电厂高温高压部件运行状态实时监测寿命管理系统.ppt

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1、西安热工研究院有限公司 电站材料技术部 电厂高温高压部件运行状态 实时监测寿命管理系统 1 内容提要 应用分析 说明电厂采用该项技术的必要性 系统简介 概述系统的功能、用途、特点等内容 系统用途 从六个方面说明系统的用途 技术方案 用文字解说和方框图说明系统的构成 系统功能 介绍系统提供的主要功能 系统应用 介绍系统的应用方式 特点归纳 总结归纳系统的特点 系统图例 系统使用情况举例 2 应用分析（6-1） 运行过程中管道材料必然出现损伤 主蒸汽管道、再热蒸汽管道以及过热器管、再热器管 等锅炉炉管，是发电设备的重要部件，有很高的安全要求 。在运行过程中，管道材料承受热能和机械力的联合作用 ，发

2、生蠕变、疲劳、腐蚀、磨损等过程，材料逐渐出现损 伤，以至于最终不能承受运行载荷。 3 应用分析（6-2） 用量化指标监测材料损伤、优化运行 在运行中，部件材料的损伤程度、损伤速度、承载能 力和运行安全性，主要由运行条件决定。如果运行品质好 ，那么，部件的运行安全性就高，安全运行寿命就长。反 之，运行安全性就低，安全运行寿命就短。因此，很需要 获得寿命损耗等一些反映材料损伤程度的量化指标，以及 其它一些反映运行品质的指标，来监测诊断部件的安全状 态，优化运行状况。 4 p描述高温部件状态的一些特征指标 序号 特征量 安全状态控制指标及判据 1形变(蠕变) 形变不大于界限值 2形变速度 形变速度不

3、大于许用形变速度 3应力 运行应力不大于条件许用应力 4寿命损耗率 寿命损耗率100% 5组织 及损伤变 化 限制在“安全”级别 范围内 6载荷谱、温度谱 压力谱 运行载荷对上述特征量起控制作用，应符合规程要求和 处于条件控制值范围内 状态监测寿命管理的原理 应用分析（6-3） 5 用量化指标监测标监测 材料损伤损伤 、优优化运行 状态监测寿命管理的原理 应用分析（6-4） 6 深层次挖掘电厂安全经济运行的信息 目前电厂都建立了良好的金属监督、锅炉监察体系， 但缺少在运行中对主蒸汽管道、再热蒸汽管道、过热器管 和再热器管等高温高压部件实施运行状态监测的手段。电 厂大都建立了先进的管理信息系统，

4、但对所获得的实时运 行数据，还缺乏深层次的、更直接针对部件安全性、经济 性等方面的挖掘利用。 应用分析（6-5） 7 提供多学科结合的总体解决技术 我们在部件运行载荷和应力、材料运行损伤、部件运 行参数的时间、空间分布和机组运行的规程要求等知识基 础上，应用计算机网络、数据库、企业功能网站、定制编 程等技术，开发出了本系统。它为企业信息化、决策支持 、金属监督、锅炉监察、寿命管理和运行优化都提供了依 据和支撑，由于采用先进的网页浏览方式，也十分方便各 层用户应用。因此，电厂采用这项技术是很必要的。 应用分析（6-6） 8 “电厂高温高压部件运行状态实时监测寿命管理系统 ”(简称“实时状态监测寿

5、命管理系统”)是监测和分析发 电机组部件的安全优化状态，并对其材料寿命损耗进行分 析管理的系统，它为电厂安全、经济运行提供实时量化信 息，并以方便的网页查询方式，提供给领导层、管理层、 监督层、运行层、技术层和检修层应用。 本系统用于主蒸汽管道、再热蒸汽管道以及过热器管 、再热器管等高温高压部件的金属监督、锅炉监察、寿命 管理和运行参数优化调控，它也为状态检修、全过程寿命 管理提供依据和支撑，是电厂管理信息系统(MIS)等的重 要组成部分，也是电厂信息化、数字化建设的重要内容。 系统简介 9 系统用途（8-1） 企业信息化 提供直接与优化、安全、经济有关的信息，推 进企业信息化建设 “实时状态

6、监测寿命管理系统”的使用，可以使电厂各层用户掌 握部件运行状况，及时了解部件安全优化状况，为电厂安全、经 济运行提供依据，为企业信息化建设提供支撑。 10 系统用途（8-2） 决策支持 掌握部件运行状况，提供决策支持依据 “实时状态监测寿命管理系统”的使用，可以使领导层、管 理层及时了解部件运行状况，了解部件安全状态，为电厂提供决 策依据，为电厂安全、经济运行提供技术支撑。 11 金属监督 掌握材料状况，防止炉管破裂 金属监督人员利用“实时状态监测寿命管理系统”提供的一 些指标，可以从材料安全性的角度，了解部件的运行优化状况， 材料损伤状况，对部件运行安全性进行监测，确保部件安全运行 。 系统

7、用途（8-3） 12 锅炉监察 掌握炉管状况，预防爆管发生 锅炉监察人员利用“实时状态监测寿命管理系统”提供的指标 ，可以了解过热器管和再热器管等炉管的运行状况，对重点部位 进行监测，确保炉管安全运行。利用本系统提供的炉管温度谱， 还可快捷掌握炉内热负荷状况，为优化运行提供依据。 系统用途（8-4） 13 寿命管理 掌握材料寿命损耗信息，确保材料安全经济使 用 在高温和应力作用下，管段材料随时间变化将逐渐产生蠕变 损伤。蠕变损伤贯穿整个使用期间，是一个长期的损伤过程。但“ 长期”是由“短期”迭加成的，“完全损耗”是由单位时间的“微损耗” 累积成的。微损耗直接与当前运行条件（运行参数）有关，超温

8、 幅度越大、累积时间越长等都将使微损耗的数值大幅度增加，大 大缩短管段材料使用寿命，严重时可在短时间就引起爆管。本系 统把微损耗和载荷谱同时提供出来，便于知道运行载荷给管段材 料造成的损耗，实时显示管段材料的寿命损耗信息， 为确保管段材料安全经济运行提供依据和管理手段。 系统用途（8-5） 14 运行优化 实时快捷地提供长时间炉管承受热负荷状况和 材料寿命损耗状况，为优化运行提供依据 运行人员利用“实时状态监测寿命管理系统”提供的一些指标 可以掌握机组运行状况，对发现偏离正常的运行参数进行调控， 确保机组安全运行。例如炉管长时间温度分布，可利用它了解温 度分布均匀情况，温度偏高的情况，为调整运

9、行提供依据。 系统用途（8-6） 15 网页浏览 用网页方式看数据图表，迅速掌握机组部件状 况 系统采用先进的浏览器/服务器模式(B/S模式)，与电厂MIS等 系统无缝连接。服务器端运行“实时状态监测寿命管理系统”软 件，产生各种状态监测寿命管理数据；同时还建立了“实时状态 监测寿命管理网站”，方便用户使用。浏览器端通过用户使用 Internet Explorer浏览器访问在服务器上建立的网站，及时浏览 与机组运行状况有关的各种网页，迅速了解机组运行状况。任意 长时间的部件状况，瞬间掌握。 系统用途（8-7） 16 各层应用 有力工具 服务多层次，应用多方面 系统可为电厂各层用户提供依据和支撑

10、，包括领导层、管理 层、监督层、运行层、技术层、检修层等用户。领导层、管理层 、监督层等用户可快速掌握机组运行状况，指导生产；运行层、 技术层、检修层等用户可快速掌握机组运行状况，获得运行参数 优化调整的依据，确保机组安全、经济运行。 系统用途（8-8） 17 技术方案（3-1） “电厂高温高压部件运行状态实时监测寿命管理系统 ”是基于电厂MIS系统（或其它类似系统）、具有多方面 专门功能的应用管理系统。它由三部分构成。 （1）主蒸汽管道、再热蒸汽管道、过热器管、再热器管 等高温高压部件的有关运行参数（温度、压力等）经DAS 等系统(数据采集系统) 进入MIS系统（管理信息系统）的 实时数据库

11、中。电厂的实时数据库通常采用Oracle、 Microsoft SQL Server 、Sybase SQL Server 、IBM DB2 等数据库。在MIS系统服务器数据库中，已经有被监测部 件的运行参数(温度、压力等)，构成电厂的数据平台。 18 （2）一台计算机作为管道状态监测系统服务器，与电厂 MIS系统联网，它是MIS系统中的一台功能服务器。在这台 功能服务器上，运行按机组部件实际情况定制开发的“实 时状态监测寿命管理系统”软件，并建立“实时状态监测 寿命管理网站”，组成部件状态监测寿命管理平台，与电 厂已有的、例如MIS系统无缝联接。 （3）“实时状态监测寿命管理系统”产生的状况

12、监测、 运行优化、寿命管理等方面的数据，以多种形式存储于管 道状态监测系统支持数据库中。“实时状态监测寿命管理 网站”从支持数据库中获得相关数据，以网页的形式，供 电厂各层用户使用。 技术方案（3-2） 19 领导层、管理层、监督层、运行层、技术层、检修层 等用户通过启动Internet Explorer浏览器进入“实时状 态监测寿命管理网站”，打开相关网页，将及时获得部件 运行优化状态和寿命损耗等方面的信息，它们以图表和文 字的形式，快捷地呈现在各层用户的面前，指导生产，优 化运行，掌握部件安全状态。 技术方案（3-3） 20 电厂高温高压部件运行状态实时监测寿命管理系统框图 21 系统功能

13、（6-1） 部件运行品质监测，实时获得量化运行品质参数 本系统将以运行参数为标志的运行载荷，加以作用时间分析，形 成独特的载荷谱。这就以浓缩的形式，瞬间展现出部件材料在任意长 时间内所承受的热负荷和机械负荷作用。加上本系统确定出的材料运 行寿命损耗等管道安全运行特征指标，就使实时地掌握运行条件和它 造成的材料损伤成为可能。 部件的载荷谱（温度谱、压力谱） 机组运行实际压红线参数 超温超压的范围及累积时间 高参数出现时刻查询 22 实时获得部件材料寿命损耗 寿命损耗是衡量材料在高温高压载荷作用下材质发生损伤程度的 物理量。本系统把它与造成这种损伤的载荷作用同时提供了出来，使 其既能掌握材料的安全

14、程度，又能掌握运行载荷、运行参数的持点， 从而能实时地从短时间和长时间安全的角度，确保管道安全、优化、 经济运行。 监测管段各部位的寿命损耗值 剩余寿命预测 部件运行安全性评定 寿命损耗与运行品质的关系 系统功能（6-2） 23 实时运行载荷变化指标 本系统将实时地确定按各种分级原则的载荷变动信息，为机组寿 命管理提供依据。 机组启动停机次数自动确定 大幅度（或给定幅度）载荷变动状况记录 部件材料疲劳寿命损耗 系统功能（6-3） 24 实时运行班组管理量化指标 本系统设计了自动按班组时间分析、存储的有关数据，使其可对 班组的运行品质作出量化的客观评价。 超常事件记录 载荷变动状况记录 系统功能

15、（6-4） 25 多层次的数据存贮、利用方案 当前时刻数据 每日数据存贮 连续数据存贮 任意日期之间的数据提取和存贮 上述存贮数据的网页浏览查询分析 网页浏览形式 系统功能（6-5） 26 获得反映部件安全、优化运行的品质参数，掌握部件运行状态。 获得反映部件材料运行损伤的特征参数（寿命损耗、载荷变动次数 等），掌握材料损伤状态。 为电厂实现对重要部件的状态预知，逐步实行状态检修提供依据。 为电厂进一步提高设备材料安全性管理和对人员的运行效果规范化 管理提供依据。 为领导层、管理层、监督层、运行层、技术层和检修层提供同步、 统一的工作依据。 系统应用 27 特点归纳 下面简约归纳“实时状态监测

16、寿命管理系统”的特点 企业信息 化繁为简 实时监测 即时掌握 运行优化 事件捕获 超常记录 班组考核 材料损伤 寿命评估 网页查询 各层应用 把握全局 决策支持 管理助手 生产工具 安全经济 效益赢得 28 实时状态监测寿命管理系统运行环境 后台不间断运行的管道运行 状态实时监测寿命管理系统 服务器，担负数据采集、处 理、运算、状态监测寿命管 理网站运行服务。 29 “实时状态监测寿命管理系统”软件运行界面 实时状态监测寿命管理系统图例（1） 该图为在服务器端（后台）运行的“实时状态监测寿命管理系统”软件的 显示画面。软件运行时，从MIS系统等的实时数据库中获取监测部件的有关运行 参数，经运行

17、处理后产生状态监测、运行优化、寿命管理等方面的数据，存储 于实时监测系统支持数据库中。 30 “实时状态监测寿命管理网站”主页 图例（2） 31 该图为在浏览器端（前台）运行的“实时状态监测寿 命管理网站”主页，它从实时监测系统服务器的支持数据 库中读取相关数据，供电厂各层用户使用。 在用户计算机上，启动Internet Explorer浏览器，进 入“实时状态监测寿命管理网站”，按菜单打开相关网页 ，将瞬时获得炉管、主蒸汽管道和再热热段管道等高温高 压部件的运行安全优化状态和寿命损耗等方面的信息，它 们以图表数据的形式，快捷地呈现在各层用户的面前，指 导生产，优化运行，掌握部件安全状态。 图

18、例（2）简要说明 32 “机组优化程度”网页 图例（3） 33 该图（部分）显示机组运行优化程度信息。所谓“优 化程度”，是指实际几率最大的运行参数更接近额定优化 运行参数的程度，还指最大超温超压值更低和累积时间更 短的程度。本网页一目了然地给出了各管段在各相应运行 时段的参数状况，并就优化程度智能地给出了分析简报。 例如，“分析简报”区给出了各管段的综合信息。包 括“实际红线温度累积时间最长”、“实际红线温度最高 ”、“超温温度最高”、“超温累积时间最长”等实时分 析出的特征数据(各项的颜色与谱图中相应测点的颜色一 致)。这就给掌握管道以至于机组长时间运行优化和安全 状况带来极大的方便。 图

19、例（3）简要说明 34 “机组载荷谱分析”网页（数据选择） 显示供选择的数据表名，它们存有相应时间范围内的数据。 图例（4-1） 35 “机组载荷谱分析”网页（主汽压力载荷谱） 主蒸汽管道监测段的压力谱，红色线表示实际压红线参数（累积运行时间最长的 压力值），表明最经常运行在16.6MPa，已经在该压力下累积运行了442小时。 图例（4-2） 36 “机组载荷谱分析”网页（主汽压力数据表） 主蒸汽管道监测段的压力数据表，显示运行中出现的每一压力值和在该数值下 的累积时间，并标记是否超压。 图例（4-3） 37 “机组载荷谱分析”网页（主汽温度载荷谱） 主蒸汽管道监测段的温度谱，红色线表示实际压

20、红线参数（累积运行时间最长的 温度值），表明最经常运行在536，已经在该温度下累积运行了613小时。 图例（4-4） 38 “机组载荷谱分析”网页（主汽温度数据表） 主蒸汽管道监测段的温度数据表，显示运行中出现的每一温度值和在该数值下 的累积时间，并标记是否超温。 图例（4-5） 39 “机组载荷谱分析”网页（二过出口壁温） 显示二级过热器出口壁温的一个监测段温度谱，红色线表示实际压红线参数（累 积运行时间最长的温度值），表明最经常运行在550，已经在该温度下累积运 行了212小时。 图例（4-6） 40 “机组载荷谱分析”网页（二过出口壁温数据表） 二级过热器出口壁温监测段的温度数据表，显示

21、运行中出现的每一温度值和在 该数值下的累积时间，并标记是否超温。 图例（4-7） 41 “机组载荷谱分析”网页（再热器出口温度） 显示再热器出口温度的一个监测段温度谱，红色线表示实际压红线参数（累积 运行时间最长的温度值），表明最经常运行在538，已经在该温度下累积运 行了345小时。 图例（4-8） 42 “机组载荷谱分析”网页（再热器出口温度数据表） 再热器出口温度监测段的温度数据表，显示运行中出现的每一温度值和在该数 值下的累积时间，并标记是否超温。 图例（4-9） 43 图示(部分)显示机组测点载荷谱（温度谱、压力谱） 分析信息。所谓“载荷谱”，是指热作用和机械作用在运 行过程中对部件

22、材料作用量的大小和这个作用的累积时间 。载荷谱图以紧凑的形式、海量的容量提供出部件材料受 载荷作用的丰富信息。时间段和测点可由菜单任意选择。 这样一图在手，任意长时间（一天、一周、一月、一 年）机组部件的运行状况以及从多角度对运行品质的 评价，便瞬间呈现在各层用户面前。用本系统来实施状态 监测和寿命管理，事半功倍。 图例（4-14-9）简要说明 44 “机组管材寿命损耗”网页 显示各管段材料在投运有效运行时间内的累积寿命损耗。 图例（5-1） 45 “机组剩余寿命预测”网页 显示各管段材料以20万小时为标尺的剩余寿命。 图例（5-2） 46 图示显示机组测点管材寿命损耗信息。寿命损耗是一 个衡

23、量高温承压部件材料使用寿命消耗程度的物理量。它 与运行温度、运行压力、材料特性、损伤规律等密切相关 ，一方面用以衡量材料的安全性和寿命损耗水平，另一方 面它又综合反映出运行品质。发同样多的电，优化的运行 不仅要能耗最低，还要寿命损耗也最低。 本网页的信息，把管道材料所承受的载荷（运行参数 ）与直接反映材料损伤程度（安全程度、寿命长短）的物 理量有机地联系了起来，又由于它的实时性和可包含部件 材料运行全过程寿命信息，因此，在电厂状态检修、全过 程寿命管理等中，起着重要的作用。 图例（5-15-2）简要说明 47 “运行超限参数”网页 状态监测寿命管理网页，还提供一些特殊数据的信息。例如超温超 压

24、的起始时刻、其间的最大值、这一超参数过程的结束时刻、这一过程 的持续时间以及当时的运行班值等。这些信息对运行状态、运行参数管 理和运行班组量化管理，是十分必要的。 图例（6） 48 “载荷变动状况查询”网页 状态监测寿命管理网页，还提供运行载荷变化的信息（包括机组启 动停机次数、温度压力大幅度变化次数等等）。这些信息对运行状态 、运行参数管理，对于掌握机组部件疲劳损伤的程度，都是十分必要 的。 图例（7） 49 “帮助”网页 本系统提供了内容丰富的“实时状态监测寿命管理网站”帮助信息， 给用户在浏览网页时提供帮助。网页分为“网站说明”、“系统介绍”、 “主要功能”、“应用方式”等部分。 图例（8） 50 “实时状态监测寿命管理系统”是电厂信息 管理的重要组成部分，它为高温高压部件的状 态监测、寿命管理、状态检修、为电厂的安全 经济运行，提供了依据和专业技术支撑。是电 厂领导、管理、监督、运行、技术、检修等部 门掌握电厂重要部件运行安全状态的有力工具 。 总结 51 u 具体电厂机组的项目设计 u 部件材料运行损伤特性的确定 u 部件运行载荷和运行应力分析 u 建模技术 u 网络技术 u 数据库技术 u “实时状态监测寿命管理系统”软件的定制开发 u “实时状态监测寿命管理网站”的设计与开发 u 现场安装调试和投运 u 相关技术服务和人员培训 u 项目涉及的主要技术和工作 52