專利名稱：火力發電機組部件剩余壽命在線監視與控制裝置及方法
技術領域：
本發明涉及火力發電機組部件剩余壽命在線監視與控制裝置及方法，屬于火力發電機 組技術領域。
背景技術：
在火力發電機組的重要部件有高壓轉子、中壓轉子、低壓轉子，發電機轉子、發電 機護環，高壓內缸、中壓內缸、低壓內缸、高壓外缸、中壓外缸、低壓外缸、高壓噴嘴室、 高壓主汽閥殼、中壓主汽閥殼、高壓調節闊殼、中壓調節閥殼、鍋筒(或汽水分離器)、 高溫集箱、低溫集箱、高溫三通、低溫三通、過熱蒸汽管道、再熱蒸汽管道、冷再熱蒸汽 管道、過熱器管子、再熱器管子等。這些重要金屬部件分為三類第一類部件是主要由蠕 變壽命損耗導致損壞的過熱器與再熱器管子；第二類部件是主要由低周疲勞壽命損耗導致 損壞的低壓轉子、發電機轉子、發電機護環、低壓內缸、低壓外缸、鍋筒(或汽水分離器)、 低溫集箱、低溫三通、冷再熱蒸汽管道；第三類部件是主要由蠕變與低周疲勞壽命損耗導 致損壞的高壓轉子、中壓轉子、高壓內缸、中壓內缸、高壓外缸、中壓外缸、高壓噴嘴室、 高壓主汽閥殼、中壓主汽閥殼、高壓調節閥殼、中壓調節閥殼、高溫集箱、高溫三通、過 熱蒸汽管道、再熱蒸汽管道。火力發電機組上述26個重要部件的特點是尺寸大，造價昂 貴。現有技術只對某一重要部件進行壽命管理， 一座火力發電廠有幾臺火力發電機組，工 程上需要對幾臺火力發電機組的幾十個重要部件進行剩余壽命的監視與控制。
發明內容
本發明的目的是采用一套剩余壽命在線監視與控制裝置，實現一座火力發電廠一臺或 幾臺火力發電機組的2至26個部件的剩余壽命的在線監視與控制。
為實現以上目的，本發明的技術方案是提供一種火力發電機組部件的剩余壽命在線監 視與控制裝置，其特征在于，由計算服務器、數據庫服務器、網頁服務器、用戶端瀏覽器 和廠級監控信息系統(SIS系統)組成，網頁服務器分別與用戶端瀏覽器、數據庫服務器 和計算服務器連接，計算服務器與數據庫服務器連接，數據庫服務器通過廠級監控信息系 統與火力發電機組的分散控制系統(DCS)及在線測點連接。
進一步地，所述的火力發電機組部件為至少一臺火力發電機組的高壓轉子、中壓轉子、 低壓轉子，發電機轉子、發電機護環，高壓內缸、中壓內缸、低壓內缸、高壓外缸、中壓外缸、低壓外缸、高壓噴嘴室、高壓主汽閥殼、中壓主汽閥殼、高壓調節闊殼、中壓調節 閥殼、鍋筒或汽水分離器、高溫集箱、低溫集箱、高溫三通、低溫三通、過熱蒸汽管道、 再熱蒸汽管道、冷再熱蒸汽管道、過熱器管子和再熱器管子中任意組合的2個以上部件。
本發明還提供了上述裝置所采用的火力發電機組部件剩余壽命在線監視與控制方法， 其特征在于，采用C語言編寫火力發電機組部件剩余壽命的計算機軟件，運行在計算服務 器上，應用于火力發電機組部件的剩余壽命在線監視與控制，其具體步驟為
第一步讀取火力發電機組在線測點數據
數據庫服務器每隔A t =0. 1分鐘至5分鐘，通過廠級監控信息系統從火力發電機組 的分散控制系統及在線測點讀取主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度、 調節級后蒸汽壓力、調節級后蒸汽溫度、 一抽蒸汽壓力、 一抽蒸汽溫度、高排蒸汽壓力、 高排蒸汽溫度、中排蒸汽壓力、中排蒸汽溫度、高壓內缸金屬溫度、中壓內缸金屬溫度、 五抽蒸汽壓力、五抽蒸汽溫度、六抽蒸汽壓力、六抽蒸汽溫度、七抽蒸汽壓力、八抽蒸汽 壓力、汽輪機轉速、功率、凝汽器壓力、給水壓力、給水溫度、鍋爐承壓部件的壁溫測點 數值、發電機有功功率、功率因數、三相電流與電壓、勵磁電流、冷氫溫度和熱氫溫度；
第二步計算累計運行小時數
火力發電機組部件累計運行小時數SH的計算公式表示為
SH = SH0+A t /60
式中，SH。為上一次讀取數據計算得出的累計運行小時數，A T為讀取數據的時間間隔，單
位為分鐘；
第三步計算累積蠕變壽命損耗
對于第二類部件，火力發電機組第i個部件累積蠕變壽命損耗^ = 0，對于第一類和
第三類部件，火力發電機組中第i個部件累積蠕變壽命損耗Eti的計算公式表示為
Etl = SH/TRlX100% 式中，TBi為火力發電機組部件蠕變壽命的設計值； 第四步計算瞬態低周疲勞壽命損耗
釆用現有技術，計算火力發電機組第i個部件的低周疲勞壽命損耗dn可參照申請號 為200710039898. 3的已授權專利。
第五步確定峰值應力對應的低周疲勞壽命損耗
采用現有技術，判斷部件的等效應力是否為處于啟動、停機和負荷變動過程的峰值應 力，若等效應力等于峰值應力，火力發電機組第i個部件峰值應力對應的低周疲勞壽命損耗dp,二d,，若等效應力不等于峰值應力，火力發電機組第i個部件峰值應力對應的低周疲 勞壽命損耗dpi = 0;
第六步計算累積低周疲勞壽命損耗
對于第一類部件，火力發電機組第i個部件累積低周疲勞壽命^ = 0，對于第二類和 第三類部件，火力發電機組第i個部件累積低周疲勞壽命ENi的計算公式表示為
ENi = ENOl+ dpi
式中，EMl為上一次讀取數計算得出的累積低周疲勞壽命損耗； 第七步計算累積壽命損耗-
火力發電機組第i個部件累積壽命損耗&的計算公式表示為
Ei = Eti+ENi
對于第一類部件，ENl = 0， E1 = Etl;對于第二類部件，Eti = 0， E1 = ENl; 第八步計算剩余壽命
火力發電機組第i個部件剩余壽命E^的計算公式表示為
ERl = 100 — Ei;
第九步計算年均壽命損耗速率
火力發電機組第i個部件年均壽命損耗速率e工的計算公式表示為
efl/yiXlOOX 式中，yi為火力發電機組第i個部件的設計壽命，單位為年；
第十步計算剩余日歷壽命
火力發電機組第i個部件的剩余日歷壽命R^的計算公式表示為
Ru = ERi/e丄
第十一步控制部件剩余壽命
若Ru〈1.5年，表明部件剩余壽命很短，建議在年內安排計劃大修，予以檢修或更換； 若1.5年《Ru〈4.5年，表明部件剩余壽命短，建議在1年后但在4年內安排計劃大修，予 以檢修或更換；若4.5年《Ru〈12年，表明部件剩余壽命較短，建議在4年后但在8年內 安排計劃大修，予以詳細的探傷檢查；若Ru》12年，表明部件剩余壽命較長，建議按照 《檢修規程》安排火力發電機組的計劃大修周期和計劃大修項目； 第十二步打印輸出結果
輸出火力發電機組重要部件剩余壽命在線計算結果與控制措施，應用于火力發電機組 優化檢修與優化運行。本發明具有以下特點-
(1) 在計算服務器上安裝使用C語言編寫的火力發電機組多個重要部件剩余壽命的計 算機軟件，根據軟件設定的時間間隔A t =0.1分鐘至5分鐘，從數據庫服務器中讀取在 線監視的1臺至9臺火力發電機組的測點數據，在線實時計算1臺至9臺火力發電機組重 要部件的剩余壽命，剩余壽命計算結果再送到數據庫服務器保存，供網頁服務器調用；
(2) 數據庫服務器存放兩類數據
第一類數據為從廠級監控信息系統(SIS系統)每隔A t =0.1分鐘至5分鐘，讀取的 1臺至9臺火力發電機組在線測點數據，包括主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽壓力、 再熱蒸汽溫度、調節級后蒸汽壓力、調節級后蒸汽溫度、 一抽蒸汽壓力、 一抽蒸汽溫度、 高排蒸汽壓力、高排蒸汽溫度、中排蒸汽壓力、中排蒸汽溫度、高壓內缸金屬溫度、中壓 內缸金屬溫度、五抽蒸汽壓力、五抽蒸汽溫度、六抽蒸汽壓力、六抽蒸汽溫度、七抽蒸汽 壓力、八抽蒸汽壓力、汽輪機轉速、功率、凝汽器壓力、給水壓力、給水溫度、鍋爐承壓 部件的壁溫測點數值、發電機有功功率、功率因數、三相電流與電壓、勵磁電流、冷氫溫 度、熱氫溫度等測點數據，應用于火力發電機組多個重要部件的剩余壽命計算；
第二類數據為1臺至9臺火力發電機組重要部件剩余壽命計算結果，包括第i個重要 部件的剩余壽命EK,和剩余日歷壽命Ru，供網頁服務器調用；
(3) 網頁服務器每隔A t =0.1分鐘至5分鐘讀取數據庫服務器中1臺至9臺火力發 電機組重要部件剩余壽命在線計算結果，在網頁服務器上生成剩余壽命的計算結果頁面， 供用戶端瀏覽器查看，在網頁服務器上生成的火電機組剩余壽命的計算結果頁面，每隔A
1=0.1分鐘至5分鐘，自動刷新l次；
(4) 廠級監控信息系統(SIS系統)在剩余壽命在線監視與控制方面，為剩余壽命監 視與控制裝置的數據庫服務器提供火力發電機組的在線測點數據；
(5) 火電機組分散控制系統(DCS)及在線測點，為火力發電機組廠級信息監控系統 (SIS)提供在線測點數據；
(6) 用戶端瀏覽器用來査看1臺至9臺火力發電機組重要部件的剩余壽命在線計算結 果和剩余壽命控制措施，用來指導火力發電機組的運行和檢修；在用戶端瀏覽器，通過機 組編號的切換或部件切換，可以查看不同機組不同部件剩余壽命的在線計算結果。
本發明的優點是給出了火力發電機組重要部件剩余壽命的在線監視與控制裝置，可以 實現火力發電機組多個重要部件剩余壽命的在線計算與控制。如果火力發電機組重要部件 的剩余壽命偏小時，通過及時安排計劃大修來合理使用重要部件的剩余壽命，達到了使用一套剩余壽命控制裝置來監視與控制火力發電廠幾臺火力發電機組多個重要部件剩余壽
命的技術效果。
圖1為本發明所采用的在線監視與控制裝置的方框圖； 圖2為本發明所采用方法的流程； 圖3為本發明計算服務器所采用的計算機軟件框圖； 圖4為火力發電機組重要部件剩余日歷壽命計算結果的示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
實施例
如圖1所示，為本發明所采用的在線監視與控制裝置的方框圖，所述的火力發電機組 部件的剩余壽命在線監視與控制裝置由計算服務器、數據庫服務器、網頁服務器、用戶端 瀏覽器和4組廠級監控信息系統(SIS系統)組成，網頁服務器分別與用戶端瀏覽器、數 據庫服務器和計算服務器連接，計算服務器與數據庫服務器連接，數據庫服務器通過廠級 監控信息系統與4組火力發電機組的分散控制系統(DCS)及在線測點連接。
如圖2所示，為本發明所采用方法的流程圖，如圖3所示，為本發明計算服務器所采 用的計算機軟件框圖，該軟件安裝在4臺火力發電機組多個重要部件剩余壽命的計算服務 器上，應用于4臺火力發電機組多個重要部件剩余壽命的在線計算與控制。
對于某火力發電廠安裝了4臺亞臨界300MW火力發電機組，對高壓轉子、中壓轉子、 低壓轉子、發電機護環、鍋爐鍋筒、高溫三通共6個重要部件，采用圖l所示的裝置、圖 2所示的方法和圖3所示的計算機軟件，計算得出的火力發電機組重要部件剩余日歷壽命 計算結果列于圖4。
第一步每隔A 1=1分鐘，通過廠級監控信息系統從火力發電機組的分散控制系統 及在線測點讀取主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度、調節級后蒸汽 壓力、調節級后蒸汽溫度、 一抽蒸汽壓力、 一抽蒸汽溫度、高排蒸汽壓力、高排蒸汽溫度、 中排蒸汽壓力、中排蒸汽溫度、高壓內缸金屬溫度、中壓內缸金屬溫度、五抽蒸汽壓力、 五抽蒸汽溫度、六抽蒸汽壓力、六抽蒸汽溫度、七抽蒸汽壓力、八抽蒸汽壓力、汽輪機轉 速、功率、凝汽器壓力、給水壓力、給水溫度、鍋爐承壓部件的壁溫測點數值、發電機有 功功率、功率因數、三相電流與電壓、勵磁電流、冷氫溫度和熱氫溫度；
第二步和第三步從投產至2008年10月25日，1號300麗火力發電機組累計運行小時數，SH=108304h， 6個重要部件的6個部位的累積蠕變壽命損耗Eti的計算結果列于表1;
第四步、第五步和第六步從投產2008年10月25日，1號300麗火力發電機組6個 重要部件6個部位的累積低周疲勞壽命損耗ENi的計算結果列于表1;
第七步和第八步從投產至2008年10月25日，1號300MW火力發電機組6個重要部 件6個部位的累積壽命損耗Ei和剩余壽命ERl的計算結果列于表1;
第九步和第十步l號300麗火力發電機組6個重要部件的設計壽命為y,^30年，e, =1/30 = 3. 3333%，這6個重要部件6個部位的剩余日歷壽命Ru的計算結果列于表1并顯 示在圖4;
第十一步和第十二步在1號300MW火力發電機組6個重要部件的6個部位剩余壽命 的計算結果中，剩余壽命Ru均大于12年，表明1號300MW火力發電機組的這6個部件剩 余壽命較長，建議按照《檢修規程》安排該電廠1號30(MW火力發電機組的計劃大修周期 和計劃大修項目。
采用本發明提供的火力發電機組重要部件剩余壽命的在線監視與控制系統裝置及方 法，可以在線定量計算該火力發電廠4臺300MW火力發電機組的高壓轉子、中壓轉子、低 壓轉子、發電機護環、鍋筒、高溫三通等6個重要部件的剩余壽命，根據剩余壽命安全余 量來計劃大修，可以使這6個重要部件的剩余壽命處于受控狀態，合理使用這6個重要部 件的剩余壽命，達到了使用一套剩余壽命控制裝置在線監視與控制該電廠4臺300MW火力 發電機組6個重要部件剩余壽命的技術效果。
序 號名稱累積蠕變 壽命損耗 Eti (%)累積低周疲 勞壽命損耗 ENi (%)累積壽命 損耗Ei (%)剩余壽 命 ERi (%)剩余日歷 壽命Ru (年)
1高壓轉子外表 面0. 00285. 72295. 725794. 274328. 28
2中壓轉子的中 心0. 20290. 02270. 225699. 774429. 93
3低壓轉子的中 心01. 08161. 081698.918429. 68
4發電機護環內 表面04. 26984.269895. 730228. 72
5鍋筒內表面029.992529. 992570. 007521. 00
6高溫三通內表 面11.00704. 504515. 511584. 488525. 3權利要求
1、一種火力發電機組部件的剩余壽命在線監視與控制裝置，其特征在于，由計算服務器、數據庫服務器、網頁服務器、用戶端瀏覽器和廠級監控信息系統組成，網頁服務器分別與用戶端瀏覽器、數據庫服務器和計算服務器連接，計算服務器與數據庫服務器連接，數據庫服務器通過廠級監控信息系統與火力發電機組的分散控制系統及在線測點連接。
2、 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的火力發電機組部件為至少一臺火力 發電機組的高壓轉子、中壓轉子、低壓轉子，發電機轉子、發電機護環，高壓內缸、中壓 內缸、低壓內缸、高壓外缸、中壓外缸、低壓外缸、高壓噴嘴室、高壓主汽閥殼、中壓主 汽閥殼、高壓調節閥殼、中壓調節閥殼、鍋筒或汽水分離器、高溫集箱、低溫集箱、高溫 三通、低溫三通、過熱蒸汽管道、再熱蒸汽管道、冷再熱蒸汽管道、過熱器管子和再熱器 管子中任意組合的2個以上部件。
3、 權利要求l所述部件所采用的火力發電機組部件剩余壽命在線監視與控制方法，其 特征在于，采用C語言編寫火力發電機組部件剩余壽命的計算機軟件，運行在計算服務器上，應用于火力發電機組部件的剩余壽命在線監視與控制，其具體步驟為 第一步讀取火力發電機組在線測點數據數據庫服務器每隔A t =0. 1分鐘至5分鐘，通過廠級監控信息系統從火力發電機組 的分散控制系統及在線測點讀取主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度、 調節級后蒸汽壓力、調節級后蒸汽溫度、 一抽蒸汽壓力、 一抽蒸汽溫度、高排蒸汽壓力、 高排蒸汽溫度、中排蒸汽壓力、中排蒸汽溫度、高壓內缸金屬溫度、中壓內缸金屬溫度、 五抽蒸汽壓力、五抽蒸汽溫度、六抽蒸汽壓力、六抽蒸汽溫度、七抽蒸汽壓力、八抽蒸汽 壓力、汽輪機轉速、功率、凝汽器壓力、給水壓力、給水溫度、鍋爐承壓部件的壁溫測點 數值、發電機有功功率、功率因數、三相電流與電壓、勵磁電流、冷氫溫度和熱氫溫度；第二步計算累計運行小時數火力發電機組部件累計運行小時數SH的計算公式表示為<formula>formula see original document page 2</formula>式中，SH。為上一次讀取數據計算得出的累計運行小時數，A t為讀取數據的時間間隔，單位為分鐘；第三步計算累積蠕變壽命損耗對于第二類部件，火力發電機組第i個部件累積蠕變壽命損耗Etl = 0，對于第一類和第三類部件，火力發電機組中第i個部件累積蠕變壽命損耗Etl的計算公式表示為Etl = SH/iKiXlOO% 式中，T^為火力發電機組部件蠕變壽命的設計值； 第四步計算瞬態低周疲勞壽命損耗-釆用現有技術，計算火力發電機組第i個部件的低周疲勞壽命損耗d1; 第五步確定峰值應力對應的低周疲勞壽命損耗采用現有技術，判斷部件的等效應力是否為處于啟動、停機和負荷變動過程的峰值應 力，若等效應力等于峰值應力，火力發電機組第i個部件峰值應力對應的低周疲勞壽命損 耗4 =山，若等效應力不等于峰值應力，火力發電機組第i個部件峰值應力對應的低周疲 勞壽命損耗4二0;第六步計算累積低周疲勞壽命損耗對于第一類部件，火力發電機組第i個部件累積低周疲勞壽命ENl = 0，對于第二類和 第三類部件，火力發電機組第i個部件累積低周疲勞壽命ENi的計算公式表示為Eni — E,+ dpi式中，E,為上一次讀取數計算得出的累積低周疲勞壽命損耗； 第七步計算累積壽命損耗火力發電機組第i個部件累積壽命損耗&的計算公式表示為對于第一類部件，ENi = 0， Ei = Eti;對于第二類部件，Eti = 0， Ei = ENl;第八步計算剩余壽命火力發電機組第i個部件剩余壽命ERl的計算公式表示為-ERl=100 —Ei;第九步計算年均壽命損耗速率-火力發電機組第i個部件年均壽命損耗速率ei的計算公式表示為ei二lA^X100X 式中，y,為火力發電機組第i個部件的設計壽命，單位為年；第十步計算剩余日歷壽命火力發電機組第i個部件的剩余日歷壽命Ru的計算公式表示為-Ri^Eni/ei第十一步控制部件剩余壽命若R^〈1.5年，建議在年內安排計劃大修，予以檢修或更換；若1.5年《RLi〈4.5年， 建議在1年后但在4年內安排計劃大修，予以檢修或更換；若4.5年《R"12年，建議在 下次4年后但在8年內安排計劃大修，予以詳細的探傷檢査；若ID12年，建議按照《檢 修規程》安排火力發電機組的計劃大修周期和計劃大修項目；第十二步打印輸出結果輸出火力發電機組重要部件剩余壽命在線計算結果與控制措施，應用于火力發電機組 優化檢修與優化運行。
全文摘要
本發明提供了一種火力發電機組部件的剩余壽命在線監視與控制裝置及方法，屬于火力發電機組技術領域。所述的一種火力發電機組部件的剩余壽命在線監視與控制裝置，其特征在于，由計算服務器、數據庫服務器、網頁服務器、用戶端瀏覽器和廠級監控信息系統(SIS系統)組成，網頁服務器分別與用戶端瀏覽器、數據庫服務器和計算服務器連接，計算服務器與數據庫服務器連接，數據庫服務器通過廠級監控信息系統與火力發電機組的分散控制系統(DCS)及在線測點連接。本發明的優點是給出了火力發電機組重要部件剩余壽命的在線監視與控制裝置，可以實現火力發電機組多個重要部件剩余壽命的在線計算與控制。
文檔編號F01D15/00GK101561676SQ20091005027
公開日2009年10月21日 申請日期2009年4月30日 優先權日2009年4月30日
發明者史進淵, 琳 張, 宇 楊, 勇 汪, 鄧志成 申請人:上海發電設備成套設計研究院