[发明专利]一种汽轮机高温耐用件日历寿命在线评定及预测方法

摘要

一种汽轮机高温耐用件日历寿命在线预测及评定方法，可以实现汽轮机高温耐用件日历寿命累积损耗的在线计算、日历寿命的在线评定和剩余寿命的在线预测。如果汽轮机高温耐用件的日历寿命剩余损耗预测值E_R大于日历寿命剩余损耗的安全余量E_A，建议汽轮机运行人员调整汽轮机自动控制的设定值，降低汽轮机启动过程主蒸汽温度的变化率和汽轮机负荷变动过程的负荷变化率，重新确定汽轮机耐用件的低周疲劳寿命，重新在线计算年均日历寿命损耗和日历寿命剩余损耗的预测值，重新在线评定日历寿命，直到汽轮机高温部件的日历寿命处于受控的安全状态为止，本发明的优点是在汽轮机的使用阶段实现汽轮机高温耐用件日历寿命的在线评定、在线预测与合理使用。

主权项

1.一种汽轮机高温耐用件日历寿命的在线评定及预测方法，其方法由两个流程组成：第一流程：确定高温耐用件的蠕变寿命和低周疲劳寿命第一步：确定高温耐用件的寿命薄弱部位汽轮机高温耐用件的寿命薄弱部位是高中压汽轮机转子的外表面和高中压汽轮机汽缸、阀壳、喷嘴室与蒸汽管道的内表面的蒸汽温度在500℃以上的部位、表面有圆角的应力集中部位、直径或壁厚突变的部位、蒸汽管道与壁厚交界处的部位；第二步：确定蠕变寿命τR 采用有限元分析技术计算汽轮机高温耐用件带额定负荷的蠕变应力，利用寿命薄弱部位的蠕变等效应力和材料的持久强度试验曲线，采用现有技术确定汽轮机高温部件的蠕变寿命τR，蠕变寿命τR的单位为小时；第三步：确定启停低周疲劳寿命和负荷变动低周疲劳寿命采用现有技术技术计算汽轮机高温耐用件的启动过程、停机过程和负荷变动过程的瞬态等效应力，把一次冷态启动和一次滑参数停机构成一个非对称低周疲劳寿命循环、把一次温态启动和一次事故停机构成一个非对称低周疲劳寿命循环、把一次热态启动和一次事故停机构成一个非对称低周疲劳寿命循环、把一次极热态启动和一次事故停机构成一个非对称低周疲劳寿命循环，把一次30％～100％的大升负荷和100％～30％的大降负荷构成一个大负荷变动的低周疲劳寿命循环、把一次50％～100％的中升负荷和100％～50％的中降负荷构成一个中负荷变动的低周疲劳寿命循环，把一次75％～100％的小升负荷和100％～75％的小降负荷构成一个小负荷变动的低周疲劳寿命循环，采用非对称循环法计算汽轮机高温耐用件的冷态启停低周疲劳寿命Nfc、温态启停低周疲劳寿命Nfw、热态启停低周疲劳寿命Nfh、极热态启停低周疲劳寿命Nfr、大负荷变动的低周疲劳寿命Nf1、中负荷变动低周疲劳寿命Nf2、小负荷变动低周疲劳寿命Nf3；第二流程：日历寿命的在线评定及预测第四步：运行历史数据统计根据运行历史数据，使用现有技术统计汽轮机从首次并网至当前时刻的累计运行小时数Sh、累计冷态启动次数nc、累计温态启动次数nw、累计热态启动次数nh、累计极热态启动次数nr和累计日历年数y1；其特征在于，第五步：在线估计小负荷变动次数n3 n3＝[Sh/24]第六步：在线估计中负荷变动次数n2 n2＝[n3/2]第七步：在线估计大负荷变动次数n1 n1＝[n3/2]；第八步：采用C语言编写计算软件，运行在汽轮机参数监视与控制的计算机上，在线计算日历寿命累积损耗EE＝(Sh/τR+nc/Nfc+nw/Nfw+nh/Nfh+nr/Nfr+n1/Nf1+n2/Nf2+n3/Nf3)×100％第九步：在线计算年均日历寿命损耗Ey 综合考虑汽轮机国际标准和国内技术规程的要求，在汽轮机工作y0＝30年的服役期内，汽轮机的冷态启动总次数nc0＝100次，温态启动总次数nw0＝700次，热态启动总次数nh0＝3000次，极热态启动总次数nr0＝150次，大负荷变动总次数n10＝6000次，中负荷变动总次数n20＝6000次，小负荷变动总次数n30＝9000次，累计运行总时间Sh0＝7000×30小时，在汽轮机服役期内年均日历寿命损耗Ey为$E_y=(\frac{100}{N_{\mathrm{fc}}}+\frac{700}{N_{\mathrm{fw}}}+\frac{3000}{N_{\mathrm{fh}}}+\frac{1500}{N_{\mathrm{fr}}}+\frac{6000}{N_{f1}}+\frac{6000}{N_{f2}}+\frac{9000}{N_{f3}}+\frac{7000\times 30}{{\tau }_R})\times \frac{1}{30}\times 100\%$ 第十步：在线计算日历寿命剩余损耗的预测值ER ER＝Ey(y0-y1) (％)第十一步：在线计算日历寿命剩余损耗的安全余量EA EA＝100-E (％)第十二步：在线评定日历寿命安全状态把汽轮机耐用件的日历寿命剩余损耗的预测值ER与日历寿命剩余损耗的安全余量EA作比较，如果ER＜EA，表明汽轮机高温耐用件的日历寿命处于受控的安全状态，汽轮机运行人员在启动过程采用的主蒸汽温度的变化率和汽轮机负荷变动过程采用的负荷变化率是合适的；第十三步：延长日历寿命的改进技术措施当ER≥EA时，表明汽轮机高温耐用件日历寿命累积损耗偏大，汽轮机启动过程采用的主蒸汽温度的变化率偏大，或汽轮机负荷变动过程中采用的汽轮机负荷变化率偏大。建议汽轮机运行人员调整汽轮机自动控制的设定值，降低汽轮机启动过程主蒸汽温度的变化率和汽轮机负荷变动过程的负荷变化率，重新计算汽轮机高温耐用件的低周疲劳寿命和年均日历寿命损耗Ey，直到ER＜EA，日历寿命处于安全状态为止；第十四步：在线预测剩余日历寿命RL 计算汽轮机高温耐用件的剩余寿命RL＝(100-E)/Ey，输出并打印汽轮机高温耐用件日历寿命的评定和预测的计算结果。