CN110068452A - 一种锅炉管寿命耗损状态监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉管寿命耗损状态监测方法及系统。所述监测方法包括：获取锅炉管寿命以及所述锅炉管的实际运行时间；根据所述实际运行时间确定锅炉管损失寿命参数；所述锅炉管损失寿命参数包括超温损失寿命以及应力损失寿命；根据所述锅炉管寿命以及锅炉管损失寿命参数确定锅炉管剩余寿命；根据所述锅炉管剩余寿命确定锅炉管寿命耗损状态。采用本发明所提供的监测方法及系统能够提供连续监测数据，并准确向维修人员提供检修信息，避免材料浪费，提高检修进度。

Description

一种锅炉管寿命耗损状态监测方法及系统

技术领域

本发明涉及锅炉管寿命耗损状态监测领域，特别是涉及一种锅炉管寿命耗损状态监测方法及系统。

背景技术

火电机组受热面部件长期在高温、高压、腐蚀介质的工况下工作，服役条件极其恶劣。随着运行时间的延长，受热面部件材料会发生蠕变损伤，材料的微观组织发生老化，从而导致材料力学性能的劣化，使其强度、塑性和韧性下降，脆性增加。导致这些因素的首先是燃煤锅炉的恶劣工况以及介质、应力、温度、腐蚀、磨损和振动等的综合影响；其次，伴随着高温氧化、高温腐蚀及电化学腐蚀等作用，燃烧产物以及不清洁的锅炉水质等造成的腐蚀会使管壁厚度显著减薄，导致管子损伤，缩短管子应有的使用寿命；另一方面，机组的频繁启停引起部件疲劳损伤，进而导致部件的开裂，甚至出现严重的事故，对参与调峰运行的机组来说这种情况更为严重。

从中电联电力历年可靠性统计结果及华能集团历年可靠性统计结果分析，锅炉非计划停运约占全部停运事件的60％，而锅炉四管泄漏又占锅炉事故的60％，其中水冷壁泄漏约占33％，过热器泄漏约占30％，省煤器泄漏约占20％，再热器泄漏约占17％。因此开展高温锅炉管和高温部件寿命管理技术研究及应用，是保障机组的安全运行的一项重要工作，对确保机组安全经济运行有着重要的意义。

从机组运行的经济性考虑，对机组由计划性检修改为状态性检修是机组科学管理的一个必然发展趋势。上世纪80年代以来，美国等发达国家在火电厂逐步开展一系列机组维修优化研究，基于设备风险评估的维修(Risk Based Maintenance-RBM)，可靠性维修(Reliability Centered Maintenance-RCM)，预知性维修(Predictive Maintenance-PDM)，预防性维修(Preventiv Maintenance-PM)等。国内目前也在开展以机组高温关键部件状态评估和寿命评估为基础的设备状态检修，通过采用先进的监测手段，及时掌握设备的安全状态和寿命损耗，合理地安排检修项目与检修间隔，从而有效地降低检修成本，提高设备安全、经济性。

通过开展机组受热面状态检验和寿命评估，及时掌握设备的安全状态和寿命损耗，结合锅炉在线寿命管理系统的实时监测和报警功能，合理地安排检修项目与检修间隔，从而能有效地降低检修成本，提高设备安全、经济性。

锅炉受热面的失效一直都是世界各国电厂锅炉设备损坏和造成机组非计划停机的主要原因。在国内，由于设计、制造、安装、运行等诸多方面原因，导致锅炉受热面管的失效事故更频繁的发生，是造成锅炉突发性事故导致停机和维修的主要原因。高温锅炉管长期在火焰、烟气、飞灰等十分恶劣的环境介质中运行，因而在服役过程中会发生一系列材料组织与性能的变化，这些变化涉及材料蠕变、疲劳、腐蚀、冲蚀等复杂的老化与失效机理，而由此造成的失效方式多达23种，这些失效均普遍造成严重的爆管失效。

此外，炉外高温厚壁部件在长期运行过程中，由于负荷波动、快速起停机等工况的影响，承受较大的热应力，疲劳损伤逐渐增加，容易在应力集中部位引起裂纹萌生和扩展。裂纹扩展至一定厚度，便会引起部件失效。

为了有效解决锅炉高温受热面和炉外高温部件的失效问题，国内外开展了锅炉寿命评估技术的研究，力求通过提前获取设备的寿命，及时对高风险部位更换或维修的方式来减少非计划停机。

锅炉寿命评估技术分为离线评估和在线评估两种模式，国外开展寿命评估技术研究较早，但相对集中于离线评估模式。

随着我国电力体制改革的不断深化，电力系统厂网分开，各电厂之间竞争日趋激烈，如何降低发电成本、进一步提高设备可靠性和生产效率是电厂越来越关心的问题。近年来，电厂不断应用新技术，提高机组的自动化程度，完善计算机管理系统，这些使得计划检修的弊端逐步暴露出来。部件运行到何种程度时需维修或更换，以前为了简化问题，往往假定当一个部件进行维修之后，其可靠度与以往一样，事实上大多数部件的失效符合一种标准模式，即失效速率与时间成浴盆曲线的形状，除了在调试阶段外，部件的可靠度是随着使用时间的增加而下降的。而且对部件的维修仅能恢复其原有的功能，并不能对其可靠度的提高有多大的帮助。定期检修不可避免地造成某些设备的过修和欠修，从而造成资金的浪费和生产成本的提高，对设备、机组的可靠性和经济性也有一定影响。在此过程中，锅炉四管及高温高压部件的检修检查往往是对重点部位进行外观检查、定点测厚、割管分析及无损检测等检验，其数据是定期性的、间断的，缺乏对受热面及高温高压部件日常运行状态的连续跟踪分析，且检查的部位因现场条件的限制往往漏检，仍不可避免地造成部分设备事故发生。由于检验不连续和缺乏准确性，检修计划的提出只能从安全角度考虑，将无把握性的部位进行更换，从而造成检修提前，既浪费了材料，耗费了人力，又造成检修进度安排的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种锅炉管寿命耗损状态监测方法及系统，以解决传统锅炉管监测方法对锅炉管定期监测时，所得到的监测数据为间断数据，缺乏准确性，从而导致检修提前或延后，既浪费了材料，耗费了人力，又造成检修进度安排困难的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种锅炉管寿命耗损状态监测方法，包括：

获取锅炉管寿命以及所述锅炉管的实际运行时间；

根据所述实际运行时间确定锅炉管损失寿命参数；所述锅炉管损失寿命参数包括超温损失寿命以及应力损失寿命；

根据所述锅炉管寿命以及锅炉管损失寿命参数确定锅炉管剩余寿命；

根据所述锅炉管剩余寿命确定锅炉管寿命耗损状态。

可选的，所述根据所述实际运行时间确定锅炉管损失寿命参数，具体包括：

根据公式T_cw＝T_yx×cw确定超温损失寿命；其中，T_cw为超温损失寿命；T_yx为实际运行时间；cw为第一调节系数。

可选的，所述根据所述实际运行时间确定锅炉管损失寿命参数，具体包括：

根据公式T_cs＝T_yx×cs确定应力损失寿命；其中，T_cs为应力损失寿命；cs为第二调节系数。

可选的，所述根据所述锅炉管寿命以及锅炉管损失寿命参数确定锅炉管剩余寿命，具体包括：

根据公式T_sy＝T_sj-T_yx-T_cw-T_cs确定锅炉管剩余寿命；其中，T_sy为锅炉管剩余寿命；T_sj为锅炉管寿命。

一种锅炉管寿命耗损状态监测系统，包括：

锅炉管寿命以及实际运行时间获取模块，用于获取锅炉管寿命以及所述锅炉管的实际运行时间；

锅炉管损失寿命参数确定模块，用于根据所述实际运行时间确定锅炉管损失寿命参数；所述锅炉管损失寿命参数包括超温损失寿命以及应力损失寿命；

锅炉管剩余寿命确定模块，用于根据所述锅炉管寿命以及锅炉管损失寿命参数确定锅炉管剩余寿命；

锅炉管寿命耗损状态确定模块，用于根据所述锅炉管剩余寿命确定锅炉管寿命耗损状态。

可选的，所述锅炉管损失寿命参数确定模块具体包括：

超温损失寿命确定单元，用于根据公式T_cw＝T_yx×cw确定超温损失寿命；其中，T_cw为超温损失寿命；T_yx为实际运行时间；cw为第一调节系数。

可选的，所述锅炉管损失寿命参数确定模块具体包括：

应力损失寿命确定单元，用于根据公式T_cs＝T_yx×cs确定应力损失寿命；其中，T_cs为应力损失寿命；cs为第二调节系数。

可选的，所述锅炉管剩余寿命确定模块具体包括：

锅炉管剩余寿命确定单元，用于根据公式T_sy＝T_sj-T_yx-T_cw-T_cs确定锅炉管剩余寿命；其中，T_sj为锅炉管寿命。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提出了一种锅炉管寿命耗损状态监测方法及系统，根据锅炉管的实际运行时间确定锅炉管损失寿命参数，从而确定锅炉管剩余寿命，实现对锅炉管寿命耗损状态的实时监测，不会出现数据间断的问题，提供连续监测数据以提高数据的准确性，进而准确向维修人员提供检修信息，避免了材料浪费，提高了检修进度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的锅炉管寿命耗损状态监测方法流程图；

图2为本发明所提供的锅炉管寿命耗损状态监测系统结构图；

图3为本发明所提供的机组寿命管理系统架构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种炉管寿命耗损状态监测方法及系统，能够提供连续监测数据，并准确向维修人员提供检修信息，避免材料浪费，提高检修进度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的锅炉管寿命耗损状态监测方法流程图，如图1所示，一种锅炉管寿命耗损状态监测方法，包括：

步骤101：获取锅炉管寿命以及所述锅炉管的实际运行时间。

步骤102：根据所述实际运行时间确定锅炉管损失寿命参数；所述锅炉管损失寿命参数包括超温损失寿命以及应力损失寿命。

所述步骤102具体包括：

根据公式T_cw＝T_yx×cw确定超温损失寿命；其中，T_cw为超温损失寿命；T_yx为实际运行时间；cw为第一调节系数。

本发明根据壁温划分锅炉管寿命由于温度耗损的等级范围，从而显示出当前超温损失是否在超温损失的正常范围内，从而及时进行检修，表1为本发明所提供的壁温与锅炉管寿命显示状态表，如表1所示。

表1

序号	条件	系数	显示状态
				1	t<sub>b</sub>≤t<sub>b0</sub>	cw<sub>0</sub>＝0	第一等级
2	t<sub>b0</sub>＜t<sub>b</sub>≤t<sub>b1</sub>	cw<sub>1</sub>＝0.05	第二等级
				3	t<sub>b1</sub>＜t<sub>b</sub>≤t<sub>b2</sub>	cw<sub>2</sub>＝0.1	第三等级
4	t<sub>b</sub>＞t<sub>b2</sub>	cw<sub>3</sub>＝0.4	第四等级

其中，t_b为实测壁温(单位：℃)，取之壁温测点；t_b0、t_b1、t_b2均为设定壁温，t_b0＜t_b1＜t_b2，寿命损耗的显示状态的严重程度：第一等级＜第二等级＜第三等级＜第四等级。

根据公式T_cs＝T_yx×cs确定应力损失寿命；其中，T_cs为应力损失寿命；cs为第二调节系数。

本发明根据壁温变化划分锅炉管寿命由于壁温变化耗损的等级范围，从而显示出当前应力损失是否在应力损失的正常范围内，从而及时进行检修，表2为本发明所提供的壁温变化与锅炉管寿命显示状态表，如表2所示。

表2

序号	条件	系数	显示状态
				1	t<sub>s</sub>≤t<sub>s0</sub>	cs<sub>0</sub>＝0	第一等级
2	t<sub>s0</sub>＜t<sub>s</sub>≤t<sub>s1</sub>	cs<sub>1</sub>＝0.1	第二等级
				3	t<sub>s1</sub>＜t<sub>s</sub>≤t<sub>s2</sub>	cs<sub>2</sub>＝0.2	第三等级
4	t<sub>s</sub>＞t<sub>s2</sub>	cs<sub>3</sub>＝0.6	第四等级

其中，t_s为壁温变化计算值(单位：℃/分钟)，每三分钟作一次计算；t_s0、t_s1、t_s2均为设定壁温变化值，寿命损耗的显示状态的严重程度：第一等级＜第二等级＜第三等级＜第四等级。

本发明根据寿命耗损的显示状态的严重程度进行报警。

步骤103：根据所述锅炉管寿命以及锅炉管损失寿命参数确定锅炉管剩余寿命。

步骤104：根据所述锅炉管剩余寿命确定锅炉管寿命耗损状态。

所述步骤103具体包括：根据公式T_sy＝T_sj-T_yx-T_cw-T_cs确定锅炉管剩余寿命；其中，T_sy为锅炉管剩余寿命；T_sj为锅炉管寿命。

图2为本发明所提供的锅炉管寿命耗损状态监测系统结构图，如图2所示，一种锅炉管寿命耗损状态监测系统，包括：

锅炉管寿命以及实际运行时间获取模块201，用于获取锅炉管寿命以及所述锅炉管的实际运行时间。

锅炉管损失寿命参数确定模块202，用于根据所述实际运行时间确定锅炉管损失寿命参数；所述锅炉管损失寿命参数包括超温损失寿命以及应力损失寿命。

所述锅炉管损失寿命参数确定模块202具体包括：超温损失寿命确定单元，用于根据公式T_cw＝T_yx×cw确定超温损失寿命；其中，T_cw为超温损失寿命；T_yx为实际运行时间；cw为第一调节系数。

所述锅炉管损失寿命参数确定模块202具体包括：应力损失寿命确定单元，用于根据公式T_cs＝T_yx×cs确定应力损失寿命；其中，T_cs为应力损失寿命；cs为第二调节系数。

锅炉管剩余寿命确定模块203，用于根据所述锅炉管寿命以及锅炉管损失寿命参数确定锅炉管剩余寿命。

锅炉管寿命耗损状态确定模块204，用于根据所述锅炉管剩余寿命确定锅炉管寿命耗损状态。

所述锅炉管剩余寿命确定模块204具体包括：锅炉管剩余寿命确定单元，用于根据公式T_sy＝T_sj-T_yx-T_cw-T_cs确定锅炉管剩余寿命；其中，T_sj为锅炉管寿命。

基于本发明所提供的锅炉管寿命耗损状态监测方法及系统能够构建如图3所示的机组寿命管理系统架构，机组寿命管理系统包括锅炉管寿命管理系统、锅炉部件寿命管理系统以及汽轮机转子寿命管理系统，各系统均采用B/S结构。

其中，数据转换服务程序用于负责不间断的从电厂实时数据库中获取现场生产数据，并将其存入寿命管理数据库中。

数据库为寿命管理系统数据库，系统选用大型、安全、稳定的ORACLE数据库。

实时性能分析服务程序用于负责不间断的从寿命管理数据库中获取现场生产数据信息，进行数据有效性判断、超温超压实时报警判断、超温超压统计等，并实时评估部件状态。

Web服务程序用于寿命管理系统最终以网页形式发布，Web页面是电厂工作人员可见的部分，设备信息管理、在线状态监测、测点超限统计结果浏览、历史记录查询、报表打印以及帮助等功能都是通过Web服务程序实现。该系统不需要在用户计算机上另行安装专门的软件，只需一个标准的网页浏览器(如：IE，NetScape)，就可以访问和操作。

从多个方面对锅炉管寿命管理系统进行说明。

1)状态在线监测及评估：

通过实时获取高温锅炉管(过热器、再热器)的壁温测点数据，结合管子的尺寸和材质等工艺参数，在离线检测的基础上综合在线监测信息自动进行实时评估，系统地对高温锅炉管进行以寿命为基础的管理。将反映设备状态信息的数据(当量金属温度、应力、残余寿命等)以列表和曲线等形式显示，以多级报警的形式告知电厂工作人员，并提供相应的运行、维修及更换建议。

状态在线监测具体包括：炉管综合状态实时监测；管排当量金属温度分布曲线；管排应力分布曲线；炉管壁温测点棒图显示；炉管当量金属温度报警及统计；炉管应力报警及统计；炉管残余寿命报警及统计；炉管壁温测点运行记录的存储。

根据评估结果，可给出必要的维修、更换及检验建议。

2)设备信息管理：

设备信息管理是针对寿命管理系统所涉及的部件信息进行管理。包含的信息主要是设备的设计、制造、安装、运行、检验、维修、经济性等方面的信息。该模块的主要功能是为设备的状态评估和寿命评估提供统一的设备原始数据，并对设备的维修、更换等进行及时更新。

主要功能包括：机组信息的查询、添加、删除、修改；锅炉管信息的查询、添加、删除、修改等；锅炉管当量金属温度、应力、残余寿命报警阀值设置；锅炉管壁温测点报警阀值设置；测点信息管理；评估点信息管理；在线评估基准数据管理；运行班值考核管理。

3)运行历史查询：

运行历史查询是指对设备状态的历史记录进行查询，其中以对运行参数(温度)的查询浏览为主。该系统提供了丰富的查询及显示方法，借助这些方法，电厂工作人员还可以进行运行记录的趋势分析。

主要提供以下功能：锅炉管当量金属温度、应力、寿命报警记录查询；锅炉管当量金属温度、应力、寿命历史记录查询；锅炉管壁温测点运行记录查询和趋势分析；历史时刻管排温度场分布；锅炉管测点超温历史查询；锅炉测点某时间段内温度分布频率图。

4)超温统计分析：

当连续实时的从电厂生产数据库获取设备温度数据时，系统将会对每个测点进行超温判断，记录下每次超温的持续时间、超温最高幅度、超温平均幅度。用户可以通过选定时间段来统计该段时间内超温累计时间、超温次数、超温幅度平均值。此外，超温统计模块还提供对测点进行风险计算和风险排序的功能，为检修人员提供指导。

主要包括以下两部分：测点超温统计；测点超温记录；测点超温月报。

5)运行班值超温考核：

根据电厂生产管理的需要，本系统提供了运行班值超温考核功能，它根据电厂的运行轮值表自动实现对各运行班值当值期间发生的超温信息进行统计，无需手动干预即可实现各项指标统计分析。

主要包括：班值运行记录报表；班值运行统计报表；班值运行统计月报；轮值计算基准日期管理；班值统计测点管理。

6)报告生成及打印：

本系统可以自动生成丰富的分析报告(报表)，并可直接打印。

分析报告主要包括：评估点报警统计报表；评估点报警记录报表；测点超温统计报表；测点超温统计月报；运行班值超温月报。

7)系统维护及帮助：

为系统的使用和安全提供必要的维护工具和帮助，主要包括以下权限：用户权限管理；材料类别名称对照；符号/单位说明；帮助。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种锅炉管寿命耗损状态监测方法，其特征在于，包括：

获取锅炉管寿命以及所述锅炉管的实际运行时间；

根据所述实际运行时间确定锅炉管损失寿命参数；所述锅炉管损失寿命参数包括超温损失寿命以及应力损失寿命；

根据所述锅炉管寿命以及锅炉管损失寿命参数确定锅炉管剩余寿命；

根据所述锅炉管剩余寿命确定锅炉管寿命耗损状态。

2.根据权利要求1所述的锅炉管寿命耗损状态监测方法，其特征在于，所述根据所述实际运行时间确定锅炉管损失寿命参数，具体包括：

根据公式T_cw＝T_yx×cw确定超温损失寿命；其中，T_cw为超温损失寿命；T_yx为实际运行时间；cw为第一调节系数。

3.根据权利要求2所述的锅炉管寿命耗损状态监测方法，其特征在于，所述根据所述实际运行时间确定锅炉管损失寿命参数，具体包括：

根据公式T_cs＝T_yx×cs确定应力损失寿命；其中，T_cs为应力损失寿命；cs为第二调节系数。

4.根据权利要求3所述的锅炉管寿命耗损状态监测方法，其特征在于，所述根据所述锅炉管寿命以及锅炉管损失寿命参数确定锅炉管剩余寿命，具体包括：

根据公式T_sy＝T_sj-T_yx-T_cw-T_cs确定锅炉管剩余寿命；其中，T_sy为锅炉管剩余寿命；T_sj为锅炉管寿命。

5.一种锅炉管寿命耗损状态监测系统，其特征在于，包括：

锅炉管寿命以及实际运行时间获取模块，用于获取锅炉管寿命以及所述锅炉管的实际运行时间；

锅炉管损失寿命参数确定模块，用于根据所述实际运行时间确定锅炉管损失寿命参数；所述锅炉管损失寿命参数包括超温损失寿命以及应力损失寿命；

锅炉管剩余寿命确定模块，用于根据所述锅炉管寿命以及锅炉管损失寿命参数确定锅炉管剩余寿命；

锅炉管寿命耗损状态确定模块，用于根据所述锅炉管剩余寿命确定锅炉管寿命耗损状态。

6.根据权利要求5所述的锅炉管寿命耗损状态监测系统，其特征在于，所述锅炉管损失寿命参数确定模块具体包括：

超温损失寿命确定单元，用于根据公式T_cw＝T_yx×cw确定超温损失寿命；其中，T_cw为超温损失寿命；T_yx为实际运行时间；cw为第一调节系数。

7.根据权利要求6所述的锅炉管寿命耗损状态监测系统，其特征在于，所述锅炉管损失寿命参数确定模块具体包括：

应力损失寿命确定单元，用于根据公式T_cs＝T_yx×cs确定应力损失寿命；其中，T_cs为应力损失寿命；cs为第二调节系数。

8.根据权利要求7所述的锅炉管寿命耗损状态监测系统，其特征在于，所述锅炉管剩余寿命确定模块具体包括：

锅炉管剩余寿命确定单元，用于根据公式T_sy＝T_sj-T_yx-T_cw-T_cs确定锅炉管剩余寿命；其中，T_sj为锅炉管寿命。