一种基于3D管道模型的火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理系统及其运行方法与流程

本发明涉及一种火电厂高温蒸汽管道状态监测技术领域，具体涉及一种基于3d管道模型的火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理系统及其运行方法。

背景技术

蒸汽管道是火电机组关键部件之一，长期在高温、高压下服役，管道材料的微观组织随着运行时间的延长而老化，伴随着材料微观组织的老化引起材料力学性能的劣化，如申请号为201320414740.0的中国专利。高温蒸汽管道的安全运行在火电机组安全运行中具有重要意义，因此，开展对火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理具有重要的现实意义。

目前，国内对高温蒸汽管道一般采用定检的方式进行监督管理，检修范围通常是按照相关标准要求的抽检比例进行抽检，这样的监督管理模式存在诸多问题，一是抽检带有盲目性；二是监督检验处于静态管理状态，信息化水平较低，无法进行连续对比分析与准确测评；三是随着电厂专业技术岗位人员的变化，数据资料丢失现象严重；四是机组经过若干轮a修周期后，高温蒸汽管道各部件的累计检验频次存在明显差异，过检、过修与欠检、漏检现象非常普遍，增加了管道运行风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种基于3d管道模型的火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理系统及其运行方法，首先建立高温蒸汽管道图像模型，并对模型中的部件一一对应录入管道系统各个组件的原始状态检验数据库、服役后的历次检验数据库，实现3d图形与数据库信息的动态关联；接着，通过对检验数据的连续对比分析拟合出管道在服役过程中各个关键指标的变化趋势，结合对检验数据的准确测评及电厂dcs运行数据的读取与分析，实现对高温蒸汽管道安全隐患部位及高温风险部位及时预警。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于3d管道模型的火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理系统，其特征在于，包括绘图模块、数据模块、评估模块和预警模块，所述绘图模块和数据模块相互连接，且绘图模块和数据模块均与评估模块连接，所述评估模块与预警模块连接。

进一步而言，所述数据模块包括原始状态检验数据模块，服役后的检验数据模块，以及故障与缺陷状态信息数据模块；用于存储管道系统各个组件的原始状态检验数据、服役后的历次检验数据以及故障与缺陷状态信息数据。

进一步而言，所述评估模块包括材料组织与性能参数对比分析模块，关键指标变化趋势拟合模块，以及预判模块；用于对材料组织与性能参数进行连续对比分析，拟合出管道在服役过程中各个关键指标的变化趋势，结合对检验数据的准确测评及电厂dcs运行数据的读取与分析，及时发现管道系统中存在安全隐患及高温风险的部位。

进一步而言，所述预警模块包括声音提醒模块、颜色警示模块和数据展示模块，用于多级超限自动报警。

一种基于3d管道模型的火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理系统的运行方法：其步骤如下：建立高温蒸汽管道可视化交互界面；存储管道系统各个组件的原始状态检验数据、服役后的历次检验数据及故障与缺陷状态信息数据；通过对材料组织与性能参数的连续对比分析，拟合出管道在服役过程中各个关键指标的变化趋势；结合对检验数据的准确测评及电厂dcs运行数据的读取与分析，及时发现管道系统中存在安全隐患及高温风险的部位；利用多级超限预警功能进行自动报警，从而实现高温蒸汽管道状态监测与诊断预警，构建高温蒸汽管道3d管道模型与数据库动态关联及运行监测参数实时导入的管理系统。

作为优选，本发明根据高温蒸汽管道系统的图纸信息，通过交互的方法，采用草图绘制的方式绘制管道的布置图，或者根据管道系统的矢量文件（dxf或dwg文件）中的管道信息，自动生成3d管道模型，建立高温蒸汽管道可视化交互界面。

作为优选，本发明通过与3d管道模型中管道组成件一一对应，建立每个组件的原始状态数据库。用户点击图像模型中相应的部件，系统将自动跳出录入检验数据的界面，用户根据提示完成操作，即可将原始状态检验数据存入系统。检验数据来源于才原料质量文件、安装前检验数据等，包括外观、壁厚、硬度、金相、超声、磁粉、渗透、射线、常温力学性能、高温拉伸性能等。

作为优选，本发明通过与3d管道模型中管道组成件一一对应，建立每个组件投运、运行后的材料服役状态数据库。用户点击图像模型中相应的部件，系统将自动跳出录入检验数据的界面，用户根据提示完成操作，即可将服役后的历次检验数据存入系统。检验数据来源于大修数据、定检数据等，包括外观、壁厚、硬度、金相、超声、磁粉、渗透、射线、常温力学性能、高温拉伸性能等。

作为优选，本发明将各种类型缺陷及服役期间缺陷的演变情况、不同服役阶段材料微观组织变化数据与趋势分析、力学性能变化数据与趋势分析进行研究与归纳整理，同时结合火电厂高温蒸汽管道涉及材料的各项检验数据的上、下限要求，形成完整的高温蒸汽管道故障与缺陷状态信息数据库。

作为优选，本发明将检验数据的上下限要求作为极限状态，当检验数据超过要求值时，必须停机检修并更换部件，此区间在系统中被定义为超限区域。

系统将超限状态限值的70%-95%设置为预警值（限值的百分比根据相应检验参数失效前的劣化速率而定），当检验数据在此区间时，用户需对该部件加强监测，此区间在系统中被定义为预警区域。

当某参数的限值无法通过查询得到，需要自行计算时，系统提供相应计算模块，比如最小壁厚计算模块。

作为优选，本发明结合实时读取的电厂dcs运行数据，通过对原始状态数据库、服役状态数据库及故障与缺陷状态信息数据库中材料组织与性能参数的连续对比分析，拟合出管道在服役过程中各个关键指标的变化趋势，包括变化方向、变化程度及变化速度。

高温蒸汽管道的关键指标包括但不限于：内部缺陷变化与扩展趋势、显微组织变化、硬度变化、材料力学性能劣化程度。

运行监测参数实时导入模块可实现高温蒸汽管道运行温度、压力的长周期记录及停机次数、机组运行小时数的自动、准确累计。

作为优选，本发明通过绘制材料原始检验数据及服役后的历次检验数据与运行时间的关系曲线，使用材料劣化阶段的曲线斜率代表关键指标的变化速率，对管道系统服役状态进行准确测评，结合实时读取的电厂dcs运行数据，从而预判部件在运行中的组织缺陷变化及性能劣化等情况，可在机组运行过程中及时发现管道系统中存在安全隐患及高温风险的部位。

作为优选，本发明中，当管道组成件的关键参数落在预警区域或者超限区域时，系统的多级超限预警功能将采用声音提醒、颜色警示和数据展示的方式进行自动报警，从而实现高温蒸汽管道状态监测与诊断预警。

作为优选，本发明利用多级超限预警功能自动报警，在高温蒸汽管道三维图像模型中直观显示风险源的位置及相应数据，构建高温蒸汽管道3d管道模型与数据库动态关联及运行监测参数实时导入的管理系统。

综上所述，本发明主要包括：（1）通过高温蒸汽管道原始平面数据建立3d管道模型；（2）建立电站高温蒸汽管道原始状态、服役状态及故障与缺陷状态数据库；（3）构建高温蒸汽管道3d管道模型与检验检测相关数据的动态关联及运行监测参数实时导入的管理系统，利用系统预设的数据评估模型，实现对高温蒸汽管道安全隐患部位及高温风险部位及时预警。（4）根据设定，系统将报警区域划分为预警区域与超限区域，当服役检验检测数据或运行时的变化趋势数据落入该区域时，多级超限预警功能将采用声音提醒、颜色警示和数据展示的方式进行自动报警。（5）数据显示与风险提醒均依赖于高温蒸汽管道的3d图像模型，提升系统的可视化与智能化。基于高温蒸汽管道设计图纸信息、原始状态与服役状态的检验检测数据、故障与缺陷状态信息数据，建立基于3d管道模型的火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理系统，实现对电站金属材料大量检验检测数据的比对分析，评估各阶段重点监测部位及检验检测对象，实现对高温蒸汽管道的风险管控。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：构建高温蒸汽管道3d管道模型与数据库动态关联及运行监测参数实时导入的管理系统，可直观显示高温蒸汽管道及组件的结构、规格及原始状态、服役过程检验信息等各类参数；便于查询高温蒸汽管道原始状态、服役阶段正常状态以及故障与缺陷状态信息数据；可系统了解和掌握这些材料和部件在实际服役条件下的组织和性能变化规律，结合材料失效机理，采取更具针对性的检测方式；易于追踪发现风险部位与安全隐患，并能根据关键参数劣化性能模拟缺陷发展情况，进行有效的预警；提升数据的信息化水平，消除人为因素影响；增强运行、检修、检验工作的针对性，为精细化管理提供科学决策依据，对优化运行与检修策略、化解安全生产风险具有重要指导意义。

附图说明

图1是本发明实施例的基于3d管道模型的火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理系统的流程示意图。

图2是本发明实施例的基于3d管道模型的火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理系统的流程图。

图3是本发明实施例的基于3d管道模型的火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理系统的3d管道模型示意图。

图4是本发明实施例的基于3d管道模型的火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理系统的自动预警功能交互界面图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

如图1所示，本实施例中的基于3d管道模型的火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理系统包括绘图模块、数据模块、评估模块和预警模块，绘图模块和数据模块相互连接，且绘图模块和数据模块均与评估模块连接，评估模块与预警模块连接。

如图2所示，数据模块包括原始状态检验数据模块，服役后的检验数据模块，以及故障与缺陷状态信息数据模块；用于存储管道系统各个组件的原始状态检验数据、服役后的历次检验数据以及故障与缺陷状态信息数据。评估模块包括材料组织与性能参数对比分析模块，关键指标变化趋势拟合模块，以及预判模块；用于对材料组织与性能参数进行连续对比分析，拟合出管道在服役过程中各个关键指标的变化趋势，结合对检验数据的准确测评及电厂dcs运行数据的读取与分析，及时发现管道系统中存在安全隐患及高温风险的部位。预警模块包括声音提醒模块、颜色警示模块和数据展示模块，用于多级超限自动报警。

上述基于3d管道模型的火电厂高温蒸汽管道全寿命周期管理系统的运行方法如下：

建立高温蒸汽管道可视化交互界面；存储管道系统各个组件的原始状态检验数据、服役后的历次检验数据及故障与缺陷状态信息数据；通过对材料组织与性能参数的连续对比分析，拟合出管道在服役过程中各个关键指标的变化趋势；结合对检验数据的准确测评及电厂dcs运行数据的读取与分析，及时发现管道系统中存在安全隐患及高温风险的部位；利用多级超限预警功能进行自动报警，从而实现高温蒸汽管道状态监测与诊断预警，构建高温蒸汽管道3d管道模型与数据库动态关联及运行监测参数实时导入的管理系统。

系统中的绘图模块，根据高温蒸汽管道系统的图纸信息，通过交互的方法，采用草图绘制的方式绘制管道的布置图，或者根据管道系统的矢量文件（dxf或dwg文件）中的管道信息，自动生成3d管道模型，建立高温蒸汽管道可视化交互界面。

如图3所示，3d管道模型可直观显示高温蒸汽管道布置状态，有效提高图纸信息的检索能力，人机交互性好。

系统中的数据模块，用于保存、检索与管理高温蒸汽管道系统各个组件的原始状态检验数据、服役后的历次检验数据及故障与缺陷状态信息数据等信息，避免高温蒸汽管道各个部件漏检、欠修与过检、过修。

该模块实现了与3d管道模型的动态关联，易于查询管道组成件、管道附件及焊接接头的原始信息、检验检测信息等各类信息。

具体而言，通过与3d管道模型中管道组成件一一对应，建立每个组件的原始状态数据库和投运、运行后的材料服役状态数据库。用户点击图像模型中相应的部件，系统将自动跳出录入检验数据的界面，用户根据提示完成操作，即可将原始状态检验数据存入系统。检验数据来源于安装检验数据、服役定检数据等，包括外观、壁厚、硬度、金相、超声、磁粉、渗透、射线、常温力学性能、高温拉伸性能等。

另外，将各种类型缺陷及服役期间缺陷的演变情况、不同服役阶段材料微观组织变化数据与趋势分析、力学性能变化数据与趋势分析进行研究与归纳整理，同时结合火电厂高温蒸汽管道涉及材料的各项检验数据的上、下限要求，形成完整的高温蒸汽管道故障与缺陷状态信息数据库。

特别地，当某参数的限值无法通过标准要求或其他途径查询得到，而需要自行计算时，系统提供相应计算模块（比如最小壁厚计算模块），防止因用户计算错误而影响系统预警功能的准确性。

系统中的评估模块，结合实时读取的电厂dcs运行数据，通过对原始状态数据库、服役状态数据库及故障与缺陷状态信息数据库中材料组织与性能参数的连续对比分析，拟合出管道在服役过程中各个关键指标的变化趋势，包括变化方向、变化程度及变化速度。

根据管道组成件关键指标的变化趋势，绘制材料原始检验数据及服役后的历次检验数据与运行时间的关系曲线，使用曲线斜率代表数据的变化速率（可根据关键指标劣化性质选择相应阶段的曲线定义变化速率），预判部件在运行中的组织缺陷变化及性能劣化等情况。

高温蒸汽管道的关键指标包括但不限于：内部缺陷变化与扩展趋势、显微组织变化、硬度变化、材料劣化程度。

具体而言，系统将检验数据的上下限要求作为极限状态，当检验数据超过要求值时，必须停机检修并更换部件，此区间在系统中被定义为超限区域。

另外，系统将超限状态限值的70%-95%设置为预警值（限值的百分比根据相应检验参数失效前的劣化速率而定），当检验数据在此区间时，用户需对该部件加强监测，此区间在系统中被定义为预警区域。

另外，运行监测参数实时导入模块可实现高温蒸汽管道运行温度、压力的长周期记录及停机次数、机组运行小时数的自动、准确累计。

系统中的预警模块，将上述评估模块中对高温蒸汽管道系统服役状态的测评结果，利用多级超限预警功能自动报警，及时发现管道系统中存在安全隐患及高温风险的部位，从而实现高温蒸汽管道状态监测与诊断预警。

如图4所示，利用多级超限预警功能，采用声音提醒、颜色警示和数据展示的方式进行自动报警，在高温蒸汽管道3d图像模型中直观显示风险源的位置及相应数据，为检修决策提供数据支撑。

虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。