第20卷第1期热能动力工程Vol.20,No.12005年1月JOURNALOFENGINEERINGFORTHERMALENERGYANDPOWERJan.,2005文章编号:1001-2060(2005)01-0057-04300MW机组锅炉汽包寿命在线监测系统的研究管德清1,莫江春1,李立1,毛永忠2(1.长沙理工大学能源与动力工程学院,湖南长沙410076;2.石门电厂,湖南石门415300)摘要:采用三维有限元理论,对300MW机组锅炉汽包在和不同几何尺寸的汽包,其理论应力集中系数是不内压作用下的应力场进行了分析,所得到的理论应力集中系相同的。所以,针对具体汽包采用有关标准统一给数比TRD301的推荐值大17.3%,并用热弹性理论计算准稳出的理论应力集中系数,有时会得到偏于危险的结态下汽包的热应力。在此基础上对给出的疲劳寿命TRD301果。因此,采用三维有限元理论研究具体锅炉汽包计算方法提出了改进建议,开发了一套300MW机组锅炉汽结构的应力场,对于汽包疲劳寿命分析是十分重要包寿命在线监测系统。该系统利用计算机、智能化数据采集的。近年来,人们开始采用三维有限元方法计算汽和通信转换对锅炉汽包运行全过程实行温度、压力和寿命的包的应力场[3～4],进而估算锅炉汽包的疲劳寿命。管理。经在某电厂1021t/h锅炉上运行,效果良好,达到了随着计算机技术、传感技术和失效分析的快速对锅炉汽包寿命进行在线监测和指导锅炉运行的目的。发展,建立对各类结构的寿命预测和安全管理系统关键词锅炉汽包疲劳寿命在线监测系统:;;(PHM)具有重要应用前景。文献[5]指出,对于工业中图分类号:TK225文献标识码:A管理和维护而言,21世纪将进入PHM时代。针对电厂锅炉建立安全管理系统受到国内外学者和工程1引言技术人员的高度重视。DouglusJ.Smith,ThomasC.Elliott和RobertSwanekamp建立了电厂锅炉在线监随着用电结构的变化电网负荷的峰谷差日益～,测与诊断系统[67];袁镇福等研制了电厂锅炉启动增大火力发电机组已参予调峰运行。电厂[8],300MW指导装置;管德清等建立了400t/h锅炉优化启动锅炉在调峰过程中,锅炉启停和变负荷运行使汽包的数学模型[9]。这些工作对于提高电厂锅炉的安全受到交变应力作用,产生低周疲劳损伤。由于汽包管理和自动化水平具有重要作用。疲劳损伤累积的增加,给电力生产安全留下隐患,因本文以300MW机组1021t/h锅炉为研究对此研究锅炉汽包疲劳寿命计算方法,并对汽包寿命象,采用国际通用的大型结构有限元分析软件AN2实行在线监测,指导锅炉运行,对于提高火电机组的SYS6.0计算汽包结构在内压作用下的应力场,依据安全性、经济性和现代化管理,具有重要的意义。三维有限元计算结果,采用德国《蒸汽锅炉技术规锅炉启停和变负荷运行过程中,汽包所承受的程》(TRD301)的方法估算疲劳寿命,并对TRD301推交变应力主要包括两个方面:一是汽包内蒸汽压力荐的理论应力集中系数提出了修改建议,开发了一所产生的机械应力;二是启停过程中汽包壁暂态温套300MW机组锅炉汽包寿命在线监测系统。该系度场引起的热应力。目前,汽包疲劳寿命计算主要统利用计算机、智能化数据采集和通信转换对锅炉采用德国TRD301、美国ASME及英国BS5500标准汽包运行全过程实行温度、压力和寿命的管理。经给出的方法。这些标准对汽包筒体与下降管的不同在某电厂1021t/h锅炉上运行,效果良好。连接方式给出了相应的理论应力集中系数,但是不考虑结构几何尺寸和焊缝局部几何形状对应力集中2300MW机组锅炉汽包疲劳寿命估算方法的影响[1]。文献[2]采用美国ASME标准,计算了400t/h锅炉汽包的疲劳寿命。通过对结构进行细2.1汽包应力场的三维有限元计算致的三维有限元分析可知,对于不同焊接结构形式汽包所受交变应力中,机械应力占主要部分。收稿日期:2004-04-12;修订日期:2004-06-14基金项目:国家自然科学基金资助项目(10372087);湖南省自然科学基金资助项目(04JJ3027);湖南省科技计划基金资助项目(04GK3051)作者简介:管德清(1961-),男,湖南常德人,长沙理工大学教授.·85·热能动力工程2005年本文用有限元方法计算汽包内压引起的机械应力的下降管与锅筒连接属于插入式焊接管接头,按德国应力场,而用热弹性理论计算准稳态下汽包的热应《蒸汽锅炉技术规程》(TRD301)标准,在内压作用下力。的理论应力集中系数αm=2.6。有限元计算结果比锅炉设备概况如下:TRD301标准推荐值要大17.3%。因此,如