一种水冷壁在线安全评价方法

摘要

本发明涉及一种水冷壁在线安全评价方法，首先在各辐射区具有流动传热代表性的管段布置少量的测点，结合已有的炉外进出口测点，通过监测少量的电站锅炉水冷壁管内特征参数作为计算、校核点，输入计算机计算处理，并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、焓值、沿长度各段管子的炉内壁温值、应力变化幅值等参数，以判断是否出现水动力不稳定性、超温、蠕变疲劳破坏等不安全因素。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

1.一种水冷壁在线安全评价方法，其特征在于，该方法将电站锅炉水冷壁特征参数作为计算、校核点，在给定负荷率、节流方式下，在线计算各负荷率下的各回路流量，进而计算出口汽温、压力、壁温，进行蠕变、疲劳剩余寿命计算，并实时显示、记录有关数据，作为判断水冷壁是否安全运行的依据，具体包括下列步骤：1)少量测点的布置：测点布置的原则是在满足计算的情况下采用尽量少的测点，所得的测量值部分作为计算的初始值带入，部分作为校核值，实时对计算过程进行修正；具体的布置方法为：在各受热面上选择具有代表性的管段，布置少量测点，即在炉膛下辐射区、中辐射区、上辐射区各受热面进出口集箱两侧管及中间管附近布置测点，进行温度、流量、压力测量；通过测点能反映出受热面不同位置吸热能力、流量分配的不同，将测量值进行插值计算、加权处理，作为受热面不同位置吸热、流量不均系数；2)输入结构参数划分回路区段：将管组的各种结构数据输入计算软件，包括管组管子数量、管长、倾角、内径、材料、集箱结构；用锅炉上原有的温度、流量、压力测点或加装少量炉外壁温测点，每隔一定时间由计算软件采集这些数据及必要的锅炉运行参数；按结构尺寸和吸热相差不多的原则，将水冷壁划分为若干个计算回路，在高度方向划分若干个区段，用回路中的一根管的水动力特性代表所在回路的水动力特性，沿高度各个区段的压降之和即为总压降，水冷壁系统构成复杂的串并联回路系统，其中每一面墙的每一辐射区由若干回路构成并联系统，自下而上各个辐射区构成串联系统；四面墙组成一个大的并联系统，下公共点可认为是水冷壁入口集箱，而上公共点是顶棚出口集箱；3)在线计算管段蒸汽流量、出口焓值、压力，进行水动力不稳定性评定：通过逐步计算，获得包括节流元件、局部阻力元件、水冷壁各回路不同流量下的压降，这样获得回路分散点的数据，采用四次方切比雪夫多项式拟合，在以获得的压降-流量数据基础上，得到回路的水动力曲线方程；在串联系统中，根据工质“流量相等，压降叠加”的特性，在并联系统中，根据“压降相等，流量叠加”的特性获得串、并联同路的压降-流量或流量-压降数据，据此通过切比雪夫多项式拟合获得串并联系统的水动力曲线方程；4)在线计算水冷壁壁温，进行壁温评定：膜式水冷壁向火正面外壁温最高，受热管内汽液两相工质在管内流动时发生传热恶化时，其换热系数大幅下降，可能导致管壁超温；用临界热负荷qcr或临界干度xcr来判别是否出现传热恶化；5)蠕变、疲劳损伤在线寿命评定：A.受热面应力在线监测：应力在线监测只需监测实时压力，并通过下式计算求得：σ＝KPPD/2SS 式中，P为工作压力，MPa；D为管子原始中径，mm；Ss为管子实际壁厚，mm；Kp为综合减弱系数和应力集中系数；实际运行中，由于腐蚀和磨损，不可避免地存在管子壁厚减薄的现象，为此：Ss＝Sb-Sw-Sn-Sm 式中，Sb为原始壁厚，mm；Sw为外壁腐蚀减薄厚度，mm；Sn为内壁腐蚀减薄厚度，mm；Sm为飞灰磨损减薄厚度，mm；在线监测系统中，Sw、Sn、Sm 采用水管锅炉强度计算标准推荐的最大值，并根据锅炉检验实测壁厚定期校核修正；B.蠕变寿命损伤的评定：在一定温度条件下，应力σ与蠕变破坏时间τ存在如下关系：τ＝Aσ-B 式中，A、B为与钢种及温度有关的常数，通过恒温条件下，采用较高的应力进行短期的试验获得；采用蠕变计算公式，对于某应力，绝对温度T、蠕变破坏时间τ和应力有如下关系：T(C+lgτ)＝a0+a1 lgσ+a2 lg2σ+a3 lg3σ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；在线监测中，通过实时计算管壁温度和应力，可得到寿命损耗率；对于蠕变损伤，满足线性累加原则，即可将寿命损耗率累加，得到总的寿命损耗；C.疲劳损伤的在线寿命评定：对部件进行疲劳寿命评价时，首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，由下式即得到部件的累积损伤程度：$\Phi =\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\frac{n_i}{N_i}\le 1$ 式中：ni为各种循环应力的循环次数；Ni为相应循环应力的允许循环次数，当Φ＝1时，即认为发生了疲劳破坏；6)在线显示、记录数据：计算机记录计算数据，并存入在线监测数据库。