CN103267684A - 一种电站锅炉承压元件寿命损耗获取方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电站锅炉承压元件寿命损耗获取方法，包括步骤：实时监测已设置监测点的承压元件的当前工作温度和当前工作压力；根据所述当前工作温度、所述当前工作压力、通过在线计算获得的各承压元件的理论工作温度和理论工作压力，获得未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力；根据各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力，计算获得各个承压元件的寿命损耗。本发明还提出一种电站锅炉承压元件寿命损耗获取系统，在没有全面设置监测点的情况下，实现所有承压元件寿命损耗的获取。

Description

一种电站锅炉承压元件寿命损耗获取方法及系统

技术领域

本发明涉及电站锅炉设备运行维护领域，特别是涉及一种电站锅炉承压元件寿命损耗获取方法及系统。 

背景技术

电站锅炉机组中汽水工质侧的承压元件长期服役于高温、高压环境。特别是在机组调峰运行的过程中，机组启停或调峰运行会使得各受压元件相应承受大幅度的温度和压力变化，从而产生疲劳和蠕变损伤，影响元件的使用寿命。对于超临界参数锅炉机组，炉内过热器等受热面的炉管、以及过热器进出口集箱工作在接近材料许用温度和许用应力的极限条件下，这一运行安全性问题就更为突出和重要。根据现有的技术，主要依据电站锅炉的实际测量数据对锅炉承压元件进行寿命计算。 

但是，在实际应用中，由于受到技术和成本的限制，许多承压元件上并未安装温度和压力测点，只能获得一部分集箱、受热面间的连接管道以及个别过热器炉管出口布置温度或压力测点，从而无法获得所有锅炉承压元件的寿命损耗。 

发明内容

基于此，有必要针对无法获取未设置监测点承压元件的寿命损耗问题，提供一种电站锅炉承压元件寿命损耗获取方法及系统。 

采用的方案： 

一种电站锅炉承压元件寿命损耗获取方法，包括步骤： 

实时监测已设置监测点的承压元件的当前工作温度和当前工作压力； 

根据所述当前工作温度、所述当前工作压力、各承压元件通过在线计算获得的理论工作温度和理论工作压力，获得未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力； 

根据各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力，获得各个承压元件的寿命损耗。 

以及，一种电站锅炉承压元件寿命损耗获取系统，包括： 

实时监测单元，用于实时监测已设置监测点的承压元件的当前工作温度和当前工作压力； 

第一获取单元，用于根据所述当前工作温度、所述当前工作压力、各个承压元件通过在线计算获得的理论工作温度和理论工作压力，获得未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力； 

第二获取单元，用于根据各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力，计算获得各个承压元件的寿命损耗。 

本发明实时监测已设置监测点的承压元件的当前工作温度和当前工作压力，并结合通过在线计算获得的各个承压元件的理论工作温度和理论工作压力，对未设置监测点的各个承压元件的理论工作温度和理论工作压力进行偏差修正，从而确定未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力；根据各个承压元件的理论工作温度和理论工作压力，最终可得到各个承压元件的寿命损耗，在没有全面设置监测点的情况下，实现获取所有承压元件的寿命损耗。 

附图说明

图1为本发明的一个实施例流程图； 

图2为本发明中获取未设置监测点的承压元件的当前工作温度和当前工作压力的一个示意图； 

图3为本发明的一个具体实施例示意图； 

图4为本发明装置的一个结构示意图； 

图5为本发明装置中第一获取单元的一个结构示意图； 

图6为本发明装置的另一个结构示意图。 

具体实施方式

本发明提出一种电站锅炉承压元件寿命损耗获取方法，其实施流程图请参 考图1，包括步骤： 

S101、实时监测已设置监测点的承压元件的当前工作温度和当前工作压力； 

S102、根据当前工作温度、当前工作压力、各承压元件通过在线计算获得的理论工作温度和理论工作压力，获得未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力； 

其中，获得的理论工作温度和理论工作压力是指依据电站锅炉运行工况条件参数和锅炉详细结构模型计算后得到了承压元件工作温度和工作压力的理论值；理论工作温度和理论工作压力，根据每次获取电站锅炉运行工况条件参数的不同而有所不同；此过程为本领域相关技术人员所习知，此处不再赘述。 

S103、根据各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力，获得各个承压元件的寿命损耗。 

本发明实时监测已设置监测点的承压元件的当前工作温度和当前工作压力，并结合通过在线计算获得的各个承压元件的理论工作温度和理论工作压力，对未设置监测点的各个承压元件的理论工作压力和理论工作温度进行偏差修正，从而确定未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力；根据各个承压元件的理论工作温度和理论工作压力，最终可得到各个承压元件的寿命损耗，在没有全面设置监测点的情况下，实现所有承压元件的寿命损耗的获取。 

在一个实施方式中，上述步骤S102包括但不限于以下方式实现： 

S1、获取第一承压元件的当前工作温度和当前工作压力、第二承压元件的当前工作温度和当前工作压力，以及获取第一承压元件的理论工作温度和理论工作压力、第二承压元件的理论工作温度和理论工作压力第三承压元件的理论工作温度和理论工作压力； 

其中，本方法描述中第一承压元件与第二承压元件是指分析过程中相邻的两个实测点所在的承压元件，两者之间存在若干无测点的承压元件，第三承压元件是指第一承压元件与第二承压元件之间的任一承压元件； 

S2、根据如下公式获取未设置监测点的第三承压元件的当前工作温度和当 前工作压力； 

$y\′=[(y_3-y_2)-(y_1-y_0)]\×\frac{x}{x_1-x_0}+y$

其中，y₀为第一承压元件的理论工作温度或理论工作压力；y₁为第二承压元件的当前工作温度或当前工作压力；y₂为第一承压元件的理论工作温度或理论工作压力；y₃为第二承压元件的当前工作温度或当前工作压力；y′为第三承压元件的当前工作温度或当前工作压力；y为第三承压元件的理论工作温度或理论工作压力；x₀、x₁、x分别为根据各个承压元件的位置给第一承压元件、第二承压元件以及第三承压元件赋予的相对于同一坐标系的横坐标； 

S3、重复S1和S2步骤，得到未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力。 

在上述实施例中，为了提高未设置监测点的承压元件的当前工作温度和当前工作压力的准确度，获取位置相邻的第一承压元件和第二承压元件的实时监测结果，进行步骤S102的相关计算。 

在上述实施例中，为了使得工作人员可以及时方便地监控各个承压元件的工作状态，在步骤103后，还包括步骤： 

当各个承压元件的寿命损耗超过对应的报警阈值时，发出相应的报警。 

具体实施本发明时，可以参考以下流程： 

1、预先建立锅炉汽水系统中各承压元件工作温度和工作压力的机理计算模型。具体包含如下过程： 

1）预先建立锅炉热工水力系统的机理计算的详细结构模型，具体包括各级受热面的管径、节距、排数、管圈数、管子排列方式等。为准确计算屏过、对流过热器、再热器、水冷壁高温炉管区域的工作温度和工作压力，这些部件均采用分片、分段计算模型，根据各管段的具体结构和位置建立局部传热计算模型，包括：是否接受炉膛辐射放热、是否接受前后烟气空间辐射，以及管段吸 收辐射热的传热面积等。为准确计算各承压元件的工作压力，工质侧流动阻力结构模型细化到集箱、三通、炉管、弯头、节流圈等的具体尺寸和空间位置。 

2）为获取炉膛出口区域无法测量的高温区承压元件传热计算烟气条件，依据炉膛结构和燃烧器布置条件建立炉膛的燃烧和传热计算模型。 

2、在线计算各承压元件的理论工作温度和理论工作压力，并结合实测数据对理论计算结果进行修正： 

1）定期获取锅炉运行的工况条件参数，包括锅炉负荷、燃料成分及燃料量、送风参数、给水温度、出口蒸汽温度、减温器喷水量等，获取参数的时间间隔通常设置为Δt=300秒。 

2）基于第一步离线建立的机理计算模型以及定期获取的锅炉运行的工况条件参数，在线计算各承压元件的理论工作温度和工作压力，具体计算方法主要依据锅炉热力计算、壁温计算、汽水阻力计算的理论方法以及行业标准。 

3）根据部分可通过实测获得的锅炉承压元件的当前工作温度和当前工作压力，建立偏差修正模型，该偏差修正模型是在综合考虑了实测点数据的准确性和机理计算数据沿汽水流动过程分布曲线趋势的精确性的基础上提出的，能够实现所有承压元件的当前工作温度和当前工作压力的获取，特别是对未布置测点元件的当前工作温度和当前工作压力的获取，对应的修正算法过程表述如下，参考图2： 

沿汽水流动过程建立坐标系，同时标注实际测点及理论计算点的对应坐标，其中横坐标表示汽水流动过程方向上的各个承压元件的位置，纵坐标表示各个承压元件对应的温度或压力参数值，E1(x₀，y₀)和E2(x₁，y₁)为理论计算点，E3(x₀，y₂)和E4(x₁，y₃)为任意两个相邻的实际测点，本方法通过对相邻实测点之间的工作温度和压力的偏差修正实现未设置监测点的承压元件的实时工作温度和实时工作压力的获取。 

对参数理论分布曲线进行偏差修正，修正算法对应公式如下所示： 

L₁＝y₁-y₀

L₂＝y₃-y₂

ΔL＝L₂-L₁

$y\′=\mathrm{\ΔL}\·\frac{x}{x_1-x_0}+y$

x'＝x 

其中，令X修正后对应点X’的坐标为(x’,y’)，对理论分布曲线上所有计算点进行偏差修正计算后即可得到未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前压力分布曲线，从而可获得未设置测点的承压元件的工作压力和工作温度。 

3、根据第2步得到的各承压元件的当前工作温度及当前工作压力，分别计算对应承压元件的热应力和机械应力，然后计算得出对应的合成应力，根据第二步设置的Δt时间间隔从在线监测系统中依次获得各承压元件的当前工作温度及当前工作压力后在线进行上述操作计算，即可得到对应元件的应力-时间变化曲线，根据该曲线可计算指定时间段内的低周疲劳寿命损耗和蠕变寿命损耗，最后得到该承压元件在计算周期内的寿命损耗。 

作为一个具体的实施例，请参考图3，获取某型号600MW亚临界燃煤电站锅炉承压元件的寿命，经过12个月时间的正常运行，获取各承压元件的寿命损耗列表，特别是获得未布置测点的承压元件的寿命损耗计算。 

整个过程如图3所示，图中的在线测点数据为在线监测系统得出的实测数据，鉴于表述需要，列出部分测点数据。设定在A、B、C、D、E、F位置设置有工作温度实测点；设定在A、E、F位置设置有工作压力实测点； 

基于该600MW电站锅炉的详细结构模型，以及燃烧、传热及汽水工质流动的机理，建立该电站锅炉承压元件理论工作温度和工作压力参数的分析计算模型，进而依据在线测量获得的部分承压元件的当前工作温度和工作压力对理论计算结果进行偏差修正，即可得到未布置测点承压元件的当前工作温度和工作压力。而后，再计算分析各元件的热应力和机械应力，结合低周疲劳和高温蠕变寿命计算理论，实现对电站锅炉承压元件寿命损耗的计算，特别是未布置测点的承压元件的寿命计算。具体实现过程可分为如下步骤： 

第一步：建立待获取电站锅炉离线计算模型； 

根据锅炉热工水力系统的详细结构模型，以过热器分片分段的建模方法为基础，离线建立电站锅炉机理计算模型。 

第二步：以Δt=300秒的周期间隔读取锅炉的运行工况参数，采用机理计算模型在线计算获得锅炉各承压元件的理论工作温度和工作压力； 

根据锅炉燃烧、传热及汽水工质流动过程的机理，通过炉膛燃烧传热计算以及受热面系统热力计算得到理论温度分布；通过汽水阻力计算获得流量分配和压力分布的理论值，最终可得锅炉各承压元件的理论工作温度和理论工作压力。 

第三步：以Δt=300秒的周期间隔读取电站锅炉部分承压元件实测的当前工作温度和实测的当前工作压力数据； 

在A、B、C、D、E、F实测点获得的当前工作温度分别为：276.0℃、384.4℃、384.7℃、515.7℃、540.6℃、541.0℃，在A、E、F实测点获得的当前工作压力分别为：18.1MPa、17.2MPa、17.2MPa； 

第四步：根据实测当前工作温度和工作压力数据对理论计算结果进行偏差修正； 

根据第二步计算获得的理论计算结果和第三步在线测量获得的部分实测数据，通过偏差修正计算得到各承压元件的当前工作温度和工作压力。 

如：可根据相邻实测点B和D的实测当前工作温度，B、B1和D点理论工作温度进行修正计算，可以获得B1位置的承压元件的当前工作温度； 

第五步：根据低周疲劳及高温蠕变寿命计算原理，计算获得各承压元件寿命损耗列表： 

根据各个承压元件的当前工作温度和工作压力，确定各承压元件的工作温度和工作压力沿时间变化曲线，然后根据低周疲劳和高温蠕变寿命损耗计算原理，可获得在系统运行时间段内的寿命损耗列表。此步骤为本领域技术人员习知，此处不再赘述。获取的寿命损耗可采用表1的形式进行统计： 

表1 

本发明还提出一种电站锅炉承压元件寿命损耗获取系统，其结构示意图参考图4，包括： 

实时监测单元，用于实时监测已设置监测点的承压元件的当前工作温度和当前工作压力； 

第一获取单元，用于根据当前工作温度、当前工作压力、各个承压元件通过在线计算预获的理论工作温度和理论工作压力，获得未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力； 

第二获取单元，用于根据各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力，获得各个承压元件的寿命损耗。 

在其中一个实施方式中，第一获取单元包括：获取模块、在线计算模块； 

参考图5，其中，获取模块获取第一承压元件的当前工作温度和当前工作压力、第二承压元件的当前工作温度和当前工作压力，以及获取第一承压元件的 理论工作温度和理论工作压力、第二承压元件的理论工作温度和理论工作压力第三承压元件的理论工作温度和理论工作压力； 

在线计算模块根据如下公式获取未设置监测点的第三承压元件的当前工作温度和当前工作压力； 

$y\′=[(y_3-y_2)-(y_1-y_0)]\×\frac{x}{x_1-x_0}+y$

其中，y₀为第一承压元件的理论工作温度或理论工作压力；y₁为第二承压元件的当前工作温度或当前工作压力；y₂为第一承压元件的理论工作温度或理论工作压力；y₃为第二承压元件的当前工作温度或当前工作压力；y′为第三承压元件的当前工作温度或当前工作压力；y为第三承压元件的理论工作温度或理论工作压力；x₀、x₁、x分别为根据各个承压元件的位置给第一承压元件、第二承压元件以及第三承压元件赋予的相对于同一坐标系的横坐标； 

获取模块和计算模块重复上述过程，得到未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力。 

在上述实施例中，为了提高未设置监测点的承压元件的当前工作温度和当前工作压力的准确度，第一获取单元获取第一承压元件和第二承压元件的实时监测结果，进行相关计算。 

在上述实施例中，为了使得工作人员可以及时方便地监控各个承压元件的工作状态，电站锅炉承压元件寿命损耗获取系统还包括报警单元：参考图6， 

当各个承压元件的寿命损耗超过对应的报警阈值时，报警单元发出相应的报警。 

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 

Claims (6)

1.一种电站锅炉承压元件寿命损耗获取方法，其特征在于，包括步骤：

实时监测已设置监测点的承压元件的当前工作温度和当前工作压力；

根据所述当前工作温度、所述当前工作压力、各承压元件的通过在线计算获得的理论工作温度和理论工作压力，获得未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力；

根据各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力，获得各个承压元件的寿命损耗。

2.根据权利要求1所述的电站锅炉承压元件寿命损耗获取方法，其特征在于，所述根据当前工作温度、所述当前工作压力、各承压元件通过在线计算获得的理论工作温度和理论工作压力，获得未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力的步骤包括：

S1、获取第一承压元件的当前工作温度和当前工作压力、第二承压元件的当前工作温度和当前工作压力，以及在线计算获取第一承压元件的理论工作温度和理论工作压力、第二承压元件的理论工作温度和理论工作压力第三承压元件的理论工作温度和理论工作压力；其中，所述第三承压元件为所述第一承压元件与所述第二承压元件之间的任一承压元件；所述第一承压元件与所述第二承压元件为任意两个相邻的具有实际测点的承压元件；

S2、根据如下公式获取未设置监测点的第三承压元件的当前工作温度和当 $y^{\′}=[(y_3-y_2)-(y_1-y_0)]\×\frac{x}{x_1-x_0}+y$

其中，y₀为第一承压元件的理论工作温度或理论工作压力；y₁为第二承压元件的当前工作温度或当前工作压力；y₂为第一承压元件的理论工作温度或理论工作压力；y₃为第二承压元件的当前工作温度或当前工作压力；y′为第三承压元件的当前工作温度或当前工作压力；y为第三承压元件的理论工作温度或理论工作压力；x₀、x₁、x分别为根据各个承压元件的位置给第一承压元件、第二承压元件以及第三承压元件赋予的相对于同一坐标系的横坐标；

S3、重复所述S1和所述S2步骤，得到未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力。

3.根据权利要求1或2所述的电站锅炉承压元件寿命损耗获取方法，其特征在于，在所述获得各个承压元件的寿命损耗的步骤后，还包括步骤：

当所述各个承压元件的寿命损耗超过对应的报警阈值时，发出相应的报警。

4.一种电站锅炉承压元件寿命损耗获取系统，其特征在于，包括：

实时监测单元，用于实时监测已设置监测点的承压元件的当前工作温度和当前工作压力；

第一获取单元，用于根据所述已设置监测点的承压元件的当前工作温度、所述当前工作压力，结合各个承压元件的通过在线计算获得的理论工作温度和理论工作压力，获得未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力；

第二获取单元，用于根据各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力，计算获得各个承压元件的寿命损耗。

5.根据权利要求4所述的电站锅炉承压元件寿命损耗获取系统，其特征在于，所述第一获取单元包括：获取模块、在线计算模块；

其中，所述获取模块获取第一承压元件的当前工作温度和当前工作压力、第二承压元件的当前工作温度和当前工作压力，以及获取第一承压元件的理论工作温度和理论工作压力、第二承压元件的理论工作温度和理论工作压力第三承压元件的理论工作温度和理论工作压力；其中，所述第三承压元件为所述第一承压元件与所述第二承压元件之间的任一承压元件；所述第一承压元件与所述第二承压元件为任意两个相邻的实际测点所对应的承压元件；

所述在线计算模块根据如下公式获取未设置监测点的第三承压元件的当前工作温度和当前工作压力；

$y^{\′}=[(y_3-y_2)-(y_1-y_0)]\×\frac{x}{x_1-x_0}+y$

其中，y₀为第一承压元件的理论工作温度或理论工作压力；y₁为第二承压元件的当前工作温度或当前工作压力；y₂为第一承压元件的理论工作温度或理论工作压力；y₃为第二承压元件的当前工作温度或当前工作压力；y′为第三承压元件的当前工作温度或当前工作压力；y为第三承压元件的理论工作温度或理论工作压力；x₀、x₁、x分别为根据各个承压元件的位置给第一承压元件、第二承压元件以及第三承压元件赋予的相对于同一坐标系的横坐标；

所述获取模块和所述计算模块重复上述过程，得到未设置监测点的各个承压元件的当前工作温度和当前工作压力。

6.根据权利要求4或5所述的电站锅炉承压元件寿命损耗获取系统，其特征在于，电站锅炉承压元件寿命损耗获取系统还包括报警单元：

当所述各个承压元件的寿命损耗超过对应的报警阈值时，所述报警单元发出相应的报警。

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