专利名称：炉外低温承压部件剩余日历寿命在线监控装置及方法
技术领域：
本发明涉及电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命在线监控装置及方法，属于 电站锅炉技术领域。
背景技术：
电站锅炉的炉外低温承压部件易产生低周疲劳裂纹，是影响电站锅炉的安全运行 的关键部件。电站锅炉的汽包或汽水分离器、低温集箱、低温汽水管道等炉外低温承压部件 的特点是承受的工作压力高、尺寸大，造价昂贵。在电站锅炉的启动、停炉和负荷变动过程 中，由于沿部件半径方向温度分布不均勻，产生比较大的热应力和瞬态低周疲劳寿命损耗， 若控制不当，将会缩短电站锅炉炉外低温承压部件的剩余日历寿命。现有技术，还不能实现 电站锅炉炉外低温承压部件的剩余日历寿命的在线监控。
发明内容
本发明的目的是提供一种电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命在线监控装 置及方法，实现电站锅炉炉外低温承压部件的剩余日历寿命的在线监控。为了实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种炉外低温承压部件剩余日历寿 命在线监控装置，其特征在于，包括剩余日历寿命计算服务器，剩余日历寿命计算服务器通 过厂级监控信息装置(SIS装置)与电站锅炉分散控制装置(DCS)连接。本发明还提供了采用上述装置的炉外低温承压部件剩余日历寿命在线监控方法， 其特征在于，采用C语言编写电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命的计算机软件，运 行在剩余日历寿命计算服务器上，应用于电站锅炉炉外低温承压部件的剩余日历寿命在线 监控，其具体步骤为第一步读取电站锅炉在线测点数据剩余日历寿命计算服务器每隔A t = 1秒钟至300秒钟，从厂级监控信息装置读 取来自电站锅炉分散控制装置的电站锅炉汽水系统工质的压力和温度，炉外低温承压部件 的壁温的数据；第二步计算电站锅炉炉外低温承压部件的热应力和由工质压力引起的机械应 力针对汽水系统的工质的压力和温度，以及炉外低温承压部件的壁温的数据变化， 采用现有技术中的厚壁圆筒模型，在线计算电站锅炉炉外低温承压部件的内外壁温差以及 炉外承压部件切向热应力o 0th、径向热应力和轴向热应力ozth;针对电站锅炉汽水系 统工质的压力和炉外低温承压部件壁温的数据变化，采用现有技术的厚壁圆筒模型，在线 计算电站锅炉炉外低温承压部件由工质压力引起的切向机械应力o 0p、径向机械应力o。 和轴向机械应力ozp;第三步计算电站锅炉炉外低温承压部件的应力强度的监视值炉外低温承压部件的应力强度的监视值的计算公式为
<formula>formula see original document page 6</formula>第四步计算电站锅炉炉外低温承压部件的低周疲劳应变幅采用如下公式，计算电站锅炉炉外低温承压部件对称循环的低周疲劳应变幅￡ a
<formula>formula see original document page 6</formula>式中，S为炉外低温承压部件的应力强度的监视值，&为炉外低温承压部件材料的 低周疲劳曲线试验温度下弹性模量，Et为工作壁温下炉外低温承压部件材料的弹性模量；第五步计算电站锅炉炉外低温承压部件的低周疲劳寿命采用现有技术，使用电站锅炉炉外低温承压部件材料的低周疲劳曲线ea = F(Nf)，每隔A t计算1次，得出电站锅炉炉外低温承压部件对称循环的低周疲劳寿命Nf;第六步计算电站锅炉炉外低温承压部件的瞬态低周疲劳寿命损耗采用如下公式，计算电站锅炉炉外承压部件的瞬态低周疲劳寿命损耗d(t)d(t) = (2Nf)_1X100% ；第七步确定峰值应力强度对应的低周疲劳寿命损耗采用现有技术，判断炉外低温承压部件的应力强度是否为处于启动、停机和负荷 变动过程的峰值应力强度，若应力强度是峰值应力强度，电站锅炉炉外低温承压部件峰值 应力强度对应的低周疲劳寿命损耗dp = d(t)；若应力强度不是峰值应力强度，电站锅炉炉 外低温承压部件峰值应力强度对应的低周疲劳寿命损耗dp = 0 ；第八步计算炉外低温承压部件累积低周疲劳寿命损耗电站锅炉炉外低温承压部件累积低周疲劳寿命En的计算公式如下En = EN0+dp式中，EN(i为上一次读取数计算得出的累积低周疲劳寿命损耗；第九步计算炉外低温承压部件剩余日历寿命百分数电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命百分数Ek的计算公式如下Ee = 100-En ；第十步计算炉外低温承压部件年均寿命损耗速率电站锅炉炉外低温承压部件年均寿命损耗速率e的计算公式表示为e = l/yX100%式中，y为电站锅炉炉外低温承压部件的设计寿命，单位为年；第十一步计算炉外低温承压部件剩余日历寿命电站锅炉炉外低温承压部件的剩余日历寿命&的计算公式如下Rl = ER/e第十二步计算炉外低温承压部件已使用年数采用现有技术，计算得出电站锅炉从投产至当前时刻的在使用的日历小时数PH， 电站锅炉已使用年数知的计算公式表示为y0 = PH/8760 ；第十三步计算炉外低温承压部件可使用寿命电站锅炉炉外低温承压部件可使用寿命La的计算公式如下
La = y0+RL ；第十四步计算炉外低温承压部件剩余日历寿命安全余量电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命安全余量是Ls的计算公式如下Ls = La-y ；式中，y为电站锅炉炉外低温承压部件的设计寿命，单位为年；第十五步确定炉外低温承压部件最小剩余日历寿命安全余量在电站锅炉炉外n个低温承压部件的剩余日历寿命安全余量确定之后，电站锅炉 炉外低温承压部件的最小剩余日历寿命安全余量Lm的计算公式如下Lm = minUi，L2， ，LJ ；第十六步控制炉外低温承压部件剩余日历寿命根据电站锅炉炉外低温承压部件的最小剩余日历寿命安全余量Lm的在线计算结 果，控制电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命的措施为若、< -5年，在电站锅炉的 启动、停机和负荷变动过程中，减小电站锅炉的负荷变化率与主蒸汽温度的变化率，减少幅 度皆为原数值的0. 4 0. 6倍，以延长电站锅炉炉外低温承压部件的使用寿命；若_5年 <Lffl^0年，在电站锅炉的启动、停机和负荷变动过程中，减小电站锅炉的负荷变化率与主 蒸汽温度的变化率，减少幅度皆为原数值的0. 1 0. 3倍，以延长电站锅炉炉外低温承压部 件的使用寿命；若0年<Lm《5年，在电站锅炉的启动、停机和和负荷变动过程中，电站锅炉 的主蒸汽温度变化率和负荷变化率按《电站锅炉运行规程》的规定值操作；若5年<1^< 10 年，在电站锅炉的启动、停机和负荷变动过程中，增加电站锅炉负荷变化率与主蒸汽温度的 变化率，增加幅度皆为原数值的0. 1 0. 3倍，以适应电网的负荷变化要求，提高电站锅炉 的运行经济性；若Lm> 10年，在电站锅炉的启动、停机和负荷变动过程中，增加电站锅炉负 荷变化率与主蒸汽温度的变化率，增加幅度皆为原数值的0. 4 0. 6倍，以适应电网的负荷 快速变化要求，提高电站锅炉的运行经济性。本发明具有以下特点(1)在计算服务器上安装使用C语言编写的电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历 寿命监视值的专用计算机软件，根据软件设定的时间间隔△ t = 1秒钟至300秒钟，从厂 级监控信息装置(SIS)中读取在线监视的电站锅炉的在线测点数据，在线实时计算电站锅 炉炉外低温承压部件的剩余日历寿命的监视值；(2)厂级监控信息装置(SIS装置)在剩余日历寿命控制方面具有两种功能，一是 为剩余日历寿命监视和控制装置提供电站锅炉的在线测点数据，二是把电站锅炉炉外低温 承压部件剩余日历寿命控制措施传输给电站锅炉的分散控制装置(DCS)，用来指导电站锅 炉的运行和操作。本发明的优点是提供了电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命的在线监控装 置，实现了电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命的在线计算与控制。如果电站锅炉炉 外低温承压部件的剩余日历寿命安全余量偏大或偏小时，通过在线实时控制电站锅炉的负 荷变化率与主蒸汽温度的变化率来合理使用电站锅炉炉外低温承压部件的剩余日历寿命， 达到了通过在线监控电站锅炉炉外低温承压部件的剩余日历寿命来保障电站锅炉炉外低 温承压部件安全经济运行的技术效果。
图1为本发明炉外低温承压部件剩余日历寿命在线监控装置的方框图；图2为本发明炉外低温承压部件剩余日历寿命在线监控方法的流程图；图3为本发明计算服务器采用的计算机软件框图；图4为电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命计算结果的示意图；图5为电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命安全余量计算结果的示意图。
具体实施例方式下面结合实施例来具体说明本发明。实施例如图1所示，为本发明炉外低温承压部件剩余日历寿命在线监控装置的方框图， 本发明的电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命在线监控装置，由剩余日历寿命计算服 务器及运行于其上的计算机软件、厂级监控信息装置以及电站锅炉的分散控制装置组成。 剩余日历寿命计算服务器通过厂级监控信息装置与电站锅炉的分散控制装置连接。如图2所示，为本发明炉外低温承压部件剩余日历寿命在线监控方法的流程图， 如图3所示，为本发明计算服务器采用的计算机软件框图，该软件安装在剩余日历寿命计 算服务器上，应用于电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命的在线计算与控制。对于某型号300丽电站锅炉，对炉外低温承压部件，采用图1所示的装置、图2所 示的流程图和图3所示的计算机软件，得出图4所示的电站锅炉炉外低温承压部件剩余日 历寿命计算结果的示意图和图5所示的电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命安全余 量计算结果的示意图。第一步读取电站锅炉在线测点数据炉外低温承压部件剩余日历寿命的计算服务器每隔A T = 60秒钟，从厂级监控 信息装置读取来自电站锅炉的分散控制装置的电站锅炉汽水系统工质的压力和温度，以及 炉外承压部件的壁温的数据；第二步、第三步、第四步、第五步、第六步、第七步和第八步从投产至2009年4月 6日，该型号300MW电站锅炉3个炉外低温承压部件的累积低周疲劳寿命损耗En的计算结 果列于表1 ；第九步从投产至2008年10月25日，该型号300MW电站锅炉3个炉外低温承压 部件的剩余日历寿命百分数Ek的计算结果列于表1 ；第十步和第十一步该型号300MW电站锅炉3个炉外低温承压部件的设计寿命为 y = 30年，e = 1/30 = 3. 3333%，3个炉外低温承压部件的剩余日历寿命&的计算结果列 于表1并显示在图4;第十二步从投产到2009年4月6日，该型号300丽电站锅炉在使用的日历小时 数 PH = 105847h,已使用年数为 yQ = PH/8760 = 12. 08 年；第十三步和第十四步该型号300MW电站锅炉3个炉外低温承压部件的可使用寿 命La和剩余日历寿命安全余量Ls的计算结果列于表1，3个炉外低温承压部件的剩余日历 寿命的安全余量显示在图5;第十五步在该型号3个炉外低温承压部件的剩余日历寿命安全余量的计算结果中，最小剩余日历寿命安全余量Lm = 3. 99年；第十六步在该型号3个炉外低温承压部件寿命安全余量的计算结果中，由于最 小剩余日历寿命安全余量介于0 5年之间，该型号300MW电站锅炉的剩余日历寿命的控 制措施为在电站锅炉的负荷变动过程中，电站锅炉负荷变化率和主蒸汽温度的变化率按 《电站锅炉运行规程》的规定操作，以保证电站锅炉长周期安全运行。采用本发明提供的电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命的在线监控装置，实 现了在线定量计算300丽电站锅炉炉外低温承压部件的剩余日历寿命的监视值，根据剩余 日历寿命安全余量来控制该型号300MW电站锅炉在启动、停机和负荷变动过程的负荷变化 率与主蒸汽温度的变化率，使该型号电站锅炉炉外低温承压部件的剩余日历寿命处于受 控状态，达到了采用剩余日历寿命控制装置来监控电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿 命、指导运行操作以及保障电站锅炉炉外低温承压部件安全经济运行的技术效果。[表1]
序 号低温承压部件 的部位名称累积低周疲 劳寿命损耗En (%)剩余日历 寿命百分 数 Er(%)剩余日历 寿命& (年)可使用寿 命k(年)剩余日历 寿命安全 余量k (年)1汽包26.978373. 021721. 9133. 993. 992水冷壁下集箱20.893479.106623. 7335. 815. 813冷再热蒸汽管 道23.321976. 678123. 0035. 085. 08
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权利要求
一种炉外低温承压部件剩余日历寿命在线监控装置，其特征在于，包括剩余日历寿命计算服务器，剩余日历寿命计算服务器通过厂级监控信息装置与电站锅炉分散控制装置连接。
2.采用权利要求1所述装置的炉外低温承压部件剩余日历寿命在线监控方法，其特征 在于，采用C语言编写电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命的计算机软件，运行在剩 余日历寿命计算服务器上，应用于电站锅炉炉外低温承压部件的剩余日历寿命在线监控， 其具体步骤为第一步读取电站锅炉在线测点数据剩余日历寿命计算服务器每隔A X = 1秒钟至300秒钟，从厂级监控信息装置读取来 自电站锅炉分散控制装置的电站锅炉汽水系统工质的压力和温度，炉外低温承压部件的壁 温的数据；第二步计算电站锅炉炉外低温承压部件的热应力和由工质压力引起的机械应力 针对汽水系统的工质的压力和温度，以及炉外低温承压部件的壁温的数据变化，采用 现有技术中的厚壁圆筒模型，在线计算电站锅炉炉外低温承压部件的内外壁温差以及炉外 承压部件切向热应力o 0th、径向热应力和轴向热应力ozth ；针对电站锅炉汽水系统工 质的压力和炉外低温承压部件壁温的数据变化，采用现有技术的厚壁圆筒模型，在线计算 电站锅炉炉外低温承压部件由工质压力引起的切向机械应力o0p、径向机械应力和轴 向机械应力o zp ；第三步计算电站锅炉炉外低温承压部件的应力强度的监视值 炉外低温承压部件的应力强度的监视值的计算公式为<formula>formula see original document page 2</formula>；第四步计算电站锅炉炉外低温承压部件的低周疲劳应变幅采用如下公式，计算电站锅炉炉外低温承压部件对称循环的低周疲劳应变幅￡ a <formula>formula see original document page 2</formula>式中，S为炉外低温承压部件的应力强度的监视值，&为炉外低温承压部件材料的低周 疲劳曲线试验温度下弹性模量，Et为工作壁温下炉外低温承压部件材料的弹性模量； 第五步计算电站锅炉炉外低温承压部件的低周疲劳寿命采用现有技术，使用电站锅炉炉外低温承压部件材料的低周疲劳曲线￡ a = F(Nf)，每 隔A X计算1次，得出电站锅炉炉外低温承压部件对称循环的低周疲劳寿命Nf; 第六步计算电站锅炉炉外低温承压部件的瞬态低周疲劳寿命损耗 采用如下公式，计算电站锅炉炉外承压部件的瞬态低周疲劳寿命损耗d(t) d(t) = (2Nf) _1X100% ；第七步确定峰值应力强度对应的低周疲劳寿命损耗采用现有技术，判断炉外低温承压部件的应力强度是否为处于启动、停机和负荷变动 过程的峰值应力强度，若应力强度是峰值应力强度，电站锅炉炉外低温承压部件峰值应力 强度对应的低周疲劳寿命损耗‘ =d(t)；若应力强度不是峰值应力强度，电站锅炉炉外低 温承压部件峰值应力强度对应的低周疲劳寿命损耗dp = 0 ；第八步计算炉外低温承压部件累积低周疲劳寿命损耗 电站锅炉炉外低温承压部件累积低周疲劳寿命En的计算公式如下 F = F +H式中，EN(i为上一次读取数计算得出的累积低周疲劳寿命损耗； 第九步计算炉外低温承压部件剩余日历寿命百分数 电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命百分数ek的计算公式如下 Ee = 100-En；第十步计算炉外低温承压部件年均寿命损耗速率电站锅炉炉外低温承压部件年均寿命损耗速率e的计算公式表示为e= l/y*100%式中，y为电站锅炉炉外低温承压部件的设计寿命，单位为年； 第十一步计算炉外低温承压部件剩余日历寿命 电站锅炉炉外低温承压部件的剩余日历寿命RL的计算公式如下 Rl = ER/e第十二步计算炉外低温承压部件已使用年数采用现有技术，计算得出电站锅炉从投产至当前时刻的在使用的日历小时数PH，电站 锅炉已使用年数％的计算公式表示为 y0 = PH/8760 ；第十三步计算炉外低温承压部件可使用寿命 电站锅炉炉外低温承压部件可使用寿命La的计算公式如下 La = Yo+RL ；第十四步计算炉外低温承压部件剩余日历寿命安全余量电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命安全余量是Ls的计算公式如下Ls = La-y ；式中，y为电站锅炉炉外低温承压部件的设计寿命，单位为年； 第十五步确定炉外低温承压部件最小剩余日历寿命安全余量 在电站锅炉炉外n个低温承压部件的剩余日历寿命安全余量确定之后，电站锅炉炉外 低温承压部件的最小剩余日历寿命安全余量Lm的计算公式如下 Lm = min {L” L2， ，Ln}； 第十六步控制炉外低温承压部件剩余日历寿命根据电站锅炉炉外低温承压部件的最小剩余日历寿命安全余量Lm的在线计算结果，控 制电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命的措施为若Lm < -5年，在电站锅炉的启动、 停机和负荷变动过程中，减小电站锅炉的负荷变化率与主蒸汽温度的变化率，减少幅度皆 为原数值的0. 4 0. 6倍；若-5年< Lm < 0年，在电站锅炉的启动、停机和负荷变动过程 中，减小电站锅炉的负荷变化率与主蒸汽温度的变化率，减少幅度皆为原数值的0. 1 0. 3 倍；若0年<Lm<5年，在电站锅炉的启动、停机和和负荷变动过程中，电站锅炉的主蒸汽温 度变化率和负荷变化率按《电站锅炉运行规程》的规定值操作；若5年< Lm < 10年，在电站 锅炉的启动、停机和负荷变动过程中，增加电站锅炉负荷变化率与主蒸汽温度的变化率，增 加幅度皆为原数值的0. 1 0. 3倍；若Lm > 10年，在电站锅炉的启动、停机和负荷变动过程中，增加电站锅炉负荷变化率与主蒸汽温度的变化率，增加幅度皆为原数值的0. 4 0. 6 倍。
全文摘要
本发明公开了炉外低温承压部件剩余日历寿命在线监控装置及方法。所述装置包括剩余日历寿命计算服务器，剩余日历寿命计算服务器通过厂级监控信息装置与电站锅炉分散控制装置连接。所述方法为读取电站锅炉在线测点数据；确定炉外低温承压部件最小剩余日历寿命安全余量；控制炉外低温承压部件剩余日历寿命。本发明的优点是提供了电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命的在线监控装置，实现了电站锅炉炉外低温承压部件剩余日历寿命的在线计算与控制。
文档编号F22B35/18GK101825274SQ201010102190
公开日2010年9月8日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者史进渊, 杨宇, 汪勇, 邓志成, 陈玮 申请人:上海发电设备成套设计研究院