[发明专利]一种水冷壁在线安全评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及电站锅炉安全技术领域，涉及一种通过监测少量的水冷壁管内特征参数并利用流动传热计算在线判断水冷壁是否发生流量脉动、壁温超温、疲劳蠕变断裂的安全评价技术。

背景技术

超(超)临界压力发电技术现在已经是成熟的技术，具有效率高、排放少、易于调峰、运行稳定的特点，但是实际运行中，水冷壁热偏差将导致流量偏差扩大，致使偏差管内工质热物理性质剧烈变化，进而产生流量偏差和传热恶化，使水冷壁壁温偏差增大，其危害比亚临界自然循环锅炉的程度严重得多。而传统的测量方法由于受到技术的约束，无法在炉膛设置大量的测点，测量整个炉膛工况的实时变化，且计算时依赖大量的经验参数，使得推算的结果误差值过大。

因此，应针对性地对水冷壁运行参数进行在线监测，利用管内流动传热规律及少量的测量参数对部件不同位置的实时状态(温度、流量、压力及残余寿命)进行评估，及时正确地将状态和寿命评估结果应用到设备管理决策中，可明显提高设备运行的安全性、可靠性，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。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种水冷壁在线安全评价方法，该方法能够在线监测少量的电站锅炉水冷壁特征参数(进出口流量、温度、压力等)作为计算、校核点，并通过流动传热计算在线判断水冷壁是否发生流量脉动、壁温超温、疲劳蠕变断裂等。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

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、并联回路的压降-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：