專利名稱：爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電站鍋爐爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控裝置及 方法，屬于電站鍋爐技術領域。
背景技術：
電站鍋爐的汽包或汽水分離器、集箱、汽水管道、減溫器等爐外承壓部件的結(jié)構特 點是圓筒形狀，承受的工作壓力高、尺寸大，造價昂貴。在電站鍋爐的啟動、停爐和負荷變動 過程中，由于沿部件半徑方向溫度分布不均勻，產(chǎn)生比較大的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗，若控 制不當，將會縮短電站鍋爐爐外承壓部件的使用壽命。現(xiàn)有技術，還不能實現(xiàn)電站鍋爐爐外 承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的在線監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電站鍋爐爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān) 控裝置及方法，實現(xiàn)電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的在線監(jiān)控。為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術方案是提供一種爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽 命損耗在線監(jiān)控裝置，其特征在于，包括瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計算服務器，瞬態(tài)低周疲勞 壽命損耗計算服務器通過廠級監(jiān)控信息裝置(SIS)與電站鍋爐分散控制裝置(DCS)連接。本發(fā)明還提供了采用上述裝置的爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控 方法，其特征在于，采用c語言編寫電站鍋爐爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的計算 機軟件，運行在瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計算服務器上，應用于電站鍋爐爐外承壓部件的瞬 態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控，具體步驟為第一步讀取電站鍋爐在線測點數(shù)據(jù)瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計算服務器每隔A t = 1秒鐘至300秒鐘，從廠級監(jiān)控信 息裝置讀取來自電站鍋爐分散控制裝置的電站鍋爐汽水系統(tǒng)的工質(zhì)的壓力和溫度，以及爐 外承壓部件的壁溫的數(shù)據(jù)；第二步計算電站鍋爐爐外承壓部件的熱應力和由工質(zhì)壓力引起的機械應力針對電站鍋爐汽水系統(tǒng)的工質(zhì)的壓力和溫度，以及爐外承壓部件的壁溫的數(shù)據(jù)變 化，采用現(xiàn)有技術中的厚壁圓筒模型，在線計算電站鍋爐爐外承壓部件的內(nèi)外壁溫差，以及 爐外承壓部件的切向熱應力o 0th、徑向熱應力和軸向熱應力ozth，針對電站鍋爐汽水 系統(tǒng)工質(zhì)壓力和爐外承壓部件壁溫的數(shù)據(jù)變化，采用現(xiàn)有技術中的的厚壁圓筒模型，在線 計算電站鍋爐爐外承壓部件由工質(zhì)壓力引起的切向機械應力o0p、徑向機械應力和軸 向機械應力o zp ；第三步計算電站鍋爐爐外承壓部件的應力強度的監(jiān)視值爐外承壓部件的應力強度的監(jiān)視值的計算公式為<formula>formula see original document page 4</formula>
第四步計算電站鍋爐爐外承壓部件的低周疲勞應變幅采用如下公式，計算電站鍋爐爐外承壓部件對稱循環(huán)的低周疲勞應變幅
<formula>formula see original document page 5</formula>式中，Et為工作壁溫下爐外承壓部件材料的彈性模量，E0為爐外承壓部件材料的 低周疲勞曲線試驗溫度下的彈性模量；第五步計算電站鍋爐爐外承壓部件的低周疲勞壽命采用現(xiàn)有技術，使用電站鍋爐爐外承壓部件材料的低周疲勞曲線￡ a = F(Nf)，每 隔A X計算1次，得出電站鍋爐爐外承壓部件對稱循環(huán)的低周疲勞壽命Nf;第六步計算電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗采用如下公式，計算電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗d(t)d(t) = (2Nf)_1X100% ；第七步確定電站鍋爐爐外承壓部件的最大瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗采用如下公式，計算電站鍋爐爐外n個承壓部件的最大瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗 dm dm = max{d” d2， d” dj ；第八步確定瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的界限值[d]若為調(diào)峰電站鍋爐，M = 0. 030% ；若為帶基本負荷電站鍋爐，[d] = 0. 020% ；第九步通過電站鍋爐分散控制裝置來控制裝置控制電站鍋爐爐外承壓部件的瞬 態(tài)低周疲勞壽命損耗若dm < 0. 005%，按《電站鍋爐運行規(guī)程》的規(guī)定數(shù)值改變電站鍋爐的負荷變化率 和主蒸汽溫度的變化率，并返回第一步；若0. 005%< dm< 0.010%，減小電站鍋爐的負荷 變化率和主蒸汽溫度的變化率，減少幅度為原數(shù)值的0. 2 0. 6倍，以減小電站鍋爐爐外承 壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗，并返回第一步；若《< [d]，控制電站鍋爐的 負荷變化率和主蒸汽溫度的變化率為0，以進一步降低電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周 疲勞壽命損耗，并返回第一步；若[d] ScLCZW]，控制電站鍋爐的負荷變化率和主蒸汽溫 度的變化率為0，以控制電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗，并發(fā)出報警，一 分鐘后停機；若dffl彡2[d]，立即停機。本發(fā)明具有以下特點(1)在計算服務器上安裝使用C語言編寫的電站鍋爐爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞 壽命損耗監(jiān)視值的計算機軟件，根據(jù)軟件設定的時間間隔△ t = 1秒鐘至300秒鐘，從廠 級監(jiān)控信息裝置(SIS)中讀取在線監(jiān)視的電站鍋爐的在線測點數(shù)據(jù)，在線實時計算電站鍋 爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的監(jiān)視值；(2)廠級監(jiān)控信息裝置(SIS裝置)在爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗控制方 面具有兩種功能，一是為瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗監(jiān)視和控制裝置提供電站鍋爐的在線測點 數(shù)據(jù)，二是把電站鍋爐爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗控制措施傳輸給電站鍋爐的分 散控制裝置(DCS)，用來指導電站鍋爐的運行和控制。本發(fā)明的優(yōu)點是提供了電站鍋爐爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的在線監(jiān) 控裝置，實現(xiàn)了電站鍋爐爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的在線計算與控制。如果電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗偏大時，通過在線實時控制電站鍋爐的負荷 變化率來減少電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗，達到了通過在線監(jiān)控電站 鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗來保障電站鍋爐爐外承壓部件長周期安全運 行的技術效果。


圖1為本發(fā)明爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控裝置的方框圖；圖2為本發(fā)明爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控方法的流程圖；圖3為本發(fā)明計算服務器采用的計算機軟件框圖；圖4為爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計算結(jié)果的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例來具體說明本發(fā)明。實施例如圖1所示，為本發(fā)明爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控裝置的方 框圖，所述爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控裝置，由瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗 計算服務器及運行于其上的計算機軟件、廠級監(jiān)控信息裝置以及電站鍋爐分散控制裝置組 成。瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計算服務器通過廠級監(jiān)控信息裝置與電站鍋爐分散控制裝置連 接。如圖2所示，為本發(fā)明爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控方法的流程 圖，如圖3所示，為本發(fā)明計算服務器采用的計算機軟件框圖，該軟件安裝在電站鍋爐爐外 承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的計算服務器上，應用于電站鍋爐爐外承壓部件瞬態(tài)低周 疲勞壽命損耗的在線計算與控制。對于某型號300MW電站鍋爐，對爐外承壓部件，采用圖1所示的裝置、圖2所示的 流程圖和圖3所示的計算機軟件，得出圖4所示的爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計 算結(jié)果的示意圖。第一步讀取電站鍋爐在線測點數(shù)據(jù)瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計算服務器每隔A X = 60秒鐘，從廠級監(jiān)控信息裝置讀 取來自電站鍋爐的分散控制裝置的電站鍋爐汽水系統(tǒng)工質(zhì)的壓力和溫度，爐外承壓部件的 壁溫的數(shù)據(jù)；第二步計算電站鍋爐爐外承壓部件的熱應力和由工質(zhì)壓力引起的機械應力針對汽水系統(tǒng)的工質(zhì)的壓力和溫度，以及爐外承壓部件的壁溫的數(shù)據(jù)變化，采用 現(xiàn)有技術的厚壁圓筒模型，在線計算電站鍋爐爐外承壓部件的內(nèi)外壁溫差，以及爐外承壓 部件切向熱應力o 0th、徑向熱應力orth和軸向熱應力ozth，針對電站鍋爐汽水系統(tǒng)工質(zhì) 壓力和爐外承壓部件壁溫的數(shù)據(jù)變化，采用現(xiàn)有技術的厚壁圓筒模型，在線計算電站鍋爐 爐外承壓部件由工質(zhì)壓力引起的切向機械應力o0p、徑向機械應力0。和軸向機械應力
0 zp ；第三步計算電站鍋爐爐外承壓部件的應力強度爐外承壓部件的應力強度的監(jiān)視值的計算公式為
S = max { | ( 0 0 th+ 0 0 p) - ( 0 rth+ o rp) | ； | ( o rth+ o rp) - ( o zth+ o zp) | ；
zth+0 Zp)"(° eth+0 eP) 1第四步計算電站鍋爐爐外承壓部件的低周疲勞應變幅采用如下公式，計算電站鍋爐爐外承壓部件對稱循環(huán)的低周疲勞應變幅￡ a <formula>formula see original document page 7</formula>式中，Et為工作壁溫下爐外承壓部件材料的彈性模量，E0為爐外承壓部件材料的 低周疲勞曲線試驗溫度下彈性模量；第五步計算電站鍋爐爐外承壓部件的低周疲勞壽命采用現(xiàn)有技術，使用電站鍋爐爐外承壓部件材料的低周疲勞曲線￡ a = F(Nf)，每 隔A X計算1次，得出電站鍋爐爐外承壓部件對稱循環(huán)的低周疲勞壽命Nf;第六步計算電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗采用如下公式，計算電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗d(t)d(t) = (2Nf)_1X100% ；計算得出的該型號300MW電站鍋爐在負荷變動的升負荷過程中，負荷從270MW下 降至250MW時，電站鍋爐4個爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的計算結(jié)果如下a.鍋爐汽包的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗屯=0. 0087%b.末級過熱器出口集箱的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗d2 = 0. 0078%c.末級再熱器出口集箱的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗d3 = 0. 0072%d.冷再熱蒸汽管道的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗d4 = 0. 0041 %第七步確定電站鍋爐爐外承壓部件的最大瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗采用如下公式，計算電站鍋爐4個爐外承壓部件的最大瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗 K dm = max{屯，d2, d3, d4}；在該型號電站鍋爐4個爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的計算結(jié)果中，最 大瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗為《=0. 0087% ；第八步確定瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的界限值[d]若為調(diào)峰電站鍋爐，[d] = 0. 030% ；若為帶基本負荷電站鍋爐，[d] = 0. 020% ； 該型號300MW電站鍋爐帶基本負荷，取瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的界限值為[d] = 0.020%第九步控制電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗若dm < 0. 005%，按《電站鍋爐運行規(guī)程》的規(guī)定數(shù)值改變電站鍋爐的負荷變化率 和主蒸汽溫度的變化率，并返回第一步；若0. 005%< dm< 0.010%，減小電站鍋爐的負荷 變化率和主蒸汽溫度的變化率，減少幅度為原數(shù)值的0. 2 0. 6倍，以減小電站鍋爐爐外承 壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗，并返回第一步；若《< [d]，控制電站鍋爐的 負荷變化率和主蒸汽溫度的變化率為0，以進一步降低電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周 疲勞壽命損耗，并返回第一步；若[d] ScLCZW]，控制電站鍋爐的負荷變化率和主蒸汽溫 度的變化率為0，以控制電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗，并發(fā)出報警，一 分鐘后停機；若dffl≥2[d]，立即停機。在該型號電站鍋爐4個爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的計算結(jié)果中，由于最大瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗0. 005%< dm < 0. 010%，該型號300MW電站鍋爐的瞬態(tài)低 周疲勞壽命損耗控制措施為減小電站鍋爐的負荷變化率，減小幅度為原數(shù)值的0. 4倍，以 減小該型號電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗。 采用本發(fā)明提供的電站鍋爐爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的在線監(jiān)控裝 置，實現(xiàn)了在線定量計算該型號300MW電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的 監(jiān)視值，根據(jù)最大瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗來控制該型號300MW電站鍋爐在啟動、停機和負 荷變動過程的負荷變化率和主蒸汽溫度的變化率，使該型號電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài) 低周疲勞壽命損耗處于受控狀態(tài)，達到了采用瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗控制裝置來監(jiān)視與控 制電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗、指導運行操作以及保障爐外承壓部件 長周期安全運行的技術效果。
權利要求
一種爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控裝置，其特征在于，包括瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計算服務器，瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計算服務器通過廠級監(jiān)控信息裝置與電站鍋爐分散控制裝置連接。
2.采用權利要求1所述裝置采用的爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控方 法，其特征在于，采用C語言編寫電站鍋爐爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的計算機 軟件，運行在瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計算服務器上，應用于電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài) 低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控，具體步驟為第一步讀取電站鍋爐在線測點數(shù)據(jù)瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計算服務器每隔△ t = 1秒鐘至300秒鐘，從廠級監(jiān)控信息裝 置讀取來自電站鍋爐分散控制裝置的電站鍋爐汽水系統(tǒng)的工質(zhì)的壓力和溫度，以及爐外承 壓部件的壁溫的數(shù)據(jù)；第二步計算電站鍋爐爐外承壓部件的熱應力和由工質(zhì)壓力引起的機械應力 針對電站鍋爐汽水系統(tǒng)的工質(zhì)的壓力和溫度，以及爐外承壓部件的壁溫的數(shù)據(jù)變化， 采用現(xiàn)有技術中的厚壁圓筒模型，在線計算電站鍋爐爐外承壓部件的內(nèi)外壁溫差，以及爐 外承壓部件的切向熱應力o 0th、徑向熱應力和軸向熱應力ozth;針對電站鍋爐汽水系 統(tǒng)工質(zhì)壓力和爐外承壓部件壁溫的數(shù)據(jù)變化，采用現(xiàn)有技術中的的厚壁圓筒模型，在線計 算電站鍋爐爐外承壓部件由工質(zhì)壓力引起的切向機械應力o0p、徑向機械應力o。和軸向 機械應力o zp ；第三步計算電站鍋爐爐外承壓部件的應力強度的監(jiān)視值 爐外承壓部件的應力強度的監(jiān)視值的計算公式為S = maX { | ( 0 0 th+ 0 0 p) _ ( 0 rth+ 0 rp) I ； I ( 0 rth+ 0 rp) “ ( 0 zth+ 0 zp) I ； zth+0 Zp)"(° eth+0 0p) 1 ；第四步計算電站鍋爐爐外承壓部件的低周疲勞應變幅 采用如下公式，計算電站鍋爐爐外承壓部件對稱循環(huán)的低周疲勞應變幅￡ a <formula>formula see original document page 2</formula>式中，Et為工作壁溫下爐外承壓部件材料的彈性模量，&為爐外承壓部件材料的低周 疲勞曲線試驗溫度下的彈性模量；第五步計算電站鍋爐爐外承壓部件的低周疲勞壽命采用現(xiàn)有技術，使用電站鍋爐爐外承壓部件材料的低周疲勞曲線￡ a = F(Nf)，每隔 A x計算1次，得出電站鍋爐爐外承壓部件對稱循環(huán)的低周疲勞壽命Nf; 第六步計算電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗 采用如下公式，計算電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗d(t) d(t) = (2Nf) _1X100% ；第七步確定電站鍋爐爐外承壓部件的最大瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗采用如下公式，計算電站鍋爐爐外n個承壓部件的最大瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗dm dm = max {d1 d2，. . . d” . . . dn}；第八步確定瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的界限值[d]若為調(diào)峰電站鍋爐，[d] = 0. 030% ；若為帶基本負荷電站鍋爐，[d] = 0. 020% ；第九步通過電站鍋爐分散控制裝置來控制裝置控制電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低 周疲勞壽命損耗若dm < 0. 005%，按《電站鍋爐運行規(guī)程》的規(guī)定數(shù)值改變電站鍋爐的負荷變化率和主 蒸汽溫度的變化率，并返回第一步；若0. 005%<dffl < 0. 010%，減小電站鍋爐的負荷變化 率和主蒸汽溫度的變化率，減少幅度為原數(shù)值的0. 2 0. 6倍，以減小電站鍋爐爐外承壓部 件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗，并返回第一步；若《< [d]，控制電站鍋爐的負荷 變化率和主蒸汽溫度的變化率為0，以進一步降低電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞 壽命損耗，并返回第一步；若[d] <《<2[(1]，控制電站鍋爐的負荷變化率和主蒸汽溫度的 變化率為0，以控制電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗，并發(fā)出報警，一分鐘 后停機；若dm ≥2[d]，立即停機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電站鍋爐爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗在線監(jiān)控裝置及方法。所述裝置包括瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計算服務器，瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗計算服務器通過廠級監(jiān)控信息裝置與電站鍋爐分散控制裝置連接。所述方法為讀取電站鍋爐在線測點數(shù)據(jù)計算電站鍋爐爐外承壓部件的熱應力和機械應力；計算電站鍋爐爐外承壓部件的應力強度；計算電站鍋爐爐外承壓部件的低周疲勞應變幅；計算電站鍋爐爐外承壓部件的低周疲勞壽命；確定電站鍋爐爐外承壓部件的最大瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗；確定瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的界限值；控制電站鍋爐爐外承壓部件的瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗。本發(fā)明實現(xiàn)了電站鍋爐爐外承壓部件瞬態(tài)低周疲勞壽命損耗的在線計算與控制。
文檔編號F22B35/18GK101832542SQ20101010218
公開日2010年9月15日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權日2010年1月28日
發(fā)明者史進淵, 曹暉, 李偉農(nóng), 李立人, 楊士華, 楊宇, 汪勇, 沈海華, 盛建國, 蔡維明, 鄧志成, 鄒軍 申請人:上海發(fā)電設備成套設計研究院;上海外高橋發(fā)電有限責任公司;上海上發(fā)院發(fā)電成套設備工程有限公司