电站压力容器三维热膨胀位移实时监测预警系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种监测预警系统，具体地说是一种电站压力容器三维热膨胀位移实时监测预警系统。
【背景技术】
[0002]随着电站机组容量的日益增大，电站压力容器尤其是锅炉各受热面(水冷壁、过热器、再热器、省煤器)、相应集箱和大直径的蒸汽管道温度和压力设计参数要求越来越高。各压力容器在温度、压力变化较大时易产生热应力，异种金属材料在相同工况下膨胀位移量不同，这是不可避免的，尤其是在电站锅炉冷态启动过程中，压力容器温度由常温升高至550°C左右，压力由常压升至18MPa，各部位受热压力容器的变形量更加明显。为此，电站锅炉特设置膨胀量监测点，用于各压力容器是否正常的判断。通常，电站锅炉本体设有膨胀中心，锅炉深度和宽度方向上的膨胀零点设置在炉膛深度和宽度的中心线上;垂直方向上的膨胀零点设在炉顶大罩壳的顶部。所有承压部件的位移量均是相对膨胀零点而言。距离膨胀零点越远的位置，承受的温度越高、压力越大，膨胀位移量越大，综合考虑水冷壁下联箱位置向下膨胀量最大。一般300MW锅炉机组该处膨胀量最高可达到270mm，600Mff锅炉机组该处膨胀量最高可达340mm，1000MW锅炉机组该处膨胀量最高可达400mm。此外，锅炉主汽管道、再热蒸汽管道等处因蒸汽流动产生的位移、倾斜，同样需进行监控，以便对阻碍位移变化的支吊架等进行调整。
[0003]电站锅炉在某些状态下，特别是在水压试验和启动状态时，为使锅炉各部受热膨胀均匀，在汽包压力阶段性达到一定值时对各部位的膨胀进行检查记录，如遇膨胀情况异常时，应停止升温升压，查明并消除原因后方可继续升压。运行过程中如遇支吊架卡涩脱落等现象，可能会引起压力容器管道膨胀，扭曲变形，严重威胁到锅炉机组的安全运行，因此实现对膨胀位移的监测对掌握电站压力容器状态有重要意义。
[0004]目前各电站对于压力容器的膨胀位移测量基本是采用接触式二维或三维膨胀指示器。膨胀指示器的工作原理是热胀冷缩原理，动静分离产生位移。升温升压时，受热元件必然要发生热膨胀。为了不使受热元件产生较大的热应力，就不能使其膨胀受阻，否则必然使受热元件发生变形或损坏(特别是焊口)。记录膨胀指示的意义就是在锅炉工况扰动时能够及时发现膨胀受阻的地方，及时采取措施，避免设备损坏。膨胀指示器一般是装在联箱、汽包上，即通过与压力容器连接在一起的指针(装有弹簧并标有刻度)在标有刻度的面板上运动来实现对二维或三维位移量的测量。
[0005]然而在膨胀指示器的运行过程中，经常会出现因工作环境不佳、粉灰沉积、弹簧失效等原因造成的指针弯曲和面板划伤等情况，这些情况的出现会大大降低膨胀指示器的指示精度。而且，这种膨胀指示器为机械式，运行人员只能进行现场的数据抄录，缺少测量的连续性，还有一定滞后性。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的就是提供一种电站压力容器三维热膨胀位移实时监测预警系统，以解决使用膨胀指示器存在的不能实时在线监测和容易出现故障而影响监测工作的问题。
[0007]本实用新型是这样实现的:一种电站压力容器三维热膨胀位移实时监测预警系统，包括用于探测压力容器三维热膨胀位移量的三维位移探测机构、用于接收探测信息并在对其进行模数转换后发送给计算机系统的信号采集装置以及对所采集的三维热膨胀位移数据信息进行分析和预警的计算机系统。
[0008]所述三维位移探测机构包括由三块平板相互垂直相交拼接组成的位移测量基板以及位于所述移测量基板内侧的三维位移测量装置;所述三维位移测量装置包括一个由三维支撑臂所组成的支架以及在所述支架的每个支撑臂上固定的一个接触式或非接触式的位移传感器;每个所述位移传感器对应所述位移测量基板中的一个平板，并与所对应的平板的板面相垂直。
[0009]所述位移传感器为拉杆直线位移传感器、超声波传感器、激光传感器或红外线传感器。
[0010]在所述三维位移探测机构中设置有喷气除尘装置。
[0011 ]本实用新型通过非接触式位移传感器实现了对压力容器膨胀量的实时在线监测，可使工作人员掌握压力容器整个膨胀过程的变化曲线，据此进行分析、预测和判断，并做出预警，从而提高了电站压力容器的使用安全性，提高了压力容器膨胀位移的测量监测管理水平。
[0012]本实用新型具有结构简单、安装便利、监控精度高、预警安全、日常维护少和可靠性尚等特点。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的结构示意图。
[0014]图中:1、位移传感器，2、支架，3、紧固连接件，4、支撑管，5、线路，6、位移测量基板，
7、支撑杆，8、信号采集装置，9、计算机系统，1、喷气除尘装置，11、压力容器。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，本实用新型包括三维位移探测机构、信号采集装置8和计算机系统9;三维位移探测机构用于探测压力容器三维热膨胀位移量，信号采集装置8用于接收三维位移探测机构所探测的三维热膨胀位移量信息，并将三维热膨胀位移量信息在进行模数转换后发送给计算机系统9，计算机系统9对所采集的三维热膨胀位移数据信息进行分析和预塾目ο
[0016]所述三维位移探测机构包括位移测量基板6和位于位移测量基板6内侧的三维位移测量装置。位移测量基板6是由三块厚度为6_左右的矩形塑料板或金属平板在相邻边角处相互垂直相交拼接组成的一个三面体，该三面体有一个直角顶角。三维位移测量装置包括支架2和三个位移传感器I。支架2是由呈三维伸出的三个支撑臂所组成，在每个支撑臂上通过紧固连接件3固定一个位移传感器I。位移传感器I可以是接触式位移传感器，也可以是非接触式位移传感器。每个位移传感器I对应位移测量基板6中的一个平板，并与所对应的平板板面相垂直。图1中的位移传感器I是超声波位移传感器，包括超声波发射装置和超声波接收装置。通过向正前方的平板发射超声波并接收反射波，来测定平板板面的位移量。
[0017]在三维位移探测机构中还设置有喷气除尘装置10，通过电磁阀控制压缩空气的喷出，以定期对位移测量基板6进行吹扫，避免粉灰等在位移测量基板6内的堆积而影响测量精度。
[0018]位移测量基板6通过支撑杆7固定在电站压力容器11的外壁上，该固定点应可以反映出压力容器三维膨胀的伸缩情况，并且，位移测量基板6上的三个平板的板面应与压力容器11的三维伸缩方向相垂直。三维位移测量装置与位移测量基板6相分离，并通过支撑管4与外部设备相接。而连接位移传感器I的线路5(包括信号线和电源线等)则穿接在支撑管4内，并与信号采集装置8相连接。
[0019]信号采集装置8采用多通道数据采集方式，可使用光纤、无线等方式与计算机系统9进行数据传送，便于实际应用的现场要求。
[0020]计算机系统9使用C语言和MATLAB等处理所采集的数据信号，实时监测压力容器受热应力膨胀过程中的位移量。将压力容器标准膨胀位移值作为基准导入计算机系统9中，以便在运行过程中作为参考标准进行比较;将标准值的上下10%作为预警值，如超出该值范围，则自动发出报警信号，提醒运行作业人员对该膨胀监测点进行观察和分析。对电站压力容器受热应力发生的三维膨胀量和其它可能发生的位移的测量，以电流或电压信号的形式输出到信号采集装置8，经模数转换后发送到计算机系统9中，以实时的数字量、过程曲线和危险值报警等形式表现出来，便于电站运行作业人员实时掌握压力容器的受热膨胀位移情况，了解运行操作对压力容器膨胀量的影响，及时消除膨胀受阻故障，为支吊架调整工作提供指导。
【主权项】
1.一种电站压力容器三维热膨胀位移实时监测预警系统，其特征是，包括用于探测压力容器三维热膨胀位移量的三维位移探测机构、用于接收探测信息并在对其进行模数转换后发送给计算机系统的信号采集装置以及对所采集的三维热膨胀位移数据信息进行分析和预警的计算机系统； 所述三维位移探测机构包括由三块平板相互垂直相交拼接组成的位移测量基板以及位于所述移测量基板内侧的三维位移测量装置;所述三维位移测量装置包括一个由三维支撑臂所组成的支架以及在所述支架的每个支撑臂上固定的一个接触式或非接触式的位移传感器;每个所述位移传感器对应所述位移测量基板中的一个平板，并与所对应的平板的板面相垂直。2.根据权利要求1所述的电站压力容器三维热膨胀位移实时监测预警系统，其特征是，所述位移传感器为拉杆直线位移传感器、超声波传感器、激光传感器或红外线传感器。3.根据权利要求1所述的电站压力容器三维热膨胀位移实时监测预警系统，其特征是，在所述三维位移探测机构中设置有喷气除尘装置。
【专利摘要】本实用新型涉及一种电站压力容器三维热膨胀位移实时监测预警系统，其结构包括三维位移探测机构、信号采集装置和计算机系统；所述三维位移探测机构包括由三块平板相互垂直相交拼接组成的位移测量基板以及位于所述移测量基板内侧的三维位移测量装置；所述三维位移测量装置包括支架和位移传感器；每个所述位移传感器对应所述位移测量基板中的一个平板，并与所对应的平板的板面相垂直。本实用新型通过非接触式位移传感器实现了对压力容器膨胀量的实时在线监测，可使工作人员掌握压力容器整个膨胀过程的变化曲线，据此进行分析、预测和判断，并做出预警，从而提高了电站压力容器的使用安全性，提高了压力容器膨胀位移的测量监测管理水平。
【IPC分类】G01N25/16
【公开号】CN205384238
【申请号】CN201620174030
【发明人】陈鸿伟, 杨新, 张志远, 王远鑫
【申请人】华北电力大学（保定）
【公开日】2016年7月13日
【申请日】2016年3月8日