CN110555232B - 一种高参数机组大直径厚壁部件安全状态评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高参数机组大直径厚壁部件安全状态评价方法，包括：在机组的大直径厚壁部件处布置应力测点，利用在线应力监测装置进行现场应力测试，得到实测数据；基于有限元应力分析方法，对布置测点位置的应力水平进行数值模拟计算，得到模拟数据；将模拟数据与实测数据进行线性拟合，并通过与实测数据进行校验与修正，使模拟数据与实测数据的偏差在正负5％范围内；将现场在线应力监控装置应力预警值设定为对应材质同等温度下的许用应力值的80％；将有限元应力分析方法应力预警值设定为对应材质同等温度许用应力值的85％；基于评价指数F值，得出大直径厚壁部件安全状态评价结果。本发明实现了对大直径厚壁部件安全状态的准确评价。

Description

一种高参数机组大直径厚壁部件安全状态评价方法
技术领域
本发明属于火力发电技术领域，尤其涉及一种高参数机组大直径厚壁部件安全状态评价方法。
背景技术
随着电力行业的逐步发展，为满足市场用电需求以及国家环保要求，高参数大容量机组的逐步投产及应用将会是未来火电行业发展趋势。火电机组的高参数意味着主蒸汽管道等四大管道内流体的温度、压力、流速等物理参数大幅度提高。而管道作为电厂输送介质的载体，其管道部件所承受的应力水平也会显著提高，伴随着机组调峰任务的不断强化，负荷的升降所带来汽水参数的变化必然会加剧管道应力集中部件的危险性。
因此，需要一种可靠的高参数机组大直径厚壁部件安全状态评价方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种高参数机组大直径厚壁部件安全状态评价方法，通过电厂大直径厚壁部件(如三通、弯头等)的应力状态进行有限元模拟计算结合现场应力监测的方式，实现对大直径厚壁部件的安全状态进行准确评价。
本发明提供了一种高参数机组大直径厚壁部件安全状态评价方法，包括如下步骤：
步骤一：在机组的大直径厚壁部件处布置应力测点，利用在线应力监测装置进行现场应力测试，并进行大数据采集，得到实测数据；所述大直径厚壁部件包括电厂主蒸汽管道、再热热段蒸汽管道、再热冷段蒸汽管道、高压给水管道的三通部件、弯头管件及直管段；
步骤二：基于有限元应力分析方法，对布置测点位置的应力水平进行数值模拟计算，得到模拟数据；
步骤三：将所述模拟数据与所述实测数据进行线性拟合，并通过与所述实测数据进行校验与修正，使所述模拟数据与实测数据的偏差在正负5％范围内；
步骤四：将现场在线应力监控装置应力预警值设定为对应材质同等温度下的许用应力值的80％，表示为80％Sh实测；将有限元应力分析方法应力预警值设定为对应材质同等温度许用应力值的85％，表示为85％Sh模拟；
步骤五：基于评价指数F值，得出大直径厚壁部件安全状态评价结果，包括：
当所述评价指数F值大于80％Sh实测且大于85％Sh模拟时，对应的评价结果为：严重应力集中；
当所述评价指数F值大于80％Sh实测且小于85％Sh模拟时，对应的评价结果为：明显应力集中；
当所述评价指数F值小于80％Sh实测且小于85％Sh模拟时，对应的评价结果为：无明显应力集中。
进一步地，步骤1中，对于三通部件，布置测点位置为三通左右两侧肩部位置各一个测点；对于弯头管件，布置侧点位置为弯头背弧侧布置两个测点，弯头中性面位置两侧各布置一个测点；对于直管段，布置测点位置为直管段截面环向3点、6点、9点、12点位置各布置一个测点。
借由上述方案，通过高参数机组大直径厚壁部件安全状态评价方法，对电厂大直径厚壁部件(如三通、弯头等)的应力状态进行有限元模拟计算结合现场应力监测，实现了对大直径厚壁部件安全状态的准确评价。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实例提供了一种高参数机组大直径厚壁部件安全状态评价方法，该方法适用于600MW容量及以上超临界及超超临界火电机组，主要针对电厂四大管道，包括主蒸汽管道(过热器出口联箱到高压主汽门接口之间的两条高温高压蒸汽管道)，再热热段蒸汽管道(再热器出口联箱到中压主汽门接口的两条高温高压蒸汽管道)，再热冷段蒸汽管道(高压缸排汽口到再热器入口联箱接口之间的两条高温高压蒸汽管道)，高压给水管道(电动给水泵出口到省煤器入口联箱接口之间的高压锅炉供给水管道)。
本实施例旨在将有限元应力分析与现场实测相结合，提供一种可靠的数据处理方案，进而对大直径厚壁部件的安全状态进行准确评价。有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷工况)进行模拟。利用简单而又相互作用的元素(即单元)，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。通过有限元分析法可求解出应力、应变、位移等物理量。
该方法具体包括如下内容：
1、检测步骤
通过下述实施步骤，才能保证数据真实准确：
(1)在机组的大直径厚壁部件处布置应力测点，利用管道应力在线监测装置进行应力测试并进行大数据采集；
(2)针对某个管系对布置测点位置的应力水平运用有限元应力分析方法进行数值模拟计算。
(3)对大数据进行线性拟合，并修正物理模型以及边界参数的设定，直至将实测数据与模拟数据的拟合精度调整至小于5％范围内。
(4)运用此方法对其它管系处于应力集中位置的大直径厚壁部件的应力水平进行系统分析。主要包括：
1)处于热态吊零条件下的汽水管道系统在运行状态时，计算管系支吊点的分配重量荷载，并验算一次应力同时计算分配重量荷载下的管道管端推力及推力矩。
2)汽水管道运行初期由冷态到热态过程中，对三通管件、弯头等大直径厚壁部件的应力计算。
3)针对管道处于工作状态下由热态到冷态的变化过程，进行二次应力的验算。
4)针对处于工作状态下的大直径厚壁部件进行偶然荷载(例如水击、汽锤)的应力验算。
2、应力预警值的设定
(1)现场在线应力监控装置应力预警值(Sh实测)的设定
对于三通部件，布置测点位置为三通左右两侧肩部位置各一个测点；对于弯头管件，布置侧点位置为弯头背弧侧布置两个测点，弯头中性面位置两侧各布置一个测点。对于直管段，布置测点位置为直管段截面环向3点、6点、9点、12点位置各布置一个测点。对于以上型式的管件，选取每种管件测点的最大值，然后针对不同材质，如选取的最大应力值超过对应材质同等温度下的许用应力值的80％，则设备发出预警信号，即对应材质同等温度下的许用应力值的80％作为预警临界值。
(2)有限元应力分析方法应力预警值(Sh模拟)的设定
通过与现场实测参数的校验与修正，理论上利用有限元应力分析方法数值模拟计算出的数据与实测数据保持一致，但介于工程环境实际客观因素的影响，有限元模拟数据与实测数据偏差在正负5％范围内均可接受，所以将利用有限元应力分析法的应力预警值设定为对应材质同等温度许用应力值的85％。
(3)评价指数F的确定,如表1。
表1大直径厚壁部件安全状态评定表
Figure GDA0002222048600000041
该高参数机组大直径厚壁部件安全状态评价方法，通过对电厂大直径厚壁部件的应力状态进行有限元模拟计算结合现场应力监测的方式，实现了对大直径厚壁部件安全状态的准确评价。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种高参数机组大直径厚壁部件安全状态评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：在机组的大直径厚壁部件处布置应力测点，利用在线应力监测装置进行现场应力测试，并进行大数据采集，得到实测数据；所述大直径厚壁部件包括电厂主蒸汽管道、再热热段蒸汽管道、再热冷段蒸汽管道、高压给水管道的三通部件、弯头管件及直管段；
步骤二：基于有限元应力分析方法，对布置测点位置的应力水平进行数值模拟计算，得到模拟数据；
步骤三：将所述模拟数据与所述实测数据分别进行线性拟合，并通过实测数据对模拟数据进行校验与修正，使所述模拟数据与实测数据的偏差在正负5%范围内；
步骤四：将现场在线应力监测装置应力预警值设定为对应材质同等温度下的许用应力值的80%，表示为80%Sh实测；将有限元应力分析方法应力预警值设定为对应材质同等温度许用应力值的85%，表示为85% Sh模拟；
步骤五：基于评价指数F值，得出大直径厚壁部件安全状态评价结果，包括：
当所述评价指数F值大于80%Sh实测且大于85% Sh模拟时，对应的评价结果为：严重应力集中；
当所述评价指数F值大于80%Sh实测且小于85% Sh模拟时，对应的评价结果为：明显应力集中；
当所述评价指数F值小于80%Sh实测且小于85% Sh模拟时，对应的评价结果为：无明显应力集中。
2.根据权利要求1所述的高参数机组大直径厚壁部件安全状态评价方法，其特征在于，步骤1中，对于三通部件，布置测点位置为三通左右两侧肩部位置各一个测点；对于弯头管件，布置测点位置为弯头背弧侧布置两个测点，弯头中性面位置两侧各布置一个测点；对于直管段，布置测点位置为直管段截面环向3点、6点、9点、12点位置各布置一个测点。
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