一种电站锅炉水冷壁失效预警方法

摘要

本发明涉及一种水冷壁在线失效预警方法，包括以下步骤：水动力计算、金属壁温计算、应力解析、疲劳寿命消耗解析、蠕变寿命消耗解析、总寿命消耗解析。通过流动传热规律在线实时计算该管组所有管子的流量、进出口压力、沿长度各段管子的炉内壁温值、应力变化幅值等参数，结合在各辐射区具有流动传热代表性的管段布置少量的测点，和已有的炉外进出口测点作为计算、校核点，输入计算机计算处理，以判断是否出现水动力不稳定性、超温、疲劳蠕变破坏等不安全因素。计算结果实时显示、记录有关数据，作为判断水冷壁是否安全运行的依据，实现设备的优化运行和依据状态安排检验与维修管理，全面实施设备状态检修。

主权项

1、一种水冷壁在线失效预警方法，其特征在于，首先，根据电站锅炉结构、运行数据划分水冷壁回路，结合运行时水冷壁总流量、进口压力数据，进行水动力计算，得到各回路流量、压力数据；其次，在结构数据及各回路流量、压力数据基础上，采用数值方法，进行金属壁温计算，获得整个鳍片管的温度场；再次，在已得到水冷壁各回路压力、流量、整个鳍片管壁温的基础上，根据公式σ_p＝K_PPD/2S_S得到切向薄膜应力σ_p，其中P为工作压力，MPa；D为管子外径与内径平均值，mm；S_s为管子实际壁厚，mm；K_p为综合减弱系数和应力集中系数；根据公式${\sigma }_T=K_t\frac{E_{\alpha }·\mathrm{\Delta T}}{1-v}[1/\ln (R_2/R_1)-\frac{2R_2^2}{R_2^2-R_1^2}]$得到切向热应力σ_T。其中，E为当时温度下的弹性模数；α为当时温度下的微分线形膨胀系数；v为泊桑比；R₂为外径；R₁为内径；K_t为热应力集中系数；最大应力值由每次循环中的最大切向薄膜应力σ_p和最大切向热应力σ_T相迭加而得，最小应力值则由最小切向薄膜应力σ_p和最小切向热应力σ_T相迭加而得，从而形成应力履历数据库，为疲劳损伤计算提供应力振幅，为蠕变损伤计算提供有效蠕变应力数据；最后，在应力履历数据库的基础上，结合试验所建立的疲劳设计曲线S-N曲线，先统计出部件承受的各种循环应力的幅值，再根据S-N曲线找出对应的断裂周次，由公式$D=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\frac{n_i}{N_i}$得到部件的累积损伤程度，当D≥1时，判定水冷壁管因疲劳发生失效。其中，n_i为各种循环应力的循环次数；N_i为相应循环应力的允许循环次数；同时进行蠕变寿命损伤的评定，对于某应力，绝对温度T、蠕变破坏时间τ和应力σ采用公式T(C+lgτ)＝a₀+a₁lgσ+a₂lg²σ+a₃lg³σ计算，得到蠕变破坏时间τ。对于给定材料，可根据其实测对应不同温度和时间的材料持久强度数据求出系数a₀、a₁、a₂、a₃和常数C，再根据公式${\Phi }_r=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\frac{\Delta {\tau }_i}{{\tau }_i}$进行计算，当Φ_r≥1时，判定水冷壁管因蠕变发生失效，其中，φ_r为材料的蠕变寿命损耗量，为在i参数下部件的运行时间，τ_i为在i参数下部件的蠕变断裂时间；若D≤1且Φ_r≤1，但φ＝D+Φ_r≥1时，判定水冷壁因疲劳、蠕变失效，实现水冷壁在线失效预警。