专利名称：：炉外高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高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：
：电站锅炉的高温集箱、高温管道、减温器等炉外高温承压部件的特点是工作温度高、尺寸大，造价昂贵，是电站锅炉的关键部件。在电站锅炉带负荷运行过程中，电站锅炉高温炉外高温承压部件中产生蠕变寿命损耗；在电站锅炉的启动、停机和负荷变动过程中，由于沿炉外高温承压部件半径方向温度分布不均勻产生比较大的热应力和低周疲劳寿命损耗，使用操作不当会缩短电站锅炉炉外高温承压部件的剩余日历寿命，需要在线监控电站锅炉炉外高温承压部件的剩余日历寿命。
发明内容本发明的目的是采用一套剩余日历寿命在线监控装置，实现电站锅炉的炉外高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高温承压部件剩余日历寿命在线监控装置，其特征在于，包括炉外高温承压部件剩余日历寿命计算服务器，炉外高温承压部件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。本发明还提供了上述装置所采用的电站锅炉炉外高温承压部件的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高温承压部件剩余日历寿命的计算机软件，运行在计算服务器上，应用于电站锅炉炉外高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炉外高温部件剩余日历寿命的计算服务器每隔At=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，以及炉外承压部件的壁温的数据；第二步计算累计运行小时数电站锅炉炉外高温承压部件累计运行小时数SH的计算公式如下SH=SH。+AT/60式中，S^为上一次读取数据计算得出的累计运行小时数，AX为读取数据的时间间隔，单位为分钟；第三步计算累积蠕变寿命损耗电站锅炉的炉外高温承压部件的累积蠕变寿命损耗Et的计算公式如下Et=SH/xEX100%式中，tK为电站锅炉炉外高温承压部件蠕变寿命的设计值；第四步计算电站锅炉炉外高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，以及炉外高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高温承压部件的内外壁温差以及炉外承压部件切向热应力o0th、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高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高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o。和轴向机械应力ozp;第五步计算电站锅炉炉外高温承压部件的应力强度的监视值炉外高温承压部件的应力强度的监视值的计算公式为S=max{|(oeth+oep)~(orth+orp)|；|(orth+orp)-(ozth+ozp)|；zth+0Zp)"(°eth+0eP)1；第六步计算电站锅炉炉外高温承压部件的低周疲劳应变幅采用如下公式，计算电站锅炉炉外高温承压部件对称循环的低周疲劳应变幅￡aSE0ea=—^2Et式中，S为炉外高温承压部件的应力强度的监视值，&为炉外高温承压部件材料的低周疲劳曲线试验温度下弹性模量，Et为工作壁温下炉外高温承压部件材料的弹性模量；第七步计算电站锅炉炉外高温承压部件的低周疲劳寿命采用现有技术，使用电站锅炉炉外高温承压部件材料的低周疲劳曲线ea=F(Nf)，每隔At计算1次，得出电站锅炉炉外高温承压部件对称循环的低周疲劳寿命Nf;第八步计算电站锅炉炉外高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%；第九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，判断炉外高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，电站锅炉炉外高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，电站锅炉炉外高温承压部件峰值应力强度对应的低周疲劳寿命损耗dp=0；第十步计算累积低周疲劳寿命损耗电站锅炉炉外高温承压部件累积低周疲劳寿命En的计算公式如下_4]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—^一步计算累积寿命损耗电站锅炉炉外高温承压部件累积寿命损耗E的计算公式表示为E=Et+EN第十二步计算剩余日历寿命百分数电站锅炉炉外高温承压部件剩余日历寿命百分数Ek的计算公式如下Ee=100-E6第十三步计算年均寿命损耗速率电站锅炉炉外高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为电站锅炉炉外高温承压部件的设计寿命，单位为年；第十四步计算剩余日历寿命电站锅炉炉外高温承压部件的剩余日历寿命&的计算公式如下Rl=ER/e第十五步计算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；第十六步计算可使用寿命电站锅炉炉外高温承压部件可使用寿命La的计算公式如下La=y0+RL；第十七步计算剩余日历寿命安全余量电站锅炉炉外高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；第十八步确定最小剩余日历寿命安全余量在电站锅炉n个炉外高温承压部件的剩余日历寿命安全余量确定之后，电站锅炉n个炉外高温承压部件的最小剩余日历寿命安全余量Lsm的计算公式如下Lsm=min{Lsl,Ls2，，Lsn}；第十九步控制炉外高温承压部件剩余日历寿命根据电站锅炉炉外高温承压部件的最小剩余日历寿命安全余量Lsm的在线计算结果，控制电站锅炉剩余日历寿命的措施为若-5年，在电站锅炉的启动过程中，减小电站锅炉的主蒸汽温度变化率和负荷变化率，减少幅度皆为原数值的0.40.6倍，以延长电站锅炉炉外高温承压部件的使用寿命；若_5年<Lsm^0年，在电站锅炉的负荷变动过程中，减小电站锅炉的主蒸汽温度变化率和负荷变化率，减少幅度皆为原数值的0.10.3倍，以延长电站锅炉炉外高温承压部件的使用寿命；若0年<Lsm^5年，在电站锅炉的启动和负荷变动过程中，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<Lsm彡10年，在电站锅炉的负荷变动过程中，增加电站锅炉主蒸汽温度变化率和负荷变化率，增加幅度皆为原数值的0.10.3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Lsm>10年，在电站锅炉的启动过程中，增加电站锅炉主蒸汽温度变化率和负荷变化率，增加幅度皆为原数值的0.40.6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高温承压部件剩余日历寿命的计算机软件，根据软件设定的时间间隔△t=1秒至300秒钟，在线实时计算电站锅炉炉外高温承压部件的剩余日历寿命；(2)厂级监控信息装置(SIS装置)在剩余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的数据库服务器提供电站锅炉的在线测点数据，二是把电站锅炉炉外高温承压部件剩余日历寿命控制措施传输给电站锅炉分散控制装置。本发明的优点是给出了电站锅炉炉外高温承压部件剩余日历寿命的在线监控装置，可以实现电站锅炉炉外高温承压部件剩余日历寿命的在线计算与控制。如果电站锅炉炉外高温承压部件的剩余日历寿命偏小或偏大时，通过在线实时控制电站锅炉的主蒸汽温度变化率与负荷变化率来合理使用电站锅炉炉外高温承压部件的剩余日历寿命，达到了使用一套剩余日历寿命控制装置来监控电站锅炉炉外高温承压部件剩余日历寿命的技术效果o图1为本发明所采用的在线监控装置的方框图；图2为本发明所采用方法的流程图；图3为计算服务器所采用的计算机软件框图；图4为电站锅炉炉外高温承压部件剩余日历寿命计算结果的示意图；图5为电站锅炉炉外高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，为本发明所采用的在线监控装置的方框图，本发明的电站锅炉炉外高温承压部件剩余日历寿命在线监控装置，由炉外高温承压部件剩余日历寿命计算服务器、厂级监控信息装置和电站锅炉分散控制装置组成。炉外高温承压部件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。如图2所示，为本发明所采用方法的流程图，如图3所示，为计算服务器所采用的计算机软件框图，该软件安装在电站锅炉炉外高温承压部件剩余日历寿命的计算服务器上，应用于电站锅炉炉外高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，对炉外高温承压部件，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高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高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每隔At=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，以及炉外高温承压部件的壁温的数据，应用于电站锅炉炉外高温承压部件剩余日历寿命的在线计算；第二步和第三步从投产至2008年10月25日，该型号300MW电站锅炉累计运行小时数，SH=108304h，炉外3个高温承压部件的累积蠕变寿命损耗Et的计算结果列于表1；第四步、第五步、第六步、第七步、第八步、第九步和第十步从投产至2008年10月25日，该型号300MW电站锅炉炉外3个高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^^一步和第十二步从投产至2008年10月25日，该型号300MW电站锅炉3个炉外高温承压部件的累积寿命损耗E和剩余日历寿命百分数&的计算结果列于表1；第十三步和第十四步该型号300MW电站锅炉3个炉外高温承压部件的设计寿命为y=30年，e=1/30=3.3333%，这3个炉外高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;第十五步从投产到2008年10月25日，该型号300丽电站锅炉在使用的日历小时数PH=118272h，已使用年数为yQ=PH/8760=13.50年；第十六步和第十七步该型号300MW电站锅炉3个炉外高温承压部件的可使用寿命！^和剩余日历寿命安全余量Ls的计算结果列于表1并显示在图5；第十八步在该型号3个炉外高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Lsm=1.66年；第十九步在该型号3个炉外高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为0年<Lsm<5年，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，按《电站锅炉运行规程》规定的电站锅炉主蒸汽温度变化率和负荷变化率，以保障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高温承压部件剩余日历寿命的在线监控装置，可以在线定量计算300MW电站锅炉的高温集箱、高温蒸汽管道等炉外高温承压部件的剩余日历寿命和寿命安全余量，根据最小剩余日历寿命安全余量来控制电站锅炉负荷变动过程的主蒸汽温度变化率和负荷变化率，使这3个炉外高温承压部件的剩余日历寿命处于受控状态，合理使用这3个炉外高温承压部件的剩余日历寿命，达到了使用一套剩余日历寿命控制装置在线监控该型号300MW锅炉多个炉外高温承压部件剩余日历寿命的技术效果。[表1]<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求一种炉外高温承压部件剩余日历寿命在线监控装置，其特征在于，包括炉外高温承压部件剩余日历寿命计算服务器，炉外高温承压部件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.权利要求1所述装置所采用的电站锅炉炉外高温承压部件的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高温承压部件剩余日历寿命的计算机软件，运行在计算服务器上，应用于电站锅炉炉外高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炉外高温部件剩余日历寿命的计算服务器每隔aX=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，以及炉外承压部件的壁温的数据；第二步计算累计运行小时数电站锅炉炉外高温承压部件累计运行小时数SH的计算公式如下sh=sh。+at/60式中，S^为上一次读取数据计算得出的累计运行小时数，AX为读取数据的时间间隔，单位为分钟；第三步计算累积蠕变寿命损耗电站锅炉的炉外高温承压部件的累积蠕变寿命损耗Et的计算公式如下et=sh/xex100%式中，tK为电站锅炉炉外高温承压部件蠕变寿命的设计值；第四步计算电站锅炉炉外高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，以及炉外高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高温承压部件的内外壁温差以及炉外承压部件切向热应力o0th、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高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高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ozp；第五步计算电站锅炉炉外高温承压部件的应力强度的监视值炉外高温承压部件的应力强度的监视值的计算公式为S=maX{|(00th+00p)_(0rth+0rp)I；I(0rth+0rp)(0zth+0zp)I；zth+0Zp)"(°eth+00p)1；第六步计算电站锅炉炉外高温承压部件的低周疲劳应变幅采用如下公式，计算电站锅炉炉外高温承压部件对称循环的低周疲劳应变幅￡aεa=SE0/2E1式中，s为炉外高温承压部件的应力强度的监视值，&为炉外高温承压部件材料的低周疲劳曲线试验温度下弹性模量，et为工作壁温下炉外高温承压部件材料的弹性模量；第七步计算电站锅炉炉外高温承压部件的低周疲劳寿命采用现有技术，使用电站锅炉炉外高温承压部件材料的低周疲劳曲线￡a=f(nf)，每隔AX计算1次，得出电站锅炉炉外高温承压部件对称循环的低周疲劳寿命Nf;第八步计算电站锅炉炉外高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%；第九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，判断炉外高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，电站锅炉炉外高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，电站锅炉炉外高温承压部件峰值应力强度对应的低周疲劳寿命损耗dp=0；第十步计算累积低周疲劳寿命损耗电站锅炉炉外高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；第十一步计算累积寿命损耗电站锅炉炉外高温承压部件累积寿命损耗E的计算公式表示为E=Et+EN第十二步计算剩余日历寿命百分数电站锅炉炉外高温承压部件剩余日历寿命百分数Ek的计算公式如下Ee=100-E第十三步计算年均寿命损耗速率电站锅炉炉外高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为电站锅炉炉外高温承压部件的设计寿命，单位为年；第十四步计算剩余日历寿命电站锅炉炉外高温承压部件的剩余日历寿命&的计算公式如下Rl=ER/e第十五步计算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；第十六步计算可使用寿命电站锅炉炉外高温承压部件可使用寿命La的计算公式如下La=Yo+RL；第十七步计算剩余日历寿命安全余量电站锅炉炉外高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；第十八步确定最小剩余日历寿命安全余量在电站锅炉n个炉外高温承压部件的剩余日历寿命安全余量确定之后，电站锅炉n个炉外高温承压部件的最小剩余日历寿命安全余量Lsm的计算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>第十九步控制炉外高温承压部件剩余日历寿命根据电站锅炉炉外高温承压部件的最小剩余日历寿命安全余量Lsm的在线计算结果，控制电站锅炉剩余日历寿命的措施为若、<-5年，在电站锅炉的启动过程中，减小电站锅炉的主蒸汽温度变化率和负荷变化率，减少幅度皆为原数值的0.40.6倍；若-5年<LSffl≤0年，在电站锅炉的负荷变动过程中，减小电站锅炉的主蒸汽温度变化率和负荷变化率，减少幅度皆为原数值的0.10.3倍；若0年<Lsm≤5年，在电站锅炉的启动和负荷变动过程中，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<Lsm≤10年，在电站锅炉的负荷变动过程中，增加电站锅炉主蒸汽温度变化率和负荷变化率，增加幅度皆为原数值的0.10.3倍；若Lsm>10年，在电站锅炉的启动过程中，增加电站锅炉主蒸汽温度变化率和负荷变化率，增加幅度皆为原数值的0.40.6倍。全文摘要本发明公开了炉外高温承压部件剩余日历寿命在线监控装置及方法。所述装置，其特征在于，包括炉外高温承压部件剩余日历寿命计算服务器，炉外高温承压部件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；确定最小剩余日历寿命安全余量；根据最小剩余日历寿命安全余量控制炉外高温承压部件剩余日历寿命。本发明的优点是给出了电站锅炉炉外高温承压部件剩余日历寿命的在线监控装置，可以实现电站锅炉炉外高温承压部件剩余日历寿命的在线计算与控制。文档编号F22B35/18GK101825273SQ201010102189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,吾之英,杨宇,汪勇,邓志成申请人:上海发电设备成套设计研究院