一种适合灵活性调峰的集汽联箱寿命在线评估方法与流程

本发明涉及燃煤机组集汽联箱，具体涉及一种适合灵活性调峰的集汽联箱寿命在线评估方法。

背景技术：

1、煤电将由过去的“主体电源、基础地位、支撑作用”，转向近中期(2021～2030年)“基荷电源与调节电源并重”，煤电将发挥在煤炭转化、电热供应、系统调峰等方面的基础性作用，到远期(2031～2050年)煤电将成为单纯的“调节电源”，为保障电力安全供应兜底，为全额消纳清洁能源调峰。

2、随着燃煤机组大量参与电网调峰和调频的工作，煤电灵活性运行成为常态化运行，但是，机组锅炉集汽联箱在工作中不仅承受压应力带来的应力变化，而且承受压力和温度变化带来的集汽联箱并联分支管在管座处引起的应力集中问题，造成锅炉安全性的降低，如何保证厚壁部件在灵活性运行下的安全性成为关注方面。

3、目前燃煤机组锅炉最高的变负荷范围达到了30-100％bmcr，最大负荷变化范围已经达到了20％bmcr以下。因此，机组的灵活性运行过程中承受的应力幅变化范围变得比设计范围更大。按照应力设计原则，燃煤机组主要是由内压应力和热应力组成机组的应力幅作用，热应力在冷态启动初期，由于内压不能快速变化引起温度的剧烈变动，启动初期温度的剧烈变化会造成合成应力为负值，变化速度越大那么热应力为负值，变得更小。因此，如果能够根据在线监测获得集汽联箱的寿命损耗情况，从而可以迅速获得机组的疲劳和蠕变造成损耗情况。

4、燃煤机组锅炉厚壁部件集汽联箱冷态启动初期，热应力变化剧烈主要集中在联箱分支管管座位置，如果能够对这些部位根据在线数据获得应力幅变化数据，就会有效降低压应力和热应力对机组灵活性运行的限制。防止集汽联箱内压应力和热应力不均引起的局部金属热疲劳和高温的蠕变损伤。

5、综上所述，现今煤电机组亟需一种技术能够在线监测锅炉集汽联箱灵活性运行过程中集汽联箱的疲劳和蠕变损耗情况。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

2、一种适合灵活性调峰的集汽联箱寿命在线评估方法，包括如下步骤：

3、计算集汽联箱内机械应力和热应力，通过机械应力和热应力计算等效应力；

4、通过等效应力合成应力评价标准，确定特定负荷时间历程的疲劳循环和次数；

5、根据疲劳循环次数计算集汽联箱的疲劳寿命损耗；

6、计算集汽联箱的蠕变寿命损耗；

7、通过疲劳寿命损耗和蠕变寿命损耗计算总累积损伤，并获取集汽联箱一分钟的平均温度和压力数据，每分钟对平均温度和压力数据进行一次应力和蠕变计算，将得到的数值进行比较和验证后进行存储，通过存储的数值计算集汽联箱寿命。

8、进一步地，所述集汽联箱内机械应力的计算方法为：

9、计算集汽联箱内机械的轴向应力切向应力纵向应力其计算公式如下：

10、

11、

12、

13、ri<r<r0

14、式中，i、o代表内径和外径，r为联箱的半径，单位m，p为工作压力，单位mpa。

15、进一步地，所述热应力的计算方法为：

16、通过使用数学模型预测集汽联箱的内壁温度，从而预测c联箱内的轴向热应力切向热应力和纵向热应力其计算公式如下：

17、

18、

19、

20、式中，α为热膨胀系数，e为弹性模量，ν为泊孙比。

21、进一步地，所述通过机械应力和热应力计算等效应力的具体方法为：

22、通过叠加原理计算集汽联箱内关键点的联箱厚壁金属中的轴向主要结构应力σt、切向主要结构应力σr、轴向主要结构应力σz，计算公式如下：

23、

24、

25、

26、通过轴向主要结构应力σt、切向主要结构应力σr、轴向主要结构应力σz计算等效应力。

27、5.进一步地，所述通过等效应力合成应力评价标准，确定特定负荷时间历程的疲劳循环和次数的具体方法为：

28、通过等效应力合成两种应力评价标准，两种应力评价标准的定义公式如下：

29、

30、σeq,tresca＝max(|σt-σr|,|σr-σz|,|σz-σt|)

31、通过雨流循环计数算法分析不规则变化应力得出应力循环，根据应力循环，使用材料疲劳曲线计算疲劳循环应力幅，从而确定特定负荷时间历程的疲劳循环和次数。

32、进一步地，所述根据疲劳循环次数计算集汽联箱的疲劳寿命损耗的具体方法为：

33、通过疲劳循环确定对集汽联箱造成的损坏后，将不同应力水平下的疲劳循环应力幅值进行求和计算线性损伤总损伤分数δdf，计算公式如下：

34、

35、式中，ni是应力差σi的应力循环次数，ni是在应力水平σi下失效的循环次数。

36、进一步地，所述计算蠕变寿命损耗的计算方法为：

37、定义拉森-米勒参数，定义公式如下：

38、lmp＝t(logtr+c)

39、式中，t是开尔文温度，tr是蠕变断裂时间，c是20量级的常数；

40、根据联箱获得的环向应力绘制拉森-米勒参数，然后使用罗宾逊寿命分数规则来确定蠕变寿命分数，蠕变寿命损耗计算公式如下：

41、

42、其中top,i是应力温度条件i下的工作时间，tfi是这些条件下的破裂时间。

43、进一步地，所述通过疲劳寿命损耗和蠕变寿命损耗计算总累积损伤，并获取集汽联箱一分钟的平均温度和压力数据，每分钟对平均温度和压力数据进行一次应力和蠕变计算，将得到的数值进行比较和验证后进行存储，通过存储的数值计算集汽联箱寿命的具体方法为：

44、通过疲劳寿命损耗和蠕变寿命损耗获得的疲劳和蠕变损伤应用线性损伤规则，并根据获得的疲劳和蠕变损伤应用线性损伤规则计算总累积损伤；

45、获取集汽联箱一分钟的平均温度和压力数据，每分钟对平均温度和压力数据进行一次应力和蠕变计算，将值与预设的最小值和最大值以及先前的计算值进行比较并检查计算值是否由于设备故障而确定数据取舍，来完成测量数据的验证；

46、对验证后的数据进行存储，通过存储的数值计算集汽联箱寿命。

47、与现有技术相比，本发明的有益效果：

48、超(超)临界锅炉联箱即承受疲劳损伤，又承受疲劳损伤，这两者的交互影响会造成联箱在灵活运行下寿命损耗快速降低，对联箱安全运行造成影响，通过本专利可以让运行和检修人员了解冷态、温态、热态和极热态下联箱的寿命损耗情况，针对寿命损伤中疲劳和蠕变损伤采用定量的分析进行评估，能够帮助运行人员和管理人员，掌握联箱在每一次负荷变化和启停工况下的寿命消耗情况，通过本发明，可以针对联箱形成不同运行下的应力和寿命损耗历史记录，并可以进行查询和分析，有助于运行人员掌握每次运行操作引起的联箱疲劳和蠕变的变化，帮助检修人员确定寿命消耗速度和进度，进而能够有针对性的采取措施，开展专项检查。