电厂锅炉寿命在线监测管理系统的研究.pdf

电厂锅炉宕命在线胜管系统的班究
发电设备(2004No.3
电厂锅炉寿命在线监测管理系统的研究
陈玮,史平洋
(上海发电设备成套设计研究所,上海200240)
摘要:该文提出了一种基于分布式体系的锅炉寿命在线监测和管理系统,可以实现锅炉的各受压部件
的寿命在线监测和分析,并能够长期保存计算数据,从而为电厂安全运行和合理检修提供了依据。
关键词:锅炉;在线监测;寿命
中图分类号:TK225文献标识码:A文章编号:1671-086X(2004)03-0137-04
Development of an On-line Life Monitoring
Management System for Power Plant Boilers
CHEN Wei, SHI Ping-yang
Shanghai Power Equipment Research Institute, Shanghai 200240, China
Abstract: The paper presents the idea of a distribution based boiler life on-line monitoring and management sys
tem, which may reclize on-line monitoring and life-analysis of all pressurized parts of a boiler, and may moreover
keep the calculated data for a long time in memory, providing a reference for maintaining the plant s safe operation
and for rational overhaul
Keywords: boiler; on-line monitoring; life
随着国民经济的发展,对电力的需求不断增换的系统工程,可以把机组的安全运行纳入一个
加。在大量新建机组不断投运的同时,延长已有科学可靠的管理范畴内。
的老电厂的寿命也成为了日益迫切的课题。70~
80年代建成投运的大量燃煤机组的运行时间善1国内外寿命监測研究的现状
遍达到或超过了20万h。这些机组当初设计时
锅炉受压部件的在线监测和管理,国外的起
遵循的设计原则,早已不适应如今电网的实际情步较早。60~70年代,随着计算机技术的迅猛发
况。机组频繁的调峰运行,必然增加锅炉受压部展,欧美各国开始出现一些炉外受压部件的锅炉
件所受的疲劳和鯖变损伤。在这些机组即将达到寿命管理系统。如ABB公司现在生产的各类锅
或超过其设计寿命的时期,審切监视机组在启停炉的受压部件都建立了完整的寿命管理体系。寿
频繁和负荷交变的不利情况下的工作状态,不断命监测和管理系统从软硬件布置来说,大致可以
监测受压部件的寿命损耗,给电厂的运行和维护分为两类:一种利用现场的DCS系统组态根据实
人员提供准确的维修管理依据就显得极其重要。
°际的应力和理论许用应力比较来指导运行,实现
这样既可以保证机组的安全运行,又能够及时预锅炉炉外受压部件的寿命损耗监测和管理;另
报隐患和险情,防止重大事故的发生。
种从DCS系统中取得数据,经由MIS以太网,使
因此,锅炉受压部件的在线监测和寿命管理用专用的应用程序服务器来对原始数据进行调理
作为一个设备监测、应力计算、寿命评估、维修更
分析,进而实现在线监测和寿命管理。两种方法
收白期:
作者简介:陈玮(1972-),女,毕业于成都科技大学,现在上海发电设备成套设计研究所工作,主要从事锅炉和压力容器设计。
发电设备(2004No.3
电厂解炉寿命在线艋塑系结的宠
各有干秋。DCS组态的方法,速度快,和现有的计算方法通常都采用安全寿命计算法。如美国
DCS监测系统融为一体,在DCS的工程师站上可ASME标准、英国BS50标准、德国TRD标准
以直观方便地査阅取得信息。但是,同时由于和前苏联OCT标准。他们所采用的基本原理相
DCS系统本身的限制,这种方式的表现形式不够同,主要区别是选用了不同的强度理论和各自的
丰富。通过MIS以太网的方式,虽然取得信息的设计疲劳曲线。
速度相对DCS组态的方式而言有些滯后。但是
以ASME疲劳计算标准为例,汽包的疲劳寿
专有的应用程序服务器可以深入地对比分析原始命计算步骤如下[3
数据,同时利用MIS网络信息发布的优越性,可
(1)确定最大循环应力幅S。n。要对锅炉汽
以实现厂内所有和MIS联网的客户端都可以取包进行疲劳分析,必须首先求出汽包峰值应力区
得受压部件的工作状态和寿命管理信息。对于寿的最大应力及应力幅。只有保证了峰值应力区域
命计算这样对数据的实时性要求不高的计算场的疲劳寿命,整个汽包的寿命才能得到保证。作
合,正好适用。
用在汽包壁的循环应力十分复杂。计算时主要考
国内对受压部件的寿命管理硏究工作起源于虑由于内压变化引起的循环机械应力和由于汽包
80年代,1994年我因发布了推荐性的锅炉受压部金属壁的内部温度场不均匀引起的循环热应力。
件寿命评估标准。但是我国目前还没有针对国内汽包应力集中的峰值位于集中下降管孔附近,这
外的锅炉受压部件的常用钢种,给出适用的疲劳个位置的实际应力大小可以使用名义应力乘以相
和蜻变计算曲线,而是沿用国外的标准曲线。所应的应力集中系数来确定。
以,现阶段国内的受压部件寿命损耗计算,仍是沿
应力集中系数可以依据ASME标准来选取。
用国外的标准。80年代后期至90年代初期,国也可以依据有限元分析的办法,计算开孔处的应
内开始出现针对个别受压部件的实时寿命管理系力集中系数
统。如东方锅炉集团有限公司在天津第二发电厂
确定汽包壁的各种循环应力之后,应当将危
投运的寿命损耗在线监测装置,西安交通大学在险点的各种循环应力分量进行叠加,求得最大循
渭河电厂3号机组投运的锅炉汽包疲劳寿命管理环应力幅S。
系统。
(2)确定允许循环次数N。将最大循环应力
上海发电设备成套设计研究所新近开发的锅幅S。乘以设计疲劳曲线中给定的弹性模量E所
炉受压部件在线监测和寿命管理系统采用分布式分析材料的弹性模量E的比值,即
体系的软件设计模式,可以实现多机组多部件的
综合管理和分析,使得全面掌握和了解多台机组
E
的多个受压部件的寿命损耗和评估情况变得方便
按照所求得的S。值,可以在设计疲劳曲线
快捷,代表了锅炉寿命管理系统的未来发展方向。上找出此循环应力幅下允许的循环次数N。
2疲劳及变寿命计算方法简介
(3)估计疲劳寿命。采用以上的方法将各种
应力循环的循环次数N求出来之后,使用 Miner
2.1疲劳
线性叠加原理对汽包疲劳寿命损耗量F累积计
对于锅炉汽包来说,工作温度一般低于算:
360℃,应力循环次数一般少于102~10°次,属于
中温下的低周疲劳问题,婧变作用可以忽略不计
∑≤
简称低周疲劳。
式中:n,为实际应力循环次数。;N,为允许循环
目前评估汽包材料的低周疲劳寿命的传统方次数;
法有两种:安全寿命计算法?和损伤容限计算
循环次数的时候,一般采用峰值计数法。但
法2。由于损伤容限计算法需要原始裂纹的详峰值计数法只能依据电厂的历史运行记录,估计
细几何参数、材料的断