[发明专利]一种受热面管材剩余寿命状态的监测方法及监测装置系统

说明书

本发明提供了一种受热面管材剩余寿命状态的监测方法及监测装置系统，结合环境特征参数以及受热面管材投运时间、壁厚、胀粗、老化等离线数据，对模型初始值、状态参数进行重置，建立了能够显示受热面管材剩余寿命状态的参数模型，实现了对受热面管材剩余寿命状态的动态监测，适合大规模推广应用。

技术领域

本发明涉及燃煤锅炉技术领域，尤其涉及一种受热面管材剩余寿命状态的监测方法及监测装置系统。

背景技术

大容量电站锅炉高温过热器及再热器管一般布置于锅炉的烟道中，工作环境极其恶劣，不仅要承受极高的温度和压力，同时还要承受烟气腐蚀和磨损以及高温蒸汽的腐蚀。锅炉运行过程中，燃料品质的变化、负荷的升降，化学水质的偏离以及设备特性的改变等都会使过热器和再热器的运行参数发生复杂的变化，加速其寿命的损耗。据统计，高温过热器及再热器的损坏占整个锅炉受热面的50％以上，而它们的损坏基本上直接或间接地与运行过程中受热面的超温相联系。

锅炉高温过热器和再热器管道寿命损耗是由多种因素造成的。首先，高温过热器和再热器工作温度都在540℃以上，有的甚至会达到600℃以上，而钢材的蠕变温度一般都在350℃左右。另外，这些管道的内部承受着巨大的工质压力，在管道内部造成很大的应力，因此高温蠕变损伤是管道寿命损耗的一个重要因素。

其次，高温过热器和再热器管的外表面暴露在高温烟道中，高温烟气中的很多飞灰颗粒对管道的外表面造成一定程度的磨损。一部分飞灰还会沉积在管道的表面，这些积灰一方面对管壁产生腐蚀作用，导致管壁减薄，另一方面使炉内传热恶化，导致炉堂出口温度升高，从而形成高温过热器与再热器的局部超温。此外，高温烟气中还有一些过量氧气，会使金属管道的外表面发生强烈氧化。

再次，高温过热器与再热器内部流动的高温蒸汽会在管道的内表面上产生蒸汽腐蚀现象。蒸汽腐蚀实际上也是一种氧化过程，氧是由蒸汽在高温下分解而产生的。在铁触媒的作用下，蒸汽在400℃左右就会发生分解，分解后的氧原子会与铁原子结合，在内壁产生均匀的氧化层，造成管壁的减薄，氧化层又影响热传导，使管壁工作温度升高，造成恶性循环。

此外，在机组启停或调峰运行时，高温过热器和再热器内蒸汽压力的变化和波动，在管道金属内部产生不同程度的交变应力，造成管道金属的疲劳寿命损耗。由于高温过热器和再热器管道一般较薄，因而其内外壁温差较小，由此而产生的热应力也较小，因此由热应力造成的疲劳寿命损耗可不考虑。

过热器长期在高温下运行，钢材的组织性质也随着时间而变化，加速其老化过程。金属材料中的碳化物相，是构成金属材料较高强度的基础，金属材料的老化主要表现为碳化物相的变化。珠光体中的碳化物相在使用中逐渐变为球状，称之为球化现象，这一现象是碳化物分布形态变化的一个基本特征，形态的变化形式还有晶粒变形、再结晶及更复杂的微观位错结构变化等，直接与材料的老化过程相关。

由于现有的锅炉实时状态量在线监测水平较低且锅炉受热面管材的工作环境复杂，电站运行和检修人员无法直接获取管材的剩余寿命实测值，给管材剩余寿命状态的实时监视造成了困难。

常用的管材剩余寿命监测方法和系统以简单蠕变损伤评估的结果为依据判断管材寿命状态，计算模型缺少相应的管材更换、磨损、腐蚀等离线数据、管材老化等性能参数，往往不能真实反映锅炉受热面管材的剩余寿命状态。

CN109992825A公开了一种考虑壁厚减薄及过热影响的锅炉四管实时寿命评估方法，包括如下步骤：(a)系统根据锅炉四管运行环境、材料特性计算管壁减薄情况；(b)计算锅炉四管的减薄速率，(c)根据强度校核理论，计算减薄后的锅炉管的剩余寿命；(d)对于存在焊缝的锅炉管，计算焊缝位置的应力；(e)对剩余寿命进行修正；(f)从温度和锅炉管的持久强度的角度，评估锅炉管的寿命；(g)超过设计计算壁温，过热情况下，锅炉管寿命修正计算；(h)考虑壁厚减及过热共同作用下，锅炉管综合寿命Rf评估计算。但该方法没有考虑到胀粗和老化等对锅炉管材的影响。