RU2692438C1 - Method of evaluation of strength and determination of service life of drums and header of boiler - Google Patents
Method of evaluation of strength and determination of service life of drums and header of boiler Download PDFInfo
- Publication number
- RU2692438C1 RU2692438C1 RU2018141140A RU2018141140A RU2692438C1 RU 2692438 C1 RU2692438 C1 RU 2692438C1 RU 2018141140 A RU2018141140 A RU 2018141140A RU 2018141140 A RU2018141140 A RU 2018141140A RU 2692438 C1 RU2692438 C1 RU 2692438C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drum
- collector
- block
- stress
- fittings
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title abstract description 4
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 8
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims abstract description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 11
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 6
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 6
- 239000002585 base Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 3
- 239000003637 basic solution Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000013479 data entry Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000013524 data verification Methods 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
- F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
- F22B37/38—Determining or indicating operating conditions in steam boilers, e.g. monitoring direction or rate of water flow through water tubes
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
- G06N7/00—Computing arrangements based on specific mathematical models
- G06N7/02—Computing arrangements based on specific mathematical models using fuzzy logic
- G06N7/06—Simulation on general purpose computers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Fuzzy Systems (AREA)
- Algebra (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано при оценке прочности и определении проектного и остаточного ресурса работающих под давлением барабанов и коллекторов котлов.The invention relates to the field of power engineering and can be used to assess the strength and determine the design and residual life of pressure drums and collectors of boilers.
Известен способ контроля работоспособного состояния оборудования тепловых электрических станций и нефтеперерабатывающих заводов (Патент РФ №2049345, МПК G05D 27/00, G01N 27/82, опубл. 27.11.1995), включающий измерение напряженности и индукции магнитного поля в отдельных точках, фиксацию измеренных параметров, формирование сглаженной совокупности измеренных параметров, нормирование полученной сглаженной совокупности измеренных параметров, восстановление ранее усредненных флуктуаций параметров измерения соседних точек, задание пороговых сигналов нормального состояния объекта и пороговых сигналов рискованного состояния объекта, сравнение с ними значений сигналов флуктуаций параметров измерения, нахождение точек рискованного состояния и точек аварийного состояния, формирование координат этих точек и косвенную оценку напряженно-деформированного состояния по изменениям параметров магнитного поля в точках рискованного состояния с последующим расчетом механических напряжений.A known method of monitoring the operational state of the equipment of thermal power plants and oil refineries (RF Patent No. 2049345, IPC G05D 27/00, G01N 27/82, publ. 27.11.1995), which includes measuring the intensity and induction of the magnetic field at individual points, fixing the measured parameters , the formation of a smoothed set of measured parameters, the rationing of the obtained smoothed set of measured parameters, the restoration of previously averaged fluctuations of the measurement parameters of neighboring points, the setting of threshold signals of the object’s state and threshold signals of the hazardous state of the object, comparison with them of the signal values of the measurement parameter fluctuations, finding the risky state points and emergency state points, forming the coordinates of these points and indirectly estimating the stress-strain state from changes in the magnetic field parameters at the risky state points, followed by calculation of mechanical stresses.
Недостатками способа являются обязательный останов котла для проведения длительной диагностики и косвенная оценка механических напряжений по изменениям параметров магнитного поля в точках рискованного состояния с последующим расчетом механических напряжений и коэффициентов их концентрации. Это делает невозможным использование способа при оценке проектного ресурса барабанов и коллекторов, а также остаточного ресурса непосредственно в ходе эксплуатации по изменениям режима работы котла. Магнитное поле специфично для каждого котла, его отдельного элемента, в том числе отдельного штуцера, что делает способ только диагностическим. Кроме этого проблематична оценка точности расчета остаточного ресурса контролируемых элементов оборудования после применения способа в ходе очередного диагностирования при останове котла.The disadvantages of the method are the mandatory shutdown of the boiler for long-term diagnostics and the indirect evaluation of mechanical stresses from changes in magnetic field parameters at risk points with the subsequent calculation of mechanical stresses and their concentration factors. This makes it impossible to use the method in estimating the design life of the drums and collectors, as well as the residual resource directly during operation due to changes in the boiler operation mode. The magnetic field is specific for each boiler, its individual element, including a separate choke, which makes the method only diagnostic. In addition, it is problematic to assess the accuracy of the calculation of the residual life of the monitored items of equipment after applying the method during the next diagnostics when the boiler is stopped.
Известен нормативный метод определения ресурса барабанов и коллекторов котлов (РД10-249-98. Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды. - М.: Изд-во ЗАО НТЦ ПБ, 2010. - 270 с.), в котором изложен общий порядок расчета барабанов и коллекторов, работающих под давлением, на малоцикловую усталость с определением ресурса элементов нового котла или остаточного ресурса элементов котла в ходе его эксплуатации. Метод включает определение расчетных окружных, осевых и радиальных нормальных напряжений от внутреннего давления, нормальных напряжений от изгиба, касательных напряжений кручения и касательных напряжений от поперечных нагрузок, дальнейшее вычисление главных и расчетных напряжений, в том числе расчетных напряжений в расчетных точках и амплитуд переменных напряжений с учетом коэффициентов концентрации напряжений и их сравнения с расчетными допускаемыми амплитудами переменных напряжений в зависимости от заданного числа циклов переменных напряжений (требуемого ресурса элемента котла), либо определение по величине амплитуд переменных напряжений с помощью кривых малоцикловой усталости ресурса элемента котла (числа циклов переменных напряжений). Окружные нормальные напряжения рассчитываются по формуле:Known regulatory method for determining the resource of the drums and collectors of boilers (RD10-249-98. Standards for strength calculation of stationary boilers and pipelines of steam and hot water. - M .: Publishing House NTC PB, 2010. - 270 p.), In which outlines the general procedure for calculating drums and reservoirs working under pressure for low-cycle fatigue with the definition of the life of the elements of the new boiler or the residual life of the elements of the boiler during its operation. The method includes determining the calculated circumferential, axial and radial normal stresses from internal pressure, normal bending stresses, tangential tangential stresses, and shear stresses from transverse loads, further calculating the main and calculated stresses, including the calculated stresses at the calculated points and the amplitudes of the alternating stresses taking into account the stress concentration factors and their comparison with the calculated permissible amplitudes of the variable voltages depending on the specified number of cycles nnyh voltages (desired resource element of the boiler), or the determination of the value of alternating voltage amplitudes by the curves of low cycle fatigue life of the boiler element (variable number of stress cycles). District normal stresses are calculated by the formula:
где р⋅ - внутреннее избыточное давление в барабане или коллекторе,where p⋅ is the internal overpressure in the drum or manifold,
D - внутренний диаметр барабана или коллектора,D is the inner diameter of the drum or collector,
s - толщина стенки обечайки барабана или коллектора.s is the wall thickness of the shell of the drum or collector.
Недостатком данного способа является использование упрощенной методики определения расчетных напряжений и неточные значения коэффициентов концентрации напряжений. Кроме того не учтены температурные напряжения от изменения температуры среды в штуцерах и разницы температур верхней и нижней точек барабана или коллектора, что приводит к заниженной оценке ресурса барабанов и коллекторов котла.The disadvantage of this method is the use of a simplified method for determining calculated stresses and inaccurate values of stress concentration factors. In addition, temperature stresses from changes in the temperature of the medium in fittings and temperature differences between the upper and lower points of the drum or collector are not taken into account, which leads to an underestimation of the resource of the drums and collectors of the boiler.
Известен нормативный метод определения напряжений в трубопроводах при нестационарных температурных режимах котлов (РТМ24.038.11-72. Расчет прочности трубопроводов энергоустановок для условий нестационарных температурных режимов. - М.: Изд-во ОНТИ ЦКТИ, 1974. - 82 с.), в котором предложено рассчитывать тангенциальное (окружное) и продольное (осевое) температурные напряжения на внутренних и наружных поверхностях трубопроводов в случае квазистационарного режима по формуле:Known regulatory method for determining the stresses in pipelines with non-stationary temperature conditions of boilers (RTM24.038.11-72. Calculation of the strength of pipelines of power plants for conditions of non-stationary temperature conditions. - M .: ONTI CKTI, 1974. - 82 pp.), Which proposed calculate the tangential (circumferential) and longitudinal (axial) temperature stresses on the internal and external surfaces of pipelines in the case of a quasistationary mode using the formula:
где ϕ - коэффициент, зависящий от типа поверхности и отношения наружного и внутреннего диаметров трубы (обечайки) и представленный в виде графиков;where ϕ - coefficient depending on the type of surface and the ratio of the outer and inner diameters of the pipe (shell) and presented in the form of graphs;
s - толщина стенки трубы;s is the wall thickness of the pipe;
ω - скорость изменения температуры среды в трубе;ω is the rate of change of temperature of the medium in the pipe;
α - коэффициент линейного расширения;α is the linear expansion coefficient;
Е - модуль упругости первого рода;E is the modulus of elasticity of the first kind;
а - коэффициент температуропроводности;a - coefficient of thermal diffusivity;
μ - коэффициент Пуассона.μ - Poisson's ratio.
Недостатком данного способа является то, что в нем при определении температурных напряжений не учитывается концентрация напряжений в проходных вваренных штуцерах барабанов и коллекторов. Кроме этого не описана функциональная зависимость параметра ϕ от размерных параметров штуцера.The disadvantage of this method is that when determining the temperature stresses, it does not take into account the stress concentration in the welded-through fittings of drums and collectors. In addition, the functional dependence of the parameter ϕ on the dimensional parameters of the nozzle is not described.
Наиболее близким к заявляемому является способ длительного непрерывного автоматического определения остаточного ресурса элементов котла, работающих под давлением (Патент РФ №2206024, МПК F22B 37/38, опубл. 10.06.2003), включающий ведение с помощью измерителей постоянного контроля за состоянием котла и параметрами его элементов, непрерывную передачу информации в блок, где она проходит проверку на достоверность и поступает в блок первичной переработки, где формируется оперативный мониторинг об идентификации режимов работы котла, замеченных отклонениях текущих параметров от нормы, исходные данные для математических моделей. При этом в блок первичной переработки поступают также постоянные и конструктивные данные, данные, параметрически зависящие от результатов измерений. Из блока первичной переработки информация поступает в математические модели, где одновременно и непрерывно ведутся расчеты исчерпания ресурса от статических нагружений в результате ползучести, циклических нагружений от пульсаций давлений или температур, микроциклов при режимных изменениях нагрузки, вида топлива, других режимных факторов, гидроиспытаний, основных циклов "пуск-останов" для элементов, в которых такие нагружения имеются. Результаты работы математических моделей передаются в блок, где происходит их обработка, формирование результатов по всем видам нагружений, обобщенных данных, мониторинговых сообщений, информации для отчетов, архивов, интерфейса. Блок управления обеспечивает заданный режим математических моделей и блока обработки данных и через последний, воздействуя на блок доступа к базам данных, подготавливает очередную входную информацию для расчетов, передавая ее в блок первичной переработки. Представление данных и связь с пользователем осуществляются через блок средств интерфейса. Эти данные вводятся в электронный журнал ремонтов через средства интерфейса. Каждое сообщение, поступающее в электронный журнал ремонтов, классифицируется, проходит идентификацию через блок преобразований информации и корректор влияния и направляется в блоки доступа к данным и управления, осуществляя, таким образом, свое влияние на процесс определения остаточного ресурса.Closest to the claimed method is a long continuous automatic determination of the residual life of the boiler elements working under pressure (Patent RF №2206024, IPC F22B 37/38, publ. 10.06.2003), including maintaining with the help of measuring instruments continuous monitoring of the state of the boiler and its parameters elements, continuous transmission of information to the unit, where it is checked for accuracy and enters the primary processing unit, where operational monitoring is formed on the identification of the operating modes of the boiler, the deviations noted the current parameters of the norm, the source data for mathematical models. At the same time, permanent and structural data, data that are parametrically dependent on the measurement results are also received in the primary processing unit. From the primary processing unit, information enters the mathematical models, where the exhaustion of the resource from static loads as a result of creep, cyclic loading from pressure or temperature fluctuations, microcycles under regime changes of load, fuel type, other regime factors, hydrotestings, main cycles are simultaneously and continuously conducted. "start-stop" for elements in which such loads exist. The results of the work of mathematical models are transmitted to the unit, where they are processed, the formation of the results for all types of loading, generalized data, monitoring messages, information for reports, archives, and interface. The control unit provides the specified mode of mathematical models and the data processing unit and, through the latter, acting on the database access unit, prepares the next input information for the calculations, passing it to the primary processing unit. Data presentation and communication with the user is carried out through the interface unit. These data are entered into the electronic repair log via the interface. Each message received in the electronic repair log is classified, identified through the information conversion unit and the influence corrector and sent to the data access and control units, thus influencing the process of determining the residual resource.
Способ позволяет повысить достоверность, точность непрерывного автоматического определения остаточного ресурса элементов котла, однако имеется недостаток, заключающийся в том, что использование нормативного метода оценки остаточного ресурса и, соответственно, заложенных в нем фиксированных нормированных величин коэффициентов концентрации напряжений, которые фактически являются верхней оценкой величины коэффициентов концентрации напряжений, приводит к завышению расчетных напряжений, увеличению металлоемкости соединений «обечайка-штуцер» барабанов и коллекторов, занижению ресурса барабанов и коллекторов.The method allows to increase the reliability, accuracy of continuous automatic determination of the residual life of the boiler elements, however, there is a disadvantage that the use of a standard method for estimating the residual life and, accordingly, the fixed normalized values of the stress concentration coefficients embedded in it, which are actually the upper estimate of the coefficients stress concentration, leads to an overestimation of the design stresses, an increase in the metal intensity of the “shell” connections ka-union "of drums and collectors, understating of a resource of drums and collectors.
Кроме этого не учтены и не описаны: влияние размерных параметров барабана, коллектора и штуцера, конструкции узлов соединений «обечайка-штуцер» барабанов и коллекторов и способа их укрепления на местные напряжения и коэффициенты концентрации напряжений; влияние внешних нагрузок на штуцера барабанов и коллекторов со стороны присоединенных трубопроводов и влияние реакций опор и/или подвесок барабанов и коллекторов.In addition, the following factors are not taken into account and are not described: the influence of the dimensional parameters of the drum, collector and choke, the construction of the “shell-choke” junction assemblies of the drums and collectors and the method of strengthening them on local stresses and stress concentration factors; the influence of external loads on the fittings of the drums and collectors from the side of the attached pipelines and the influence of the reactions of the supports and / or suspensions of the drums and collectors.
Не учтено также, что при всех реальных режимах работы, разогрева и охлаждения котла напряжения на внутренней поверхности штуцера в плоскости перпендикулярной оси барабана значительно меньше окружных напряжений в осевой плоскости барабана или коллектора.It is also not taken into account that in all real operating modes, heating and cooling of the boiler the voltage on the inner surface of the nozzle in the plane perpendicular to the axis of the drum is much less than circumferential stresses in the axial plane of the drum or collector.
Технической проблемой является устранение указанных недостатков, присущих аналогам данного технического решения и создание более точного способа автоматической оценки прочности и определения ресурса барабанов и коллекторов котла с учетом присоединенных к ним трубопроводов, опор, подвесок и других деталей.A technical problem is the elimination of these shortcomings inherent in the analogues of this technical solution and the creation of a more accurate method for automatically assessing the strength and determining the life of the drums and collectors of the boiler, taking into account the pipelines attached to them, supports, hangers and other parts.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое решение, заключается в повышении точности определения напряжений в местах их концентрации, ресурса или остаточного ресурса барабана и коллекторов котла с их штуцерами, работающих под давлением.The technical result, the achievement of which the claimed solution is directed, is to improve the accuracy of determining stresses in the places of their concentration, resource or residual life of the drum and the collectors of the boiler with their fittings working under pressure.
Технический результат достигается тем, что способ оценки прочности и определения ресурса барабанов и коллекторов котла включает формирование блоков конструктивных и постоянных данных барабана и/или коллектора, материалах, их механических и теплотехнических свойствах, эксплуатационных параметров, данных о давлении и температуре элементов, циклических нагружениях от пульсаций давлений и/или температур, микроциклов при режимных изменениях нагрузки, вида топлива, других режимных факторов, гидроиспытаний, основных циклов «пуск-останов», архивирование, проверку и обработку данных, оперативный мониторинг, реализацию математических моделей, расчет напряжений и ресурса, интерфейс, обработку результатов, при этом формируется блок внешних нагрузок на барабан и/или коллектор и их штуцера и блок напряженного состояния барабана и/или коллектора со штуцерами, содержащий их конечно-элементные модели, в котором определяются зоны концентрации напряжений, положения точек наибольших напряжений в этих зонах и производится выбор наибольших расчетных напряжений.The technical result is achieved by the fact that the method of assessing the strength and determining the life of the drums and collectors of the boiler includes the formation of blocks of structural and permanent data of the drum and / or collector, materials, their mechanical and thermal properties, operating parameters, data on pressure and temperature of elements, cyclic loading from pulsations of pressures and / or temperatures, microcycles with regime changes in load, type of fuel, other regime factors, hydrotestings, main “start-stop” cycles, archiving, checking and data processing, on-line monitoring, implementation of mathematical models, calculation of voltages and resources, interface, processing of results, thus forming a block of external loads on the drum and / or collector and their fittings and a unit of stress state of the drum and / or collector with fittings , containing their finite element models, in which the zones of stress concentration are determined, the positions of the points of greatest stresses in these zones and the choice of the greatest calculated stresses is made.
Блоки внешних нагрузок на барабан и/или коллектор и их штуцера и напряженного состояния барабана и/или коллектора могут дополнительно содержать блоки связи с программным комплексом расчета напряженного состояния в моделях барабанов и коллекторов по методу конечных элементов.The blocks of external loads on the drum and / or collector and their fittings and the stress state of the drum and / or collector may additionally contain communication blocks with the software complex for calculating the stress state in models of drums and collectors using the finite element method.
При относительно малой вычислительной мощности используемого оборудования блок напряженного состояния барабана и/или коллектора может дополнительно содержать блок расчета коэффициентов концентрации напряжений с базой коэффициентов, рассчитанных для моделей барабана и/или коллектора с их штуцерами по методу конечных элементов, при этом расчет суммарных напряжений в барабане, коллекторе и/или их штуцеров проводится по формуле:With a relatively small computing power of the equipment used, the drum and / or collector stress state block may additionally contain a block for calculating stress concentration factors with a base of coefficients calculated for drum and / or collector models with their fittings using the finite element method, while calculating the total stress in the drum , collector and / or their fittings is carried out according to the formula:
где 
где Кр - коэффициент концентрации напряжений от внутреннего давления в месте определения напряжений, предоставляемый базой данных коэффициентов концентрации напряжений;where K p - coefficient of stress concentration from the internal pressure in the place of determination of stress, provided by the database of stress concentration factors;
р - внутреннее избыточное давление в барабане или коллекторе, МПа,p is the internal overpressure in the drum or manifold, MPa,
D - внутренний диаметр барабана, коллектора или штуцера, мм,D is the internal diameter of the drum, manifold or choke, mm,
s - толщина стенки обечайки барабана или коллектора, мм;s is the wall thickness of the shell of the drum or collector, mm;
для наружной поверхности обечайки:for the outer surface of the shell:
для внутренней поверхности обечайки:for the inner surface of the shell:
где Kt - коэффициент концентрации температурного напряжения, предоставляемый базой данных коэффициентов концентрации напряжений;where K t is the temperature stress concentration coefficient provided by the database of stress concentration factors;
β - коэффициент, зависящий от отношения наружного Da и внутреннего D диаметров барабана или коллектора,β is a coefficient depending on the ratio of the outer D a and the inner D of the diameters of the drum or collector,
s - толщина стенки барабана или коллектора, мм;s is the drum wall or collector wall thickness, mm;
Vt - скорость изменения температуры среды в штуцере, С/мин,V t - the rate of change of temperature of the medium in the nozzle, C / min,
α - коэффициент линейного расширения, 1/°С;α — linear expansion coefficient, 1 / ° С;
Е - модуль упругости первого рода (модуль Юнга), МПа;E is the elastic modulus of the first kind (Young's modulus), MPa;
at - коэффициент температуропроводности, м2/сек;a t - thermal diffusivity, m 2 / s;
μ - коэффициент Пуассона;μ is the Poisson's ratio;
σΔt - расчетное температурное напряжение при изменении или периодическом колебании температуры среды, МПа;σ Δt is the calculated temperature stress with a change or periodic fluctuation of the medium temperature, MPa;
σƒ - расчетное напряжение от внешней нагрузки, МПа.σ ƒ - design stress from external load, MPa.
Блок внешних нагрузок на барабан и/или коллектор и их штуцера может дополнительно содержать базу нагрузок на барабан и/или коллектор и их штуцера для различных режимов работы котла, рассчитанных для моделей барабана и/или коллектора с их штуцерами по методу конечных элементов.The block of external loads on the drum and / or collector and their nozzles may additionally contain a base of loads on the drum and / or collector and their nozzles for various modes of operation of the boiler, calculated for models of the drum and / or collector with their nozzles according to the finite element method.
На чертеже изображена блок-схема автоматического расчета напряжения и остаточного ресурса при непрерывном мониторинге барабанов и коллекторов на эксплуатируемом котле, где:The drawing shows a block diagram of the automatic calculation of voltage and residual life during continuous monitoring of drums and collectors on the operated boiler, where:
1 - измерители;1 - meters;
2 - блок ввода конструктивных данных;2 - block input structural data;
3 - блок ввода постоянных данных (база данных о постоянных физических, теплотехнических, механических и физико-механических характеристиках систем барабан-среда, коллектор-среда);3 - unit for entering permanent data (database of permanent physical, thermal, mechanical and physico-mechanical characteristics of the drum-medium systems, collector-medium);
4 - блок сбора и достоверизации информации;4 - information collection and verification unit;
5 - архивы;5 - archives;
6 - блок ввода и коррекции параметрически зависимых данных;6 - block input and correction of parametrically dependent data;
7 - блок первичной обработки информации и оперативного мониторинга;7 - unit of primary information processing and operational monitoring;
8 - блок управления;8 - control unit;
9 - блок внешних нагрузок;9 is a block of external loads;
10 - блок напряженного состояния;10 - stress state block;
11 - блок реализации математических моделей;11 - block implementation of mathematical models;
12 - блок обработки результатов;12 - processing unit;
13 - интерфейс;13 - interface;
14 - электронный журнал результатов;14 - electronic log of results;
15 - корректор влияния;15 - corrector of influence;
16 - преобразователь.16 - converter.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
В случае обеспечения непрерывного мониторинга и технической диагностики на эксплуатируемом котле информация от измерителей (блок 1), установленных на барабанах, коллекторах, штуцерах, опускных трубах и т.д., из блока 2 ввода конструктивных данных барабанов, коллекторов, штуцерах, подводящих и отводящих трубопроводах и блока 3 постоянных данных контролируемой системы «котел-топочное пространство-среда» поступает в блок 4 сбора и достоверизации информации, где она проходит проверку на достоверность. В блоки 2 и 3 информация об объекте может вноситься из архива 5. Из блока 4 проверенные данные поступают в блок 6 ввода и коррекции параметрически зависимых данных, где реализуется определение и необходимая коррекция этих данных в зависимости от заданных параметров и режимов эксплуатации. Результаты работы блока 6 поступают в блок 4 для проверки на достоверность. Проверенные на достоверность данные из блока 4 поступают в блок первичной обработки информации и оперативного мониторинга 7 и в блок управления 8, а затем в блок внешних нагрузок 9, из которого информация о нагрузках поступает в блок напряженного состояния 10 и блок реализации математических моделей 11. В блоке управления 8 идентифицируются режимы работы котла, выявляются отклонения текущих параметров от нормы и формируются исходные данные для блоков 9, 10 и 11. В блоке 10 напряженного состояния одновременно и непрерывно ведутся расчеты напряжений и исчерпания ресурса объектов мониторинга с учетом выявленных изменений в результате ползучести от статических нагружений, малоцикловой усталости от пульсаций давлений или температур, микроциклов при режимных изменениях нагрузки, вида топлива, других режимных факторов, гидроиспытаний, основных циклов «пуск-останов». Результаты работы блока 10 поступают в блок 11, где используются для реализации заложенных математических моделей. Далее информация передается в блок обработки результатов 12 и блок интерфейса 13. Из блока 11 результаты работы также поступают в блок 13 через блок 12.In case of ensuring continuous monitoring and technical diagnostics on the operated boiler, information from meters (block 1) installed on drums, collectors, fittings, standpipes, etc., from block 2, enter structural data of drums, collectors, fittings, supply and discharge pipelines and block 3 of permanent data of the controlled system “boiler-fired space-environment” enters unit 4 of collecting and verifying information, where it is tested for accuracy. In blocks 2 and 3, information about the object can be entered from archive 5. From block 4, the verified data comes in block 6 for entering and correcting parametrically dependent data, where the definition and necessary correction of this data is implemented depending on the specified parameters and operating modes. The results of the operation of block 6 are received in block 4 for checking for reliability. Validated data from block 4 goes to the primary information processing and online monitoring unit 7 and to the control unit 8, and then to the external load unit 9, from which the load information goes to the stress state unit 10 and the implementation unit of mathematical models 11. the control unit 8 identifies the modes of operation of the boiler, identifies deviations of the current parameters from the norm and generates initial data for blocks 9, 10 and 11. In block 10 of the stress state, calculations are simultaneously and continuously carried out and the exhaustion of the resource of the monitoring objects taking into account the identified changes as a result of creep from static loads, low-cycle fatigue from pressure or temperature pulsations, microcycles under regime load changes, fuel type, other regime factors, hydrotestings, main start-stop cycles. The results of the operation of block 10 are received in block 11, where they are used to implement the laid mathematical models. Further information is transmitted to the processing unit 12 and the interface unit 13. From block 11, the results of work are also received in block 13 through block 12.
В блоке 4 организуется непрерывная проверка наличия или отсутствия информации от измерителей, работоспособного состояния измерителей, выявление отказавшего измерителя, в случае отказа генерируются команды на запрет смены предыдущего верного значения параметра и обеспечение непрерывности информации по данному каналу, формирование сигнала о неисправности измерителя с передачей в блок интерфейса 13. В случае выявления неисправности какого-либо измерителя в блоке 7 первичной обработки информации и оперативного мониторинга производится корреляционными методами формирование сигнала, моделирующего показания этого измерителя. В блоке 4 реализуется также проверка ошибок ввода данных из блоков 2 и 3 и проверка ошибок определения зависимых данных, поступающих из блока 6.Block 4 organizes continuous verification of the presence or absence of information from the meters, the operational state of the meters, detection of the failed meter, in case of failure, commands are issued to prohibit changing the previous valid parameter value and ensuring continuity of information on the channel, generating a signal about the meter's malfunction with transmission to the unit interface 13. In case of detection of a malfunction of any meter in block 7 of primary information processing and operational monitoring, correlation methods for the formation of a signal that simulates the readings of this meter. Block 4 also implements the verification of data entry errors from blocks 2 and 3 and the verification of errors in the determination of dependent data from block 6.
Блок 7 первичной обработки информации использует достоверную информацию об измерениях температуры и давления (блок 1), о конструкции объектов мониторинга (блок 2), значениях постоянных данных (блока 3), значениях параметров, зависящих от результатов достоверных измерений температуры и давления (блок 6) и об архивных данных (блока 5) о предыстории данного момента объектов мониторинга (барабанов и коллекторов) - ранее определенного остаточного ресурса элементов конструкции, циклических нагружениях от пульсаций давлений или температур, микроциклов при режимных изменениях нагрузки, видах топлива, других режимных факторов, гидроиспытаний, основных циклов «пуск-останов».Block 7 of primary information processing uses reliable information about temperature and pressure measurements (block 1), about the design of monitoring objects (block 2), values of constant data (block 3), parameter values depending on the results of reliable temperature and pressure measurements (block 6) and about archival data (block 5) on the history of this moment of monitoring objects (drums and collectors) - previously determined residual life of structural elements, cyclic loading from pressure or temperature pulsations, microcircuits Klov at regime changes of load, types of fuel, other regime factors, hydrotestings, basic cycles “start-stop”.
Блок управления 8 обеспечивает заданный режим работы блока 9 внешних нагрузок и блока 10 напряженного состояния, блока 11 реализации математических моделей, блока 7 первичной обработки информации и оперативного мониторинга, обеспечивает доступ к базам данных блоков 3, 5 и 6, управляет обработкой информации в блоке 12 и направляет необходимую информацию в блок интерфейса 13.The control unit 8 provides the specified mode of operation of the external loads block 9 and the stress state block 10, the block 11 of the implementation of mathematical models, the primary information processing block 7 and the on-line monitoring, provides access to the databases of blocks 3, 5 and 6, controls the information processing in block 12 and sends the necessary information to the interface unit 13.
Информация из блока 9 внешних нагрузок используется в блоке 10 и влияет на результаты расчета напряжений, которые, в свою очередь, влияют на результаты работы математических моделей из блока 11.Information from block 9 external loads is used in block 10 and affects the results of stress calculations, which, in turn, affect the results of the operation of mathematical models from block 11.
Результаты работы математических моделей из блока 11 передаются в блок 12, где происходит их обработка, формирование результатов по всем видам нагружений, обобщенных данных, мониторинговых сообщений, в том числе об исчерпании ресурса от статических нагружений в результате ползучести, циклических нагружений от пульсаций давлений или температур, микроциклов при режимных изменениях нагрузки, вида топлива, других режимных факторов, гидроиспытаний, основных циклов «пуск-останов», информации для отчетов, архивов, интерфейса.The results of the mathematical models from block 11 are transferred to block 12, where they are processed, the formation of results for all types of loads, aggregated data, monitoring messages, including the exhaustion of the resource from static loads as a result of creep, cyclic loading from pressure pulsations or temperatures , microcycles with regime changes in load, type of fuel, other regime factors, hydrotestings, basic “start-stop” cycles, information for reports, archives, interface.
Блок интерфейса 13 обеспечивает связь и представление данных пользователям, а также передает обработанные результаты в электронный журнал результатов 14, где производится сбор и хранение информации о результатах периодической инструментальной диагностики, сервиса и ремонтов. В электронный журнал результатов 14 вносятся данные о результатах периодического диагностирования, лабораторным исследованиям, оперативным наблюдениям на работающем или остановленном котле, изменениями, связанными с сервисными работами, ремонтами или реконструкциями и всеми другими изменениями, влияющими на результаты мониторинга и диагностирования котла. Информация, поступающая в электронный журнал результатов 14, классифицируется, идентифицируется, затем через блок корректор влияния 15 и преобразователь информации 16 поступает в блоки 5, 6 и 8. Соответственно, учитывается влияние на процесс определения остаточного ресурса сервисных и ремонтных мероприятий, реконструкций объекта.The interface unit 13 provides communication and presentation of data to users, and also transfers the processed results to an electronic results log 14, where information on the results of periodic instrumental diagnostics, service and repairs is collected and stored. The electronic results logbook 14 includes data on the results of periodic diagnostics, laboratory tests, operative observations on the boiler working or stopped, changes related to servicing, repairs or reconstructions and all other changes affecting the results of monitoring and diagnosing the boiler. The information received in the electronic results log 14 is classified, identified, then through the influence corrector 15 and the information converter 16 enters blocks 5, 6 and 8. Accordingly, the influence on the process of determining the residual resource of the service and repair activities and reconstruction of the object is taken into account.
В случае обеспечения процесса проектирования котла в блок конструктивных данных 2, блок постоянных данных 3 вносится информация о проектируемом объекте, в том числе, о заданных режимах эксплуатации, при этом пользователь имеет возможность использовать базовые решения, хранящиеся в архиве 5. Данные из этих блоков поступают в блок сбора и достоверизации информации 4, где они проходят проверку на достоверность. Из блока 4 проверенные данные поступают в блок ввода и коррекции параметрически зависимых данных 6, где реализуется определение этих данных в зависимости от заданных параметров и режимов. Результаты работы блока 6 поступают в блок 4 для проверки на достоверность. Проверенные на достоверность данные из блока 4 поступают через блок 7 в блок управления 8, а затем в блок 9 внешних нагрузок, блок напряженного состояния 10 и блок 11 реализации математических моделей. Результаты работы блока 9 поступают в блок 10, где используются для уточненного расчета напряжений. Результаты работы блока 10 поступают в блок 11, где используются для реализации заложенных математических моделей и в блок 12 обработки результатов. Из блока 11 результаты работы также поступают через блок 12. Далее информация из блока 12 передается в блок интерфейса 13. Блок 12 формирует отчеты и базы данных о результатах по проектируемому объекту, которые направляются в блок интерфейса 13 на печать отчетов и монитор, архивы (блок 5) и электронный журнал результатов (блок 14), который используется для представления результатов, внесения корректив в проект (блоки 2, 3 и 5) и выдачу команды на формирование другого варианта проекта, сравнения вариантов проекта и выбора наиболее рационального варианта. Блок управления 8 используется для управления блоками 9 внешних нагрузок, 10 напряженного состояния и 11 реализации математических моделей, блоком обработки результатов 12, интерфейсом 13 и электронным журналом результатов 14, а также архивом 5, блоком 6 ввода и коррекции параметрически зависимых данных и базам данных блока 3 ввода постоянных данных.In the case of ensuring the design process of the boiler in the structural data block 2, the constant data block 3 is entered information about the designed object, including the specified operating modes, while the user has the opportunity to use basic solutions stored in the archive 5. The data from these blocks come in the unit for collecting and verifying information 4, where they are tested for accuracy. From block 4, the verified data is fed to the block of input and correction of parametrically dependent data 6, where the definition of this data is implemented depending on the specified parameters and modes. The results of the operation of block 6 are received in block 4 for checking for reliability. Validated data from block 4 comes through block 7 to control unit 8, and then to block 9 external loads, the stress state block 10 and block 11 of the implementation of mathematical models. The results of operation of block 9 are received in block 10, where they are used for the specified calculation of stresses. The results of the operation of block 10 are received in block 11, where they are used to implement the embedded mathematical models, and in block 12, the processing of results. From block 11, the results of work are also received through block 12. Further, information from block 12 is transmitted to interface unit 13. Block 12 generates reports and databases on the results of the designed object, which are sent to interface block 13 to print reports and monitor archives (block 5) and an electronic results journal (block 14), which is used to present the results, make corrections to the project (blocks 2, 3 and 5) and issue a team to form another project version, compare project options and select the most rational option a. The control unit 8 is used to control the blocks 9 external loads, 10 stress state and 11 implementation of mathematical models, the processing unit 12, the interface 13 and the electronic results log 14, as well as the archive 5, unit 6 input and correction of parametrically dependent data and block databases 3 permanent data entries.
В случае обеспечения экспертной оценки остаточного ресурса при периодической технической диагностики котла в блоки ввода конструктивных данных 2, блок ввода постоянных данных 3 и архив 5 вносится информация о диагностируемом объекте, при этом пользователь имеет возможность использовать базовые решения, хранящиеся в архиве 5. Архив 5 состоит из двух блоков. В одном архиве хранится информация о конструкции объектов, используемых материалах, постоянных данных системы, в другом - информация об истории эксплуатации объектов: режимов эксплуатации, результатов сервисного обслуживания, ремонтов и реконструкций. В блок истории эксплуатации котла заданных режимов вносится информация обо всех циклических нагружениях от пульсаций давлений или температур, микроциклов при режимных изменениях нагрузки, видах топлива, других режимных факторов, гидроиспытаний, основных циклов «пуск-останов» диагностируемого объекта, о результатах сервисных и ремонтных работ и реконструкций, при этом пользователь может вносить информацию в ручном режиме через интерфейс ввода данных 13, использовать архив истории эксплуатации объектов или автоматический ввод информации через блок удаленного ввода истории объекта интерфейса 13.In the case of providing an expert assessment of the residual resource during periodic technical diagnostics of the boiler, the input unit for structural data 2, the input unit for permanent data 3 and archive 5 enter information about the object being diagnosed, while the user has the opportunity to use basic solutions stored in archive 5. Archive 5 consists of two blocks. In one archive, information is stored on the construction of facilities, materials used, permanent data of the system, in the other - information on the operation history of facilities: operating modes, results of servicing, repairs and reconstructions. Information about all cyclic loads from pressure fluctuations or temperatures, microcycles under regime load changes, types of fuel, other regime factors, hydrotestings, basic start-stop cycles of the object being diagnosed, and the results of service and repair works are entered into the boiler operation history block of the specified modes. and reconstructions, while the user can enter information manually via the data entry interface 13, use the archive of the facility’s operational history or automatically enter information AI via a remote input history object interface unit 13.
Данные из блока ввода конструктивных данных 2, блока ввода постоянных данных 3 и архива 5 поступают в блок 4 сбора и достоверизации информации, где они проходят проверку на достоверность. Из блока 4 проверенные данные поступают в блок 6 ввода и коррекции параметрически зависимых данных, где реализуется определение этих данных в зависимости от заданных параметров и режимов. Результаты работы блока 6 поступают в блок 4 для проверки на достоверность. Проверенные на достоверность данные из блока 4 поступают в блок управления 8, а затем в блок 9 внешних нагрузок, блок 10 напряженного состояния и блок 11 реализации математических моделей. Результаты работы блока 9 поступают в блок 10, где используются для уточненного расчета напряжений. Результаты работы блока 10 поступают в блок 11, где используются для реализации заложенных математических моделей и в блок 12 обработки результатов. Из блока 12 результаты работы также поступают в блок интерфейса 13. Блок обработки результатов 12 формирует отчеты и базы данных о результатах по проектируемому объекту, которые через блок интерфейса 13 направляются в архивы 5, на печать отчетов и в электронный журнал результатов (блок 14), в который вносятся данные о результатах определения напряжений и остаточного ресурса, рекомендации по планированию сервисного обслуживания, ремонтов и реконструкций. Блок управления 8 используется для управления архивом истории объектов, блоком 9 внешних нагрузок, блоком 10 напряженного состояния и блоком 11 реализации математических моделей реализации математических моделей, блоком 12 обработки результатов, интерфейсом 13, в том числе блоком удаленного ввода истории объекта интерфейса и электронным журналом 14.The data from the structural data input block 2, the fixed data input block 3 and archive 5 are fed to the block 4 for collecting and verifying information where they are tested for accuracy. From block 4, the verified data comes in block 6 of input and correction of parametrically dependent data, where the definition of this data is implemented depending on the set parameters and modes. The results of the operation of block 6 are received in block 4 for checking for reliability. Validated data from block 4 goes to the control unit 8, and then to block 9 external loads, block 10 of the stress state and block 11 of the implementation of mathematical models. The results of operation of block 9 are received in block 10, where they are used for the specified calculation of stresses. The results of the operation of block 10 are received in block 11, where they are used to implement the embedded mathematical models, and in block 12, the processing of results. From block 12, the results of the work also go to the interface block 13. The block for processing the results 12 generates reports and databases on the projected object, which are sent via the interface block 13 to the archives 5, to print reports and to the electronic results log (block 14), In which data on the results of the determination of stresses and residual life are made, recommendations on the planning of servicing, repairs and reconstructions. The control unit 8 is used to manage the archive of object history, unit 9 external loads, unit 10 of the stress state and unit 11 implementation of mathematical models of the implementation of mathematical models, unit 12 of the results processing, interface 13, including the unit for remote input of the interface object's history and electronic journal 14 .
В зависимости от заложенных вычислительных возможностей блок 9 внешних нагрузок, содержит конечно-элементные модели барабана и/или коллектора и их штуцеров со всеми присоединенными к ним элементам конструкций, в котором определяются усилия, действующие на барабан и/или коллектор и их штуцера со стороны всех присоединенных к ним элементам конструкций. Для расширения вычислительных возможностей блок 9 может иметь блок связи с программным комплексом расчета напряженно-деформированного состояния в моделях барабанов и коллекторов по методу конечных элементов. При ограничениях вычислительных возможностей блок 9 может содержать базу нагрузок на барабан и/или коллектор и их штуцера для различных режимов работы котла, предварительно рассчитанных для моделей барабана и/или коллектора с их штуцерами по методу конечных элементов.Depending on the built-in computational capabilities, the block 9 external loads contains finite-element models of the drum and / or collector and their fittings with all structural elements attached to them, which determine the forces acting on the drum and / or collector and their fitting from all attached to them structural elements. To expand computational capabilities, block 9 may have a communication block with a software complex for calculating the stress-strain state in models of drums and collectors using the finite element method. With limited computing capabilities, block 9 may contain a base of loads on the drum and / or collector and their nozzles for various modes of operation of the boiler, previously calculated for models of the drum and / or collector with their nozzles according to the finite element method.
В зависимости от заложенных вычислительных возможностей блок 10 напряженного состояния, содержит конечно-элементные модели барабана и/или коллектора со штуцерами, содержащие их конечно-элементные модели, в котором определяются зоны концентрации напряжений, положения точек наибольших напряжений в этих зонах и производится выбор наибольших расчетных напряжений, которые в свою очередь используются для оценки прочности и расчета ресурса данного объекта. В случае необходимости расширения вычислительных возможностей блок 10 может иметь блок связи с программным комплексом расчета напряженно-деформированного состояния в моделях барабанов и коллекторов с их штуцерами по методу конечных элементов. При ограничениях вычислительных возможностей блок 10 может содержать блок расчета коэффициентов концентрации напряжений с базой коэффициентов, рассчитанных для моделей барабана и/или коллектора с их штуцерами по методу конечных элементов. В этом случае расчет суммарных напряжений в барабане, коллекторе и/или их штуцеров проводится по формуле:Depending on the built-in computational capabilities of the stress state block 10, it contains finite-element models of the drum and / or collector with chokes, which contain their finite-element models, in which the stress concentration zones, the positions of the greatest stress points in these zones are determined, and the largest calculated stresses, which in turn are used to assess the strength and calculate the resource of the object. If it is necessary to expand computational capabilities, unit 10 may have a communication unit with a software complex for calculating the stress-strain state in models of drums and collectors with their fittings using the finite element method. With limited computing capabilities, block 10 may contain a block for calculating stress concentration factors with a base of coefficients calculated for drum and / or collector models with their fittings using the finite element method. In this case, the calculation of the total stress in the drum, manifold and / or their fittings is carried out according to the formula:
где 
где Кp - коэффициент концентрации напряжений от внутреннего давления в месте определения напряжений, предоставляемый базой данных коэффициентов концентрации напряжений;where K p is the stress concentration factor from the internal pressure in the place of stress determination provided by the database of stress concentration factors;
р - внутреннее избыточное давление в барабане или коллекторе, МПа,p is the internal overpressure in the drum or manifold, MPa,
D - внутренний диаметр барабана, коллектора или штуцера, мм,D is the internal diameter of the drum, manifold or choke, mm,
s - толщина стенки обечайки барабана или коллектора, мм;s is the wall thickness of the shell of the drum or collector, mm;
для наружной поверхности обечайки:for the outer surface of the shell:
для внутренней поверхности обечайки:for the inner surface of the shell:
где Kt - коэффициент концентрации температурного напряжения, предоставляемый базой данных коэффициентов концентрации напряжений;where K t is the temperature stress concentration coefficient provided by the database of stress concentration factors;
β - коэффициент, зависящий от отношения наружного Da и внутреннего D диаметров барабана или коллектора,β is a coefficient depending on the ratio of the outer D a and the inner D of the diameters of the drum or collector,
s - толщина стенки барабана или коллектора, мм;s is the drum wall or collector wall thickness, mm;
Vt - скорость изменения температуры среды в штуцере, С/мин,V t - the rate of change of temperature of the medium in the nozzle, C / min,
α - коэффициент линейного расширения, 1/°С;α — linear expansion coefficient, 1 / ° С;
Е - модуль упругости первого рода (модуль Юнга), МПа;E is the elastic modulus of the first kind (Young's modulus), MPa;
at - коэффициент температуропроводности, м2/сек;a t - thermal diffusivity, m 2 / s;
μ - коэффициент Пуассона;μ is the Poisson's ratio;
σΔt - расчетное температурное напряжение при изменении или периодическом колебании температуры среды, МПа;σ Δt is the calculated temperature stress with a change or periodic fluctuation of the medium temperature, MPa;
σƒ - расчетное напряжение от внешней нагрузки, МПа.σ ƒ - design stress from external load, MPa.
В таблице представлены результаты определения коэффициентов концентрации, полученных разными способами для барабана с размерами - внутренний диаметр 1100 мм, толщина стенки 50 мм, при давлении 10 МПа, и погрешности определения коэффициентов. Экспериментальные коэффициенты концентрации напряжений получены в ОАО ТКЗ «Красный котельщик» на стенде с физической моделью барабана методом тензометрии.The table presents the results of determining the concentration coefficients obtained by different methods for a drum with dimensions - an internal diameter of 1100 mm, a wall thickness of 50 mm, at a pressure of 10 MPa, and errors in determining the coefficients. Experimental coefficients of stress concentration were obtained in the TKZ Krasny Kotelshchik OJSC at the stand with a physical model of the drum using tensometry.
Использование изобретения позволяет автоматизировать процесс уточненного определения напряжений и остаточного ресурса барабанов и коллекторов паровых котлов, получать корректные результаты определения напряжений и остаточного ресурса при непрерывном мониторинге технического состояния котла в ходе его эксплуатации или периодическом техническом диагностировании его состояния, а также при проектировании новых котлов или разработке проектов реконструкции эксплуатируемых. Способ позволяет учесть все факторы, влияющие на исчерпание ресурса барабанов и коллекторов, работающих под давлением, ввести эффективную корректировку остаточного ресурса по результатам периодических сервисных и ремонтных мероприятий и исследований материалов, в случае непрерывного мониторинга вести электронный журнал результатов с данными о диагностиках, сервисных операциях и ремонтах, функционально связанный с определением напряжений и ресурса, точнее определять объем и сроки проведения ремонтов, контроля барабанов и коллекторов, применить способ для комплексной, автоматизированной системы диагностики котла.The use of the invention allows to automate the process of determining the determination of stresses and residual life of the drums and collectors of steam boilers, to obtain the correct results of the determination of stresses and residual life with continuous monitoring of the technical condition of the boiler during its operation or periodic technical diagnostics of its condition, as well as when designing new boilers or developing reconstruction projects operated. The method allows to take into account all the factors affecting the exhaustion of the resource of drums and collectors working under pressure, to introduce an effective adjustment of the residual resource based on the results of periodic service and repair activities and materials research, in the case of continuous monitoring to keep an electronic results log with information about diagnostics, service operations and repairs, functionally related to the determination of stresses and resources, more accurately determine the volume and timing of repairs, control drums and collector in using methods for integrated, automated boiler diagnostics.
Введение блока внешних нагрузок с уточненным определением усилий на барабан и/или коллектор и их штуцера со стороны всех присоединенных к ним элементам конструкций для различных режимов работы котла, рассчитанных для конечно-элементных моделей барабана и/или коллектора с их штуцерами и всеми присоединенными к ним элементам конструкций, позволяет повысить точность моделирования напряженно-деформированного состояния барабан и/или коллектор и их штуцерами, что в конечном итоге повышает точность оценки прочности и расчета ресурса этих элементов котла. Введение блока напряженного состояния барабана и/или коллектора со штуцерами с уточненным определением местных и расчетных напряжений с помощью конечно-элементных моделей, с более точным определением коэффициентов концентраций этих напряжений от внутреннего давления, изменения температуры среды в штуцере и перепада температур на внутренней и внешней поверхности барабана или коллектора позволяет существенно повысить точность значений напряжений с учетом их пространственной локализации и причины возникновения.Introduction of a block of external loads with a refined determination of the forces on the drum and / or collector and their fittings from all structural elements attached to them for various modes of operation of the boiler, designed for finite element models of the drum and / or collector with their fittings and all attached to them structural elements, allows to increase the accuracy of modeling the stress-strain state of the drum and / or collector and their fittings, which ultimately improves the accuracy of strength assessment and the calculation of the resource of these ementov boiler. Introduction of a drum and / or collector stress state block with fittings with a refined definition of local and design stresses using finite element models, with a more accurate determination of the coefficients of concentrations of these stresses from internal pressure, change in temperature of the medium in the fitting and temperature difference on the inner and outer surface drum or collector can significantly improve the accuracy of stress values with regard to their spatial localization and the cause.
Заявляемый способ позволяет с большой точностью и достоверностью определять напряжения в штуцерах в местах их концентрации, прогнозировать ресурс барабанов и коллекторов новых котлоагрегатов и остаточный ресурс эксплуатируемых котлов. Средняя величина абсолютных значений погрешностей определения коэффициентов концентрации напряжений и, соответственно, самих напряжений по предложенному способу в среднем 2,4 раза меньше, чем при расчете по РД 10-249-98. В среднем точность определения местных напряжений повышается на 5,7%, что позволяет более точно прогнозировать ресурс барабанов и коллекторов при работе их в условиях малоцикловой усталости.The inventive method allows with high accuracy and reliability to determine the voltage in the fittings in the places of their concentration, to predict the life of the drums and collectors of new boilers and the residual life of the operated boilers. The average value of the absolute values of the errors in determining the stress concentration factors and, accordingly, the voltages themselves according to the proposed method is on average 2.4 times less than when calculated by the RD 10-249-98. On average, the accuracy of determining local stresses is increased by 5.7%, which makes it possible to more accurately predict the life of drums and collectors when operating in conditions of low-cycle fatigue.
Применение предлагаемого способа позволяет существенно уточнить оценку допустимого количества циклов, при этом в большинстве случаев прогнозируемое допустимое количество циклов увеличивается в 1,5-2,3 раза по сравнению с прогнозируемым допустимым числом циклов определенным по общепринятым способам, включая нормативный метод. Кроме этого повышение точности расчета напряжений в соединениях «обечайка-штуцер» позволяет оптимизировать конструкцию этих соединений с учетом выбора способов их упрочнения и снизить металлоемкость барабанов и коллекторов на 5-9%.The application of the proposed method allows you to significantly clarify the estimate of the permissible number of cycles, while in most cases the predicted permissible number of cycles increases 1.5-2.3 times compared with the predicted permissible number of cycles determined by conventional methods, including the regulatory method. In addition, improving the accuracy of calculating the stresses in the shell-choke connections allows you to optimize the design of these joints, taking into account the choice of methods for hardening them and reducing the metal consumption of drums and collectors by 5-9%.
Claims (27)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018141140A RU2692438C1 (en) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | Method of evaluation of strength and determination of service life of drums and header of boiler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018141140A RU2692438C1 (en) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | Method of evaluation of strength and determination of service life of drums and header of boiler |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2692438C1 true RU2692438C1 (en) | 2019-06-24 |
Family
ID=67038271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018141140A RU2692438C1 (en) | 2018-11-22 | 2018-11-22 | Method of evaluation of strength and determination of service life of drums and header of boiler |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2692438C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2717750C1 (en) * | 2019-08-16 | 2020-03-25 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method of strength tests of natural structures |
| RU2766269C1 (en) * | 2021-03-29 | 2022-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина" | Method for diagnostics of mechanical transmission elements |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1768865A1 (en) * | 1990-02-07 | 1992-10-15 | Predpr Yuzhtekhenergo Proizv O | Method of determining service life of water wall heating surfaces |
| RU2049345C1 (en) * | 1994-07-20 | 1995-11-27 | Евсей Борисович Меламед | Method for diagnosing equipment of thermal power stations and oil refineries |
| RU2206024C2 (en) * | 2001-07-20 | 2003-06-10 | Открытое акционерное общество Таганрогский котлостроительный завод "Красный котельщик" | Method for monitoring and evaluation of remaining life of boiler components operating under pressure |
| RU155587U1 (en) * | 2014-12-30 | 2015-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волжская государственная академия водного транспорта" (ФГБОУ ВО "ВГАВТ") | GAS TUBE AUXILIARY STEAM BOILER |
-
2018
- 2018-11-22 RU RU2018141140A patent/RU2692438C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1768865A1 (en) * | 1990-02-07 | 1992-10-15 | Predpr Yuzhtekhenergo Proizv O | Method of determining service life of water wall heating surfaces |
| RU2049345C1 (en) * | 1994-07-20 | 1995-11-27 | Евсей Борисович Меламед | Method for diagnosing equipment of thermal power stations and oil refineries |
| RU2206024C2 (en) * | 2001-07-20 | 2003-06-10 | Открытое акционерное общество Таганрогский котлостроительный завод "Красный котельщик" | Method for monitoring and evaluation of remaining life of boiler components operating under pressure |
| RU155587U1 (en) * | 2014-12-30 | 2015-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волжская государственная академия водного транспорта" (ФГБОУ ВО "ВГАВТ") | GAS TUBE AUXILIARY STEAM BOILER |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2717750C1 (en) * | 2019-08-16 | 2020-03-25 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Method of strength tests of natural structures |
| RU2766269C1 (en) * | 2021-03-29 | 2022-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина" | Method for diagnostics of mechanical transmission elements |
| RU2766269C9 (en) * | 2021-03-29 | 2022-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный аграрный университет имени В.Я. Горина" | Method for diagnostics of mechanical transmission elements |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109253870B (en) | The assessment device and method in biomass fuel boiler heat-exchange tube service life | |
| Mai et al. | Prediction of remaining fatigue life of welded joints in wind turbine support structures considering strain measurement and a joint distribution of oceanographic data | |
| CN104808634A (en) | Thermal power plant visual management system based on virtual reality | |
| RU2692438C1 (en) | Method of evaluation of strength and determination of service life of drums and header of boiler | |
| KR102581072B1 (en) | Method for evaluating life and risk degree of high temperature pipe | |
| CN111310314B (en) | Method and system for determining service life of electromechanical device based on artificial intelligence | |
| CN109783972B (en) | Method for monitoring leakage flow in check valve based on fluid-solid coupling analysis and calculation | |
| GB2554950B (en) | Pipe leak measurement and assessment | |
| RU2699918C1 (en) | Diagnostic method of technical state of buildings and structures | |
| Bakić et al. | Thermal history and stress state of a fresh steam-pipeline influencing its remaining service life | |
| Wright et al. | Evaluation of Corrosion Growth Prediction Methodologies Using Burst Pressure Comparisons From Repeated In-Line Inspections | |
| JP2003193808A (en) | Diagnostic method and diagnostic system of electric power plant | |
| RU2206024C2 (en) | Method for monitoring and evaluation of remaining life of boiler components operating under pressure | |
| Naftal’ et al. | Use of software tools for calculating flow accelerated corrosion of nuclear power plant equipment and pipelines | |
| Rezinskikh et al. | Reliability and safety of thermal power stations in Russia at the present stage: problems and future objectives | |
| WO2023139927A1 (en) | Plant instrumentation device and equipment deterioration monitoring system and plant maintenance optimization system provided with same | |
| Gilman et al. | Fatigue Monitoring and Assessment: Different Approaches Combined for Lifetime Extension Challenges | |
| Pryimak et al. | The increase of energy and environmental efficiency and reliability of power equipment by comprehensive monitoring of its actual state | |
| Arnold | Pressure vessel reliability as a function of allowable stress | |
| Kerezsi et al. | Using the ASME and BSI codes to predict crack growth due to repeated thermal shock | |
| RU2574578C2 (en) | System for continuous multiparameter monitoring of nuclear power plant equipment operational failure rate | |
| Rosinski et al. | Online creep-fatigue monitoring of cyclic operation in a coal-fired power plant | |
| Furtado et al. | Power plant remaining life evaluation | |
| Seitz et al. | Practical and technical challenges of the exhaust system fatigue life assessment process at elevated temperature | |
| Jaske et al. | Current issues in optimizing the useful life of reformer tubes |