一种单台汽轮机关键部件低周疲劳寿命管理系统及管理方法

摘要

本发明涉及一种单台汽轮机关键部件低周疲劳寿命管理系统，其特征在于，由低周疲劳剩余寿命计算/应用服务器及软件、数据库服务器、外部系统接口、汽轮机数据采集系统DAS及参数测点、网页服务器和用户端浏览器组成，其管理方法为存入在线监测数据、输入启动和负荷变动的基础数据、在线计算汽轮机各部件低周疲劳寿命损耗d

说明书

技术领域

本发明涉及一种单台汽轮机关键部件低周疲劳寿命管理系统及管理方法，属于汽轮机技术领域。

背景技术

汽轮机转子、汽缸和阀壳是汽轮机的关键部件，其特点是尺寸大、造价昂贵，使用寿命长，在汽轮机的启动、停机和负荷变动的过程中，由于转子、汽缸和阀壳沿径向温度分布不均匀产生比较大的热应力，造成比较大的低周疲劳寿命损耗，运行操作不当会缩短汽轮机耐用件的使用寿命，检修措施不当会引起汽轮机事故。为了合理使用汽轮机部件低周疲劳寿命，已申请过发明专利《一种汽轮机高中压转子等效应力在线计算及控制方法》，申请号为200610030244.X和《一种汽轮机转子低周疲劳寿命损耗在线监控方法及系统》，申请号为200710039898.3，以及公开文献报道的汽轮机部件低周疲劳寿命在线管理方法及系统，都是对一台汽轮机的单个部件进行低周疲劳寿命在线监控和管理。由于一台汽轮机有多个部件，如转子、汽缸和阀壳等，需要同时进行低周疲劳寿命管理，采用现有技术一台汽轮机的一个部件配置一套低周疲劳寿命在线管理系统，一台汽轮机多个部件的低周疲劳寿命管理需要配置多套低周疲劳寿命管理系统，投资高，使用与维护不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用一套寿命管理系统实现一种单台汽轮机关键部件低周疲劳寿命管理系统及管理方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种单台汽轮机关键部件低周疲劳寿命管理系统，其特征在于，由低周疲劳剩余寿命计算/应用服务器及软件、数据库服务器、外部系统接口、汽轮机数据采集系统DAS及参数测点、网页服务器和用户端浏览器组成，网页服务器分别与数据库服务器、计算/应用服务器和每个用户端浏览器连接，计算/应用服务器与数据库服务器连接，数据库服务器通过外部系统接口与单台汽轮机数据采集系统(DAS)与参数测点连接。

所述的参数测点为汽轮机转速、机组功率、主汽阀前汽压、主汽阀前汽温、调节级后蒸汽温度、调节级部位高压内缸金属温度、中压主汽阀前汽压、中压主汽阀前汽温、中压内缸金属温度、中排汽压或四抽汽压、中排汽温或四抽汽温、中低压联通管温度、凝汽器真空。

一种单台汽轮机多个部件低周疲劳寿命管理方法，其特征在于，采用C语言编写的汽轮机高中压转子或高压转子、中压转子、汽轮机低压转子、汽轮机高压主汽调节阀阀壳、汽轮机中压主汽调节阀阀壳、汽轮机高压内缸、汽轮机中压内缸的低周疲劳寿命损耗和剩余低周疲劳寿命的计算软件运行在计算/应用服务器上，应用于单台汽轮机多个部件低周疲劳寿命管理，其方法为：

第一步：存入在线监测数据

通过外部件系统接口，每隔Δτ＝1分钟至10分钟把汽轮机数据采集系统DAS(4)系统在线采集的压力、温度、转速、功率等测点数据存入数据库服务器；

第二步：输入启动和负荷变动的基础数据

通过检修部门用户端每隔Δm＝1天至7天在用户端浏览器(6)上通过网页服务器(5)向数据库服务器(2)内输入汽轮机的累计冷态启动次数n_c、累计温态启动次数n_w、累计热态启动次数n_h、累计极热态启动次数n_r、累计大负荷变动次数n₁、累计中负荷变动次数n₂、累计小负荷变动次数n₃；

第三步：在线计算汽轮机各部件低周疲劳寿命损耗d_i

应用安装在计算/应用服务器(1)的上汽轮机转子、汽缸与阀壳的低周疲劳寿命计算机软件，采用现有技术在线计算汽轮机转子、汽缸与阀壳的低周疲劳寿命损耗d_i；

第四步：提出单台汽轮机优化运行建议

汽轮机关键部件在线计算的低周疲劳寿命损耗d_i与汽轮机部件的低周疲劳寿命损耗界限值[d]比较，若d_i≤0.8[d]，汽轮机主蒸汽温度的变化率和负荷的变化率按《汽轮机运行规程》的规定数值操作；在d_i＞0.8[d]情况下，按以下四种情况提出优化运行建议：若0.8[d]＜d_i≤[d]，减少汽轮机主蒸汽温度的变化率和负荷的变化率；若[d]＜d_i≤1.05[d]，控制汽轮机主蒸汽温度的变化率和负荷的变化率均为0；若1.05[d]＜d_i≤1.25[d]，发出警报，30分钟后跳闸停机；若d_i＞1.25[d]，发出警报，1分钟后跳闸停机；

第五步：按指令计算汽轮机各部件剩余低周疲劳寿命

检修部门用户端浏览器(6)的技术人员通过网页服务器(5)向计算/应用服务器(1)发出指令，计算/应用服务器(1)从数据库服务器(2)中读取所需要的累计启动次数与累计负荷变动次数，利用计算应用服务器(1)中低周疲劳寿命计算软件中事先计算得出的汽轮机主要耐用件的冷态启停低周疲劳寿命N_fc、温态启停低周疲劳寿命N_fw、热态启停低周疲劳寿命N_fh、极热态启停低周疲劳寿命N_fr、大负荷变动低周疲劳寿命N_f1、中负荷变动低周疲劳寿命N_f2和小负荷变动低周疲劳寿命N_f3以及年均低周疲劳寿命损耗速率e_N，计算汽轮机转子、汽缸、阀壳的剩余低周疲劳寿命y_rlni为

$y_{r\ln i}=[75-(\frac{n_c}{N_{\mathrm{fc}}}+\frac{n_w}{N_{\mathrm{fw}}}+\frac{n_h}{N_{\mathrm{fh}}}+\frac{n_r}{N_{\mathrm{fr}}}+\frac{n_1}{N_{f1}}+\frac{n_2}{N_{f2}}+\frac{n_3}{N_{f3}})\times 100\%]/e_N$

第六步：推荐单台汽轮机优化检修措施

根据汽轮机转子、汽缸和阀壳的剩余寿命y_rlni的预测结果，推荐计划检修中汽轮机的优化检修措施为：

a.y_rlni＜1.5年，建议年内安排计划大修，予以检修或更换；

b.1.5年≤y_rlni＜4.5年，建议1年后但4年内安排计划大修，予以检修或更换；

c.4.5年≤y_rlni＜8.5年，建议下一次大修中，予以详细的探伤检查；

d.y_rlni≥8.5年，建议按照电厂《汽轮机检修规程》安排汽轮机计划大修周期和计划大修项目；

第七步：打印结果

输出并打印单台汽轮机关键部件低周疲劳寿命损耗d_i在线监测结果和所提出的单台汽轮机优化运行建议，以及汽轮机关键部件低周疲劳剩余寿命y_rlni的预测结果和所推荐的优化检修措施。

本发明具有以下特点

1.在单台汽轮机关键部件低周疲劳寿命的计算/应用服务器安装采用C语言编写的汽轮机低周疲劳寿命预测的计算软件，该计算软件完成两类计算：

第一类为实时计算，根据软件设定的时间间隔Δτ＝1分钟至10分钟，建议取Δτ＝3分钟，从数据库服务器中读取汽轮机在线监测的测点数据，计算汽轮机转子、汽缸、阀壳的低周疲劳寿命损耗d_i，根据d_i数值的大小并与界限值[d]相比较，提出优化运行建议，送到数据库服务器供网页服务器调用；

第二类为按指令运行，接受网页服务器指令后，通过从数据库中读取汽轮机的累计启动次数和累计负荷变动次数，计算汽轮机转子、汽缸、阀壳的剩余低周疲劳寿命，计算结果送到数据库服务器，供网页服务器调用；

2.数据库服务器存放四类数据：

第一类为汽轮机在线监测的数据，包括：汽轮机转速、机组功率、主汽阀前汽压、主汽阀前汽温、调节级后蒸汽温度、调节级部位高压内缸金属温度、中压主汽阀前汽压、中压主汽阀前汽温、中压内缸金属温度、中排汽压或四抽汽压、中排汽温或四抽汽温、中低压联通管温度、凝汽器真空；

第二类数据为汽轮机的累计冷态启动次数n_c、累计温态启动次数n_w、累计热态启动次数n_h、累计极热态启动次数n_r、大负荷变动次数n₁、累计中负荷变动次数n₂、累计小负荷变动次数n₃；

第三类数据为单台汽轮机关键部件低周疲劳寿命损耗的计算结果；

第四类数据为单台汽轮机关键部件剩余低周疲劳寿命的计算结果。

3.外部系统的接口功能是把汽轮机数据采集系统(DAS)的测点数据库存入数据库。

4.汽轮机数据采集系统(DAS)与参数测点的功能是提供汽轮机在线监测的参数，包括：汽轮机转速、机组功率、主汽阀前汽压、主汽阀前汽温、调节级后蒸汽温度、调节级部位高压内缸金属温度、中压主汽阀前汽压、中压主汽阀前汽温、中压内缸金属温度、中排汽压或四抽汽压、中排汽温或四抽汽温、中低压联通管温度、凝汽器真空。

5.单台汽轮机关键部件低周疲劳寿命管理结果，在网页服务器上以两种形式发布：

第一种是按照浏览器端的电厂发电运行部门技术人员发出请求，通过调用数据库服务器单台汽轮机多个部件低周疲劳寿命损耗在线计算结果，在网页服务器上形成单台汽轮机多个部件低周疲劳寿命损耗的计算结果页面，返回浏览器端用户，指导汽轮机优化运行，以控制汽轮机多个部件的低周疲劳寿命损耗。

第二种是按照浏览器端电厂检修部门技术人员发出的请求，通过调用数据库单台汽轮机多个部件剩余低周疲劳寿命按指令计算结果，在网页服务器上形成单台汽轮机多个部件剩余低周疲劳寿命的计算结果页面，返回给浏览器端用户，指导汽轮机优化检修，确保汽轮机安全运行。

6.用户端浏览器端具有三个功能：

一是每隔Δm＝1天至7天天定期向数据库服务器输入汽轮机的累计启动次数和累计负荷变动次数；

二是发出指令计算单台汽轮机多个部件的剩余低周疲劳寿命；

三是查看汽轮机低周疲劳寿命管理结果以及优化运行或优化检修的建议。

本发明的优点是实现了单台汽轮机关键部件低周疲劳寿命在线管理，达到了使用一套低周疲劳寿命管理系统管理单台汽轮机关键部件低周疲劳寿命的技术效果。

附图说明

图1为本发明所采用关键部件低周疲劳寿命管理系统的方框图；

图2为本发明低周疲劳寿命管理所采用方法的流程图；

图3为本发明低周疲劳寿命管理的计算机软件框图；

图4为汽轮机部件剩余低周疲劳寿命预测结果示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，为本发明所采用关键部件低周疲劳寿命管理系统的方框图，所述的关键部件低周疲劳寿命管理系统由低周疲劳寿命的计算/应用服务器及软件1、数据库服务器2、外部系统接口3、汽轮机数据采集系统(DAS)与参数测点4、网页服务器5和用户浏览器6组成。网页服务器5分别与计算/应用服务器1、数据库服务器2和用户浏览器6连接，计算/应用服务器1与数据库服务器2连接，数据库服务器2通过外部系统接口3与汽轮机数据采集系统与参数测点4连接。

如图2所示，为本发明提供方法的流程图，如图3所示，为采用C语言编写的单台汽轮机多个部件低周疲劳寿命管理计算机软件框图，该软件安装在汽轮机多个部件低周疲劳寿命管理的计算/应用服务器1上，适用于单台汽轮机多个不同部件的低周疲劳寿命管理。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例

对于某型号进汽温度为538℃的亚临界300MW汽轮机的高中压转子、主汽阀壳和低压转子，采用图1所示的低周疲劳寿命管理系统、采用如图2所示的本发明提供方法的流程图和图3所示的汽轮机多个部件低周疲劳寿命管理的计算机软件，计算得出的汽轮机剩余低周疲劳寿命的预测结果列于图4。

第一步：每隔Δτ＝3分钟，通过外部系统接口3把该300MW汽轮机数据采集系统DAS 4的测点数据中的汽轮机转速、机组功率、主汽阀前汽压、主汽阀前汽温、调节级后蒸汽温度、调节级部位高压内缸金属温度、中压主汽阀前汽压、中压主汽阀前汽温、中压内缸金属温度、中排汽压(或四抽汽压)、中排汽温(或四抽汽温)、中低压联通管温度、凝汽器真空，共13个参数存入数据库服务器2；

第二步：每隔Δm＝1天，输入该300MW汽轮机累计运行95464h(约12.25年)的累计冷态启动次数n_c＝28次，累计温态启动次数n_w＝37次，累计热态启动次数n_h＝60次，累计极热态启动次数n_r＝11次，累计大负荷变动次数n₁＝1989次，累计中负荷变动次数n₂＝1989次，累计小负荷变动次数n₃＝3978次，

第三步：在线读取数据库服务器2中测点数据，使用多个部件低周疲劳寿命管理软件，采用现有技术在线计算得出该300MW汽轮机高中压转子、高压主汽阀阀壳和低压转子的低周疲劳寿命损耗d_i，存入数据库服务器；

第四步：根据多年从事汽轮机部件寿命管理技术研究工作积累的经验，定义汽轮机部件低周疲劳寿命损耗的界限值[d]表示在表1；

[表1]

  运行方式 寿命损耗 界限值[d](％)  运行方式 寿命损耗 界限值[d](％)  冷态启动 0.0150  温态启动 0.0100  热态启动 0.0045  极热态启动 0.0045  负荷变动升负荷 0.0003  负荷变动降负荷 0.0003  滑参数停机 0.0150  正常停机 0.0010  紧急停机 0.0015

在该300MW汽轮机某次冷态启动过程的某一时刻高中压转子d_i＝0.0080％＜0.8[d]＝0.0120％，高压主汽阀阀壳d₂＝0.0060％＜0.8[d]＝0.0120％，低压转子d₃＝0.0050％＜0.8[d]＝0.0120％，优化运行建议是不需要调整汽轮机主蒸汽温度的温升率和汽轮机的升负荷速率。

第五步：采用现有技术事先计算得出汽轮机高中压转子、高压汽阀阀壳和低压转子低周疲劳寿命的N_fi表示在表2；

[表2]

  低周疲劳设计寿命  高压转子  高压主汽阀阀壳  低压转子  冷态启停低周疲劳寿命N_fc  14500  31040  26320  温态启停低周疲劳寿命N_fw  3740  16720  25580  热态启停低周疲劳寿命N_fh  29070  24000  29460  极热态启停低周疲劳寿命N_fr  72980  13730  31640  大负荷变动低周疲劳寿命N_f1  100370  1405860  43490  中负荷变动低周疲劳寿命N_f2  500000  1800000  80000  小负荷变动低周疲劳寿命N_f3  500000  1800000  80000  工作40年的年均低周疲劳损耗e_N  1.78  1.13  1.75

该300MW汽轮机高中压转子的剩余低周疲劳寿命y_rln1、高压主汽阀阀壳的剩余低周疲劳寿命y_rln2和低压转子的剩余低周疲劳寿命y_rln3分别为

$y_{r\ln 1}=[75-(\frac{28}{14500}+\frac{37}{3740}+\frac{60}{29070}+\frac{11}{72980}+\frac{1989}{100370}+\frac{1989}{500000}+\frac{3978}{500000})\times 100]/1.78$

$y_{r\ln 2}=[75-(\frac{28}{31040}+\frac{37}{16720}+\frac{60}{24000}+\frac{11}{13730}+\frac{1989}{1405860}+\frac{1989}{1800000}+\frac{3978}{1800000})\times 100]/1.13$

$y_{r\ln 3}=[75-(\frac{28}{26320}+\frac{37}{25580}+\frac{60}{29460}+\frac{11}{31640}+\frac{1989}{43490}+\frac{1989}{80000}+\frac{3978}{80000})\times 100]/1.75$

该300MW汽轮机使用12.25年后，低压转子的剩余低周疲劳寿命最小为35.7年，推荐的检修处理措施为按照电厂《汽轮机检修规程》安排计划大修周期和计划大修项目。

采用本发明提供的单台汽轮机多个部件低周疲劳寿命的管理方法及系统，可以在线定量计算300MW汽轮机的高中压转子、高压主汽阀阀壳、低压转子等三个部件的低周疲劳寿命损耗和剩余低周疲劳寿命，根据寿命损耗提出优化运行建议，根据剩余低周疲劳寿命预测结果安排汽轮机部件计划大修周期和计划大修项目，使这三个汽轮机部件的低周疲劳寿命处于受控状态。根据该300MW汽轮机多个部件的低周疲劳寿命管理结果采取运行控制措施和安排计划检修，既可确保该300MW汽轮机这三个部件安全运行，又可以合理使用剩余寿命，实现了一套低周疲劳寿命管理系统管理三个汽轮机部件低周疲劳寿命的技术效果。