发生器(HRSG)的组成部分的示范系统100。根据本发明的示范实施例，系统100可以包括工作站102、网络126、数据存储124、传感器120以及HRSG 122。在示范实施例中，可以通过终端或远程工作站130将HRSG设计参数128输入到工作站102中。在本发明的其他示范实施例中，HRSG设计参数可以已经在工作站102中存在。在示范实施例中，可以根据测量数据的历史或根据人工的或自动的输入来更新HRSG设计参数。
根据本发明的示范实施例，工作站102可以包括一个或更多存储器104、一个或更多处理器106以及一个或更多输入/输出接口108。根据本发明的示范实施例，工作站102还可以包括用于与网络126通信的一个或更多网络接口110。在示范实施例中，与工作站102关联的存储器104可以包括操作系统112、数据114以及用于确定与HRSG组成部分关联的磨损或寿命消耗的一个或更多计算模块118。
根据示范实施例，一个或更多传感器120可以与HRSG 122的各种组成部分通信，并且利用一个或更多传感器120来监控HRSG 122的各种组成部分的温度、压力和/或机械状态(污迹、位置、负荷等)。传感器可以包括信号状态设备和/或用于将模拟信号转换成数字信号的模数转换器，数字信号用于经由网络126或者通过到工作站102的其他直接的或无线的输入传递到工作站102。在其他示范实施例中，模拟传感器可以经由模拟输入/输出接口108直接与工作站102通信。在示范实施例中，可以利用本地或远程数据存储/历史存储器设备或系统124来保存与HRSG应力的监控关联的数据。在示范实施例中，还可以利用数据存储/历史存储器设备或系统124来存储和/或检索HRSG设计参数128以供(一个或多个)计算模块118使用。
根据示范实施例，可以利用系统100来评估涉及HRSG 122的组成部分。例如，可以利用设计参数128，并且可以监控来自与一个或更多HRSG组成部分122通信的一个或更多温度传感器的热应力数据。根据示范实施例，可以至少部分根据HRSG设计参数128和监控的热应力数据来确定与一个或更多HRSG组成部分122关联的循环相关的寿命消耗数据。
在示范实施例中，还可以利用来自与一个或更多HRSG组成部分122通信的一个或更多压力传感器的机械应力数据来确定循环相关的寿命消耗数据。根据本发明的示范实施例，可以输出、存储和/或使用确定的循环相关的寿命消耗数据以控制与燃气轮机系统关联的一个或更多操作。在示范实施例中，HRSG设计参数128可以包括以下各项中的一项或更多：与一个或更多HRSG组成部分122关联的尺寸、公差、结构详情、材料详情、焊缝(weld)详情、热平衡极限(envelope)、操作极限或设计极限。根据本发明的示范实施例，计算模块118可以利用额外的参数，包括材料测试结果、实际材料属性(而不是通用的)、组成部分的实际尺寸(而不是设计的尺寸)以及质量控制(例如包括焊缝的x射线测试数据，或者焊缝几何检查测量数据)。
根据本发明的示范实施例，对于温度、温差、压力、应变、位置、负荷或任何其他物理特性的测量来说，传感器能够是真实的、虚拟的或导出的。根据示范实施例，可以将实现应用于HRSG或其他锅炉类型。
在示范实施例中，确定循环相关的寿命消耗数据可以至少部分基于应力循环计数或负荷循环计数中的一个或更多。在示范实施例中，循环相关的寿命消耗数据和计算可以遵照用于锅炉的设计和尺寸选定(dimensioning)的一个或更多标准。例如，用于锅壳式锅炉的设计和尺寸选定的欧洲EN 12952-1、-2、-3和-4标准可以用来建模一个或更多计算模块118。在示范实施例中，可以使标准适合于循环计数、实时跟踪和/或计算可能导致与HRSG 122关联的组成部分的疲劳和损害的机械和热应力。
根据示范实施例，传感器120可以包括可以用于为高保真度金属热致应力和蠕变计算提供测量的数据的温度传感器。在示范实施例中，可以选择传感器以承受HRSG组成部分的高温。例如，传感器120可以包括但不限于热电堆、RTD(阻性热器件)、红外传感器等，只要它们适合于每个特定的部件或应用。根据本发明的示范实施例，传感器120可以包括组成部分压力传感器，其能够提供测量的输入数据用于引起的机械应力计算。
根据示范实施例，可以根据传感器数据计算即时的机械和热应力以确定疲劳损害。根据示范实施例，即时蠕变应力可以被计算并且用作用于确定因而产生的循环和累积的损害的损害计算中的输入数据。根据本发明的示范实施例，可以利用(基于降雨方法论的)循环计数方法论来确定循环相关的损害。在示范实施例中，能够对于与HRSG的锅壳和喷嘴关联的每个组成部分执行监控和计算。根据本发明的示范实施例，可以利用已知在循环中经受高应力的组成部分来获得完整的HRSG系统的寿命消耗的全面视图。
根据本发明的示范实施例，HRSG系统100可以确定与HRSG 122关联的组成部分的应力、循环和/或瞬变相关的寿命消耗。寿命消耗可以至少部分基于系统的配置和/或材料。在示范实施例中，可以利用应力或寿命消耗信息作为通用燃气轮机控制系统或控制回路的一部分，用于修改操作参数中的任何参数。根据示范实施例，HRSG系统100可以是通用的并且适用于任何锅炉配置。
根据本发明的示范实施例，HRSG系统100可以包括应力和寿命监控计算引擎，其可以接收来自传感器120的相关数据(例如，压力和HRSG组成部分金属温度)。在示范实施例中，可以经由分布式控制系统提供来自传感器120的数据。在示范实施例中，计算引擎(其根据示范实施例可以包括计算模块118)可以计算实时热应力、机械应力和蠕变应力，并且计算引擎可以总计应力交互以合计特定的组成部分冶金损害。在示范实施例中，计算的参数然后可以被传递到控制系统以允许实现合计、历史的保留和控制方案。
在示范实施例中，可以利用传感器120以至少部分根据HRSG122各种组成部分压力和温度来计算与HRSG 122关联的应力。当检测到循环时，与HRSG系统100关联的计算模块118可以确定、存储以及提供有关与各种HRSG 122组成部分关联的磨损和/或损害的信息。在示范实施例中，与HRSG 122关联的组成部分可以包括但不限于锅筒(高压蒸汽锅筒、中压蒸汽锅筒、低压蒸汽锅筒)、蒸汽总管、过热器、省煤器、减温器等。在示范实施例中，磨损和/或损害信息可以用在风险对收益计算中以利用操作环境，例如从而获得市场激励和HRSG 122组成部分的寿命之间的平衡。
现在将参考图2的流程图来描述一种用于评估涉及热回收蒸汽发生器(HRSG)的组成部分的示范方法200。方法200在块202中开始，其中，根据本发明的示范实施例，方法200包括接收HRSG设计参数。在块204中，方法200包括监控来自与一个或更多HRSG组成部分通信的一个或更多温度传感器的热应力数据。在块206中，方法200包括至少部分根据HRSG设计参数和监控的热应力数据来确定与一个或更多HRSG组成部分关联的循环相关的寿命消耗数据。方法200在块206之后结束。
相应地，本发明的示范实施例能够提供以下技术效果：创建某些系统、方法以及装置，这些系统、方法以及装置提供HRSG的测量的和即时的循环相关的磨损和损害信息。本发明的示范实施例能够提供以下另外的技术效果：提供用于根据建模和传感器信息的结合来确定循环相关的磨损和损害信息的系统、方法以及装置。相应地，本发明的示范实施例能够提供以下另外的技术效果：创建根据当前实时测量的操作应力来提供HRSG应力、寿命监控以及损害评估的某些系统、方法和装置，它们是基于标准的。
在本发明的示范实施例中，HRSG系统100可以包括任何数量的硬件和/或软件应用，运行这些应用以有助于操作中的任何操作。在示范实施例中，一个或更多I/O接口可以有助于HRSG系统100和一个或更多输入/输出设备之间的通信。例如，通用串行总线端口、串行端口、盘驱动、CD-ROM驱动和/或一个或更多用户接口设备-例如显示器、键盘、小键盘、鼠标、控制板、触摸屏显示器、扩音器等-可以有助于与HRSG系统100的用户交互。可以利用一个或更多I/O接口来接收或收集来自各种各样的输入设备的数据和/或用户指令。接收的数据可以如本发明的各种实施例中所期望的一样由一个或更多计算机处理器处理和/或存储在一个或更多存储器设备中。
一个或更多网络接口可以有助于HRSG系统100输入和输出到一个或更多合适的网络和/或连接的连接；例如，有助于和与该系统关联的任何数量的传感器通信的连接。一个或更多网络接口还可以有助于到一个或更多合适的网络的连接；例如，用于与外部设备和/或系统通信的局域网络、广域网络、因特网、蜂窝网络、射频网络、启用BluetoothTM(由Telefonaktiebolaget LM Ericsson拥有)的网络、启用Wi-FiTM(由Wi-Fi联盟拥有)的网络、基于卫星的网络、任何有线网络、任何无线网络等。如所期望的，本发明的实施例可以包括具有图1中示出的组成部分中的或多或少的组成部分的HRSG系统。
上面参考根据本发明的示范实施例的系统、方法、装置和/或计算机程序产品的框图和流程图来描述本发明。会理解的是，框图和流程图的一个或更多块以及框图和流程图中的块的结合分别能够由计算机可运行的程序指令实现。同样地，框图和流程图的一些块可以不一定需要以呈现的顺序执行，或者可以根本不一定需要根据本发明的一些实施例来执行。
这些计算机可运行的程序指令可以被加载到通用计算机、专用计算机、处理器或其他可编程的数据处理装置上以产生特定的机器，使得在计算机、处理器或其他可编程的数据处理装置上运行的指令创建用于实现在流程图的一个块或多个块中指定的一个或更多功能的装置。能够指引计算机或其他可编程的数据处理装置以特定的方式运作的这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读的存储器中，使得存储在计算机可读的存储器中的指令产生包括实现在流程图的一个块或多个块中指定的一个或更多功能的指令装置的制造产品。例如，本发明的实施例可以提供计算机程序产品，包括计算机可用的介质，其中包含了计算机可读的程序代码或程序指令，上述计算机可读的程序代码适用于被运行以实现在流程图的一个块或多个块中指定的一个或更多功能。计算机程序指令还可以被加载到计算机或其他可编程的数据处理装置上，以使得一连串的操作要素或步骤在计算机或其他可编程的装置上执行而产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程的装置上运行的指令提供用于实现流程图的一个块或多个块中指定的功能的要素或步骤。
相应地，框图和流程图的块支持用于执行指定功能的装置的结合、用于执行指定功能的要素或步骤的结合以及用于执行指定功能的程序指令装置。还会理解的是，框图和流程图的每个块以及框图和流程图中的块的结合能够由执行指定的功能、要素或步骤的专用的、基于硬件的计算机系统实现或由专用硬件和计算机指令的结合实现。
虽然已经结合目前认为是最实用并且多样的实施例来描述了本发明，但是会理解的是，本发明不限于公开的实施例，而是相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求书的范围内的各种修改和等效设置。虽然本文采用了特定的术语，但是只是以通用的并且描述性的意义来使用它们，并且不是为了限制。
本书面描述使用包括最佳方式的例子以公开本发明，并且还使得本领域的技术人员能够实施本发明一包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利范围在权利要求书中定义，并且可以包括本领域的技术人员想到的其他例子。如果它们具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质不同的等效结构要素，则这类其他例子是确定为在权利要求书的范围内的。
部件列表
100用于评估涉及热回收蒸汽发生器(HRSG)的组成部分的系统
102工作站
104存储器
106(一个或多个)处理器
108(一个或多个)输入/输出接口
110(一个或多个)网络接口
112操作系统
114数据
118(一个或多个)计算模块
120传感器
122HRSG
124数据存储/数据历史
126(一个或多个)网络
128HRSG设计参数
130终端或远程工作站
200方法流程图
202块
204块
206块

Claims (10)

1.一种用于评估涉及热回收蒸汽发生器(HRSG)的组成部分的方法，包括：
接收HRSG设计参数(128)；
监控来自与一个或更多HRSG组成部分(122)通信的一个或更多温度传感器的热应力数据；以及
至少部分根据所述HRSG设计参数(128)和所述监控的热应力数据来确定与所述一个或更多HRSG组成部分(122)关联的循环相关的寿命消耗数据。
2.如权利要求1所述的方法，还包括监控来自与所述一个或更多HRSG组成部分(122)通信的一个或更多压力传感器的机械应力数据。
3.如权利要求2所述的方法，还包括至少部分根据所述监控的机械应力数据来确定与所述一个或更多HRSG组成部分(122)关联的循环相关的寿命消耗数据。
4.如权利要求1所述的方法，其中，接收所述HRSG设计参数(128)包括接收以下各项中的一项或更多：与所述一个或更多HRSG组成部分(122)关联的尺寸、公差、结构详情、材料详情、焊缝详情、热平衡极限、操作极限、设计极限、材料测试属性、制造数据、质量控制数据或检查数据。
5.如权利要求1所述的方法，还包括输出和存储所述确定的循环相关的寿命消耗数据。
6.如权利要求1所述的方法，其中，确定循环相关的寿命消耗数据至少部分基于应力循环计数或负荷循环计数中的一个或更多。
7.如权利要求1所述的方法，其中，确定循环相关的寿命消耗数据遵照用于锅炉的设计和尺寸选定的一个或更多标准。
8.一种用于评估涉及热回收蒸汽发生器(HRSG)的组成部分的系统，包括：
热回收蒸汽发生器(HRSG)(122)；
与一个或更多HRSG组成部分通信的一个或更多传感器(120)；以及
与所述一个或更多传感器(120)通信的一个或更多处理器(106)，并且配置用于：
接收HRSG设计参数(128)；
监控来自所述一个或更多传感器(120)的热应力数据；以及
至少部分根据所述HRSG设计参数(128)和所述监控的热应力数据来确定与所述一个或更多HRSG组成部分(122)关联的循环相关的寿命消耗数据。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述一个或更多处理器(106)还配置用于监控来自与所述一个或更多HRSG组成部分(122)通信的一个或更多压力传感器的机械应力数据。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述一个或更多处理器(106)还配置用于至少部分根据所述监控的机械应力数据来确定与所述一个或更多HRSG组成部分(122)关联的循环相关的寿命消耗数据。
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