[发明专利]一种水冷壁在线安全评价方法

权利要求书

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q_cr或临界干度x_cr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＝K_PPD/2S_S

式中，P为工作压力，MPa；D为管子原始中径，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；

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：

S_s＝S_b-S_w-S_n-S_m

式中，S_b为原始壁厚，mm；S_w为外壁腐蚀减薄厚度，mm；S_n为内壁腐蚀减薄厚度，mm；S_m为飞灰磨损减薄厚度，mm；在线监测系统中，S_w、S_n、S_m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：

Φ=Σi=1nniNi≤1]]>

式中：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，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。