一种汽轮机高温承压部件缺陷在线评定的系统及方法与流程

本发明涉及一种汽轮机高温承压部件缺陷在线评定的系统及方法，属于汽轮机技术领域。

背景技术：

汽轮机高温承压部件包括高压和中压阀壳、高压和中压内缸等，这些部件承受高温高压，工作条件极其恶劣。高温承压部件一般为铸件，制造缺陷比较多，常常投运就发现裂纹等缺陷。另外，近年来电厂由于盲目追求经济性，在机组启停过程中蒸汽温度变化过快，阀壳和内缸等高温承压部件常因寿命损耗过大而产生裂纹。

汽轮机高温承压部件的上述这些裂纹缺陷是否需要立即停机处理，还是可以带缺陷运行一段时间，带缺陷到底可以运行多久，一直是困扰电厂工作人员的难题。

现有的承压部件寿命监控技术，给出了汽轮机高温承压部件的裂纹扩展寿命的监控方法，但这些技术大部分采用参数修正的方法，裂纹扩展寿命计算精度较差，无法满足在线评定承压部件缺陷的需要，也无法指导检修人员准确地进行缺陷处理。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：如何实现汽轮机高温承压部件缺陷的在线评定，以实时准确地掌握汽轮机高温承压部件的运行状态，为汽轮机高温承压部件的状态检修提供依据。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种汽轮机高温承压部件缺陷在线评定的系统，其特征在于：由数据库服务器、人工智能应力计算服务器、寿命计算服务器、缺陷评定服务器和检修管理服务器组成，数据库服务器的数据来源于金属监督数据库与在线测点数据库，数据库服务器与人工智能应力计算服务器以及缺陷评定服务器连接，人工智能应力计算服务器、寿命计算服务器、缺陷评定服务器、检修管理服务器依次连接。

本发明还提供了一种汽轮机高温承压部件缺陷在线评定的方法，其特征在于，步骤为：

第一步：确定汽轮机高温承压部件的裂纹部位及深度比l1；

利用汽轮机开缸的检修期间进行金属监督，确定汽轮机高温承压部件产生裂纹的部位和裂纹深度a1，计算裂纹深度比l1，l1的计算公式为；

a1——裂纹深度；

hc——裂纹部位的壁厚；

若l1≥2％，需要立刻对裂纹进行处理，或年内安排大修或者中修对裂纹进行处理；

若l1<2％，将a1录入数据库服务器；

第二步：建立裂纹所在部位的最大主应力σ1与热力参数的映射关系；

利用制造厂提供的启停曲线以及电厂实际启停曲线，计算不同启停过程中裂纹所在部位的最大主应力σ1随时间和热力参数的变化曲线，建立裂纹所在部位的最大主应力σ1与热力参数的映射关系；

第三步：在线计算裂纹所在部位的最大主应力σ1；

在汽轮机启停过程中，热力参数实时保存；利用裂纹所在部位的最大主应力σ1与热力参数的映射关系，在线实时计算汽轮机启停过程中裂纹所在部位的最大主应力σ1，并在启停完成后记录裂纹所在部位的最大主应力σ1的最大值；

第四步：根据裂纹所在部位的最大主应力σ1的符号，判断是否需要进行裂纹扩展寿命计算；

若裂纹所在部位的最大主应力σ1的最大值为负值，则表示没有裂纹扩展寿命损耗，裂纹不会继续扩展，无需进行裂纹扩展寿命计算，给出的检修建议为：可暂时不对裂纹进行处理，机组正常运行；

若裂纹所在部位的最大主应力σ1的最大值为正值，则进行裂纹扩展寿命计算；

第五步：计算得到当前裂纹深度a0；

根据裂纹扩展寿命计算公式，计算得出本次启停过程的裂纹扩展扩展量a2，与金属监督测得的裂纹深度a1相加，得到当前裂纹深度a0；

第六步：计算当前裂纹深度比l0：

第七步：根据当前裂纹深度比给出检修建议；

若承压部件裂纹深度比l0≥2％，需要在年内安排计划大修或者中修，并对裂纹进行处理；

若承压部件裂纹深度比1％≤l0<2％，需要制定计划，减少汽轮机的启停次数，并在下次大修中对裂纹部位予以详细的探伤检查；测量裂纹深度，对在线计算结果予以修正；

若承压部件裂纹深度比l0<1％，可以按照原计划进行启停，并在下次大修中对裂纹部位予以详细的探伤检查；测量裂纹深度，对在线计算结果予以修正。

优选地，所述第一步中，汽轮机高温承压部件包括高压阀壳、中压阀壳、高压内缸、中压内缸。

优选地，所述第二步中，采用有限元法计算不同启停过程中产生裂纹部位的最大主应力σ1随时间和热力参数的变化曲线，累积训练样本，采用人工智能技术，建立σ1与热力参数的映射关系，将这种映射关系存入人工智能应力计算服务器。

优选地，所述热力参数包括主蒸汽温度及压力、再热蒸汽温度及压力、抽汽温度及压力、高压排汽温度及压力、中压排汽温度及压力。

更优选地，所述热力参数还包括裂纹所在部位的表面温度与该部位蒸汽温度的温差。

更优选地，所述第三步中，在汽轮机启停过程中，热力参数实时录入数据库服务器，利用人工智能应力计算服务器，在线实时计算启停过程中裂纹所在部位的σ1，并在启停完成后记录σ1的最大值。

更优选地，所述人工智能技术为人工神经网络。

进一步地，所述人工神经网络为循环神经网络。

更进一步地，所述循环神经网络采用5层结构的循环神经网络，包含了输入层、3个隐藏层以及输出层。

本发明结合离线数据和在线数据，利用人工智能技术，在线实时计算裂纹所在部位的最大主应力，从而实时计算得出承压部件裂纹扩展深度，并根据不同的裂纹深度比，推荐运行和检修建议。

本发明提供的汽轮机高温承压部件缺陷在线评定方法，考虑了裂纹部位的具体结构，实现了承压部件缺陷的在线评定，可以实时准确掌握汽轮机高温承压部件的运行状态，为汽轮机高温承压部件的状态检修提供了依据。如果裂纹深度过大，通过及时安排计划大修或者中修(a级检修或b修)来消除汽轮机的安全隐患，达到了防止机组非停、保障机组运行安全的效果。

附图说明

图1为本发明汽轮机高温承压部件缺陷在线评定的系统的方框图；

图2为本发明汽轮机高温承压部件缺陷在线评定的方法的流程图；

图3为本发明采用的计算机软件框图；

图4为某型号600mw汽轮机高压内缸结构的示意图；

图5为某型号660mw汽轮机高压阀壳结构的示意图；

图6为某型号360mw汽轮机高压内缸结构的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

图1为本发明汽轮机高温承压部件缺陷在线评定的系统的方框图，所述的汽轮机高温承压部件缺陷在线评定的系统由数据库服务器3、人工智能应力计算服务器4、寿命计算服务器5、缺陷评定服务器6和检修管理服务器7组成，数据库服务器3的数据来源于金属监督数据库1与在线测点数据库2，数据库服务器3与人工智能应力计算服务器4及缺陷评定服务器6连接，人工智能应力计算服务器4、寿命计算服务器5、缺陷评定服务器6、检修管理服务器7依次连接。

如图2所示为本发明汽轮机高温承压部件缺陷在线评定方法的流程图，如图3所示为本发明所采用的软件框图，该软件安装在人工智能应力计算服务器4、寿命计算服务器5和缺陷评定服务器6上，应用于汽轮机高温承压部件缺陷在线评定。

汽轮机高温承压部件包括高压和中压阀壳、高压和中压内缸等，下面针对不同的汽轮机高温承压部件，具体阐述本发明汽轮机高温承压部件缺陷在线评定方法。

实施例1

对于某型号600mw汽轮机高压内缸，高压内缸的结构如图4所示，在该台600mw汽轮机的服役期间，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，在大修过程中，发现在部位a处有深度为0.5mm的裂纹，此处内缸壁厚为320mm。

第一步：确定汽轮机高压缸深度比l1，将l1的数值录入数据库服务器；

第二步：在线计算裂纹所在部位的最大主应力σ1：

利用制造厂提供的推荐启停曲线和电厂实际启停曲线，建立σ1与主蒸汽温度主蒸汽温度及压力、再热蒸汽温度及压力、抽汽温度及压力、高压排汽温度及压力、中压排汽温度及压力等热力参数的映射关系，利用循环神经网络计算得出本次滑参数停机和冷态启动过程中σ1的最大值为-16.18mpa<0，检修管理服务器中给出的检修建议：可暂时不对裂纹进行处理，机组正常运行。

实施例2

对于某型号660mw汽轮机高压主汽阀与调节阀壳，高压阀壳的结构如图5所示，在该台660mw汽轮机的服役期间，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，在大修过程中，发现在部位c处有深度为1mm的裂纹，此处内缸壁厚为138mm。

第一步：确定汽轮机高压缸深度比l1，将l1的数值录入数据库服务器；

第二步：在线计算裂纹所在部位的最大主应力σ1：

利用制造厂提供的推荐启停曲线和电厂实际启停曲线，建立σ1与主蒸汽温度主蒸汽温度及压力、再热蒸汽温度及压力、抽汽温度及压力、高压排汽温度及压力、中压排汽温度及压力等热力参数的映射关系，利用循环神经网络计算得出当次正常停机和热态启动过程中σ1的最大值为423.9mpa>0，记录启停过程中的σ1的最大值，并输入寿命计算服务器进行裂纹扩展寿命计算。

第三步：计算当前裂纹深度a0：

根据现有裂纹扩展寿命计算公式，计算得出本次启停过程的裂纹扩展扩展量为0.05mm，与a1相加，得到当前裂纹深度a0＝1.005mm。

第四步：计算当前深度比l0：

l0<1％，检修管理服务器中给出的检修建议：可以按照计划进行启停。

实施例3

对于某型号350mw汽轮机薄壁中压内缸，中压内缸的结构如图6所示，在该台350mw汽轮机的服役期间，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，在大修过程中，发现在部位e处有深度为1.7mm的裂纹，此处内缸壁厚为88.5mm。

第一步：确定汽轮机高压缸深度比l1，将l1的数值录入数据库服务器；

第二步：在线计算裂纹所在部位的最大主应力σ1：

利用制造厂提供的推荐启停曲线和电厂实际启停曲线，建立σ1与主蒸汽温度主蒸汽温度与压力、再热蒸汽温度与压力、抽汽温度与压力、高压排汽温度与压力、中压排汽温度与压力等热力参数的映射关系,利用循环神经网络计算得出当次正常停机和热态启动过程中σ1的最大值为480.3mpa>0，启停过程中的σ1的最大值输入寿命计算服务器进行裂纹扩展寿命计算。

第三步：计算当前裂纹深度a0：

根据现有裂纹扩展寿命计算公式，计算得出本次启停过程的裂纹扩展扩展量为0.2mm，与a1相加，得到当前裂纹深度a0＝1.9mm。

第四步：计算当前深度比l0：

l0>2％，检修管理服务器中给出的检修建议：应在年内安排计划大修或者中修(a级检修或b修)，并对裂纹进行处理。

采用本发明提供的汽轮机高温承压部件在线缺陷评定系统及方法，定量计算出汽轮机高压和中压内缸、高压和中压阀壳的裂纹深度及深度比，并推荐出控制措施，根据高温承压部件的深度比来安排计划大修和中修(a级检修和b级检修)，为汽轮机安全运行提供了依据。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。