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JPH0471122B2 - - Google Patents
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JPH0471122B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0471122B2
JPH0471122B2 JP5256383A JP5256383A JPH0471122B2 JP H0471122 B2 JPH0471122 B2 JP H0471122B2 JP 5256383 A JP5256383 A JP 5256383A JP 5256383 A JP5256383 A JP 5256383A JP H0471122 B2 JPH0471122 B2 JP H0471122B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
boiler
pressure
temperature
calculation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP5256383A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59180203A (en
Inventor
Hisanori Myagaki
Toshihiko Azuma
Akio Kajita
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP5256383A priority Critical patent/JPS59180203A/en
Publication of JPS59180203A publication Critical patent/JPS59180203A/en
Publication of JPH0471122B2 publication Critical patent/JPH0471122B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の利用分野〕 本発明は、ボイラの応力監視方法に係る。特に
頻繁な起動停止や負荷変化運用が要求される中間
負荷運用のボイラプラントの応力監視および寿命
管理に好適なボイラ応力監視方法に関する。 〔発明の背景〕 ボイラの運転に際しては、起動停止及び負荷変
化時に2次過熱器出口ヘツド管寄などの厚肉耐圧
部の特にノズルコーナ部には、内部流体の温度と
メタル温度との差に基づき熱応力が発生し、この
為疲労寿命が消費される。また定格運転中には、
内部流体の圧力による内圧応力に起因するクリー
ブ破断寿命が問題となる。従つて、ボイラの寿命
を適切に管理するためには、短期的には、運転中
の熱応力を周期的に把握できると共に、長期的に
は過去の運転を通しての累積寿命消費を何時でも
要求時点において把握できることが不可欠であ
る。特に、要求は急速かつ頻繁なプラント起動停
止と大幅かつ急激な負荷変化運用が課せられてい
る中間負荷運用ボイラプラントでは、切実であ
る。 従来は、ボイラ運転中に熱応力を短周期で把握
監視する方法はなく、寿命管理に関して第1図に
示すように、内部流体温度変化率と変化幅をパラ
メータとして、ある代表的な運転パターンについ
て静的な寿命消費線図を予め作成しておきこれに
基づいて寿命消費量を積算管理する方法が用いら
れている。しかし、従来の方法によれば本線図を
作成した時の運転条件(例えば、流体の流量、圧
力など)と適用時の条件が異なる場合にはメタル
温度への伝熱が異なるなどにより誤差が生ずる。
これをなくするため、種々の流量、圧力をパラメ
ータとして何種も線図を設けるという考え方もあ
るが、多様な運転条件が考えられるため現実的に
は実現不可能である。従つて、該寿命消費線図に
基づいて1回の起動に対する寿命消費量を規定
し、これに対応した流体温度変化率を決めても運
転条件が寿命消費線図の条件と異なると寿命消費
の上から極端に安全側のこともあるし、極端に危
険サイドになることもあり得る。 上述のように従来の方法によれば、一回の起動
に許される寿命消費を効果的に使つた急速起動や
許容応力を忠実に守つた大幅かつ急速な負荷運用
を実現することは困難であつた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、熱応力を運転中に迅速かつ高
精度で推定し、これに基づいて寿命消費量を求め
るとともにボイラプラントの最適な運用を可能と
する信頼性の高いボイラ応力監視方法を提供する
にある。 〔発明の概要〕 検出器故障に起因するシステムダウンによる信
頼性の低下を防ぐためには、出来るだけ少ない検
出信号によつて熱応力を計算できることが望まし
い。また、応力監視点におけるプラント機器の状
態やプロセス量の特性に応じた精度の高い熱応力
計算が望まれる。これらの点を鑑みて、本発明の
一態様においては、(1)厚肉耐圧部メタル内の温度
分布を該厚肉耐圧部メタル外面に取りつけた温度
検出器信号と内部流体とメタルとの境界面の熱伝
達率とこれに基づく熱収支とに基づいて計算する
方式を主とするが、(2)プラント負荷ランピング以
前またはその直後の運転条件下においては、内部
流体が厚肉耐圧部を流れ始めたばかりであり内部
流体の状態が未だ不安定であるので、該厚肉耐圧
部メタルの内面近傍に取り付けた温度検出器信号
と外面取り付けの上記温度検出器信号に基づいて
前記温度分布を計算することを特徴とする。ま
た、(3)プラント負荷ランピング許可条件が成立
し、ランピング開始した後の主蒸気流量の多い領
域では、前述(2)の方法で計算した最終の温度分布
を初期値として、前述(1)の熱伝達率計算による方
法に計算方式を切り替えること、(4)上記2つの計
算方式それぞれに必要な検出器信号を診断し、検
出器信号が異常の場合には、検出器が正常な方の
計算方式に切替えてメタル温度分布計算を続行す
ることを特徴とする。 〔発明の実施例〕 以下、本発明を具体的な実施例に基づき更に詳
細に説明する。 第2図は、本発明の実施例であり、デイジタル
計算機を用いたボイラ応力監視装置100とボイ
ラプラントからの関連入力信号との関係を示した
ものである。 この第2図において、ボイラ応力監視装置10
0は、デイジタル計算機101、警報表示器10
2、CRT表示装置103、タイプライタ104、
およびハードコピー装置105より構成される。
デイジタル計算機101は、主蒸気圧力P、主蒸
気流量G、主蒸気温度Tf、および2次過熱器出
口ヘツダ管寄205の内面メタル温度TMi、外面
メタル温度TMeを基に、1次過熱器出口蒸気温度
TS、1次過熱器バイパス弁開度BV1、2次過熱
器バイパス弁開度BV2の信号状態を計算の条件と
して該2次過熱器出口ヘツダ管寄205のノズル
コーナNcの熱応力と寿命消費量を所定の周期で
計算し、熱応力については、警報表示器102に
警報時にその旨を表示し、CRT表示装置103
に関連情報を表示する一方、タイプライタ104
にそれを印字する。また、CRT表示装置103
には、熱応力計算値のトレンドグラフ表示や数値
表示、起動停止1回当りの寿命消費量データや累
積寿命消費量データを表示し、タイプライタ10
4には、上記トレンド表示以外のデータをそれぞ
れオペレータの要求に応じて表示及び印字する。
CRT表示装置103に表示されたトレンドグラ
フ表示などの情報は、ハードコピー装置105に
よつて要求に応じて記録できる。 つぎに、第2図におけるボイラプラント部につ
いて説明する。図は、UPタイプの貫流ボイラの
関連部分を示したもので、バーナ207の点火後
定格負荷に達するまでの運転モードは、起動バイ
パス運転と貫流運転の2つに分れる。両運転モー
ドの関係を第3図に示す。以下、第2図と第3図
を用いて運転について説明する。まず、起動バイ
パス運転は、第3図に示すように軽油バーナ点火
からタービン蒸気加減弁を開き始める以前の運転
をさす。第2図において給水は、ボイラ200の
節炭器201によつて予熱され、水壁202で加
熱される。そして、加熱流体は、1次過熱器バイ
パス弁1からおよび1次過熱器203を通つて2
次過熱器バイパス弁2からそれぞれフラツシユタ
ンク206へ導びかれ、蒸気は、フラツシユタン
ク発生蒸気通気弁5を通つて2次過熱器204へ
通気される。制御としては第3図に示すように1
次過熱器の入口流体温度を燃料の調節によつて、
予め決めた変化率で昇温し、所定の温度(図では
320℃)まで制御する。この運転モードでは、タ
ービン蒸気加減弁は閉じているので2次過熱器出
口ヘツダ管寄205には蒸気は流れないが温度は
上昇して行く。 つぎに、貫流運転は、過熱器減圧弁前弁3と過
熱器減圧弁4を開けて、2次過熱器204に蒸気
を流し、昇圧を行いタービン蒸気加減弁301の
開度調節によつてタービンの昇速を行う。タービ
ンが定格回転数に達すると発電機の併入を行い、
1次過熱機入口流体温度制御から主蒸気温度制御
に移行する。そして初負荷を保持した状態で軽、
重油バーナの切替を行い負荷ランピングの条件が
整うよう燃料を調節する。負荷ランピングの条件
が成立すると1次過熱器バイパス弁1、2次過熱
器バイパス弁2およびフラツシユタンク蒸気通気
弁5を閉じ、タービン蒸気加減弁301と主蒸気
温度制御により負荷ランピングを行い主蒸気圧力
P、温度Tfを定格値まで上昇させる。 以上説明したように、2次過熱器出口ヘツダ管
寄205の内部流体はタービン昇速開始時点から
流れ始め負荷ランピング開始条件成立で始めて安
定となり、それ以前は、不安定である。従つて軽
油バーナ点火からタービン昇速までの過程を含め
てランピング開始までは、内部流体の状態から該
2次過熱器204の出口ヘツダ管寄205のメタ
ル温度分布を推定することは精度上問題がある。
負荷ランピング開始条件成立後は、この問題はな
くなる。 第4図は、ボイラ応力監視装置100の処理を
ブロツクで表わしたものである。本図を用いて、
その動作を説明する。まず、第1メタル温度計算
部10は、メタル内面温度検出器信号TMi及びメ
タル外面温度検出器信号TMpを境界条件とし、初
めて計算を実行する場合初期温度分布をメタル外
面温度TMpに等しいと置く初期化部21の出力
を、すでに記憶部20に温度分布計算結果が蓄え
られている場合はそれを入力パラメータとしてメ
タル温度分布を計算し、切替部13を介して、メ
タル温度の計算結果を記憶部20に蓄える。つぎ
にこのメタル温度分布に基づいて、熱応力計算部
15で熱応力を計算する。寿命計算部16では、
この熱応力と内部流体圧力に基づいて内圧応力計
算部22で計算した内圧応力に基づいて寿命計算
を行う。次に、第2メタル温度計算部11は、メ
タル外面温度検出器信号TMpと内部流体の温度
Tf、圧力P、流量Gに基づいて熱伝達率計算部
12で計算した熱伝達率を用いたメタルと流体間
の熱収支の関係と前述のように初期化部21また
は、記憶部20による温度分布をもとにメタル温
度分布を計算し、切替部13を介して記憶部20
にその計算結果を蓄える。以下の計算は、前述通
りである。 第1メタル温度計算部10は、軽油バーナ点火
から負荷ランピング開始までの間で使用され、1
次過熱器出口温度TS、合計燃料流量FF、1次過
熱器バイパス弁開度BV1、2次過熱器バイパス弁
開度BV2の各々を負荷ランピング許可条件判定部
14でチエツクする。ここで条件成立していれば
第2メタル温度計算部11へ切替えられる。この
時初期温度分布としては、記憶部20の値が設定
される。なお、特殊な場合として診断回路24、
または25でいずれかの検出器の異常が検出され
た時には、切替部13に切替指令を出しもう一方
のメタル温度計算部に計算を切替えるようにす
る。 なお、警報処理部17は、警報設定部22の設
定値と計算値を比較し、警報表示器102に警報
表示を行う。CRT表示処理部18は、熱応力計
算結果や関連データや寿命計算結果のCRT表示
装置103への表示処理を行う。タイプライタ1
9は、警報発生時のデータやオペレータから要求
があつた時に熱応力や寿命消費データを印字す
る。 つぎに、第1メタル温度計算部10におけるメ
タル温度分布計算の方法について説明する。 2次過熱器出口ヘツド管寄205を第5図に示
すように無限円筒とみなし、軸方向への温度分布
は生じないものとして、メタル内の温度分布を次
式で表現する。 1/α ∂T/∂t=∂2T/∂r2+1/r ∂T/
∂r…… T(a、t)=TMi(t) …… T(b、t)=TMp(t) …… 但し、 α:熱拡散率 T:中心より半径r、時刻tのメタル温度 TMi:メタル内面(r=a)の時刻tのメタル温
度計測値 TMp:メタル外面(r=b)の時刻tのメタル温
度計測値 式〜をデイジタル計算機で計算するため、
第6図に示すようにメタルを半径方向にN分割
し、各分割点のメタル温度Ti(j)を求めるように、
分割単位長さをΔr、温度分布の計算周期をΔtと
して差分形式に変換する。 この変換の様子を第7図に示す。第7図におい
て、70は、メタル内面近傍の温度TMi(j)〜メタ
ル外面の温度TMp(j)までのデータを記憶している
テーブルである。なお、(j)は、時刻jにおけるデ
ータであることを示す。71は、このデータを入
力し、差分形式に変換する変換部である。72
は、変換部71の変換結果を記憶するテーブルで
ある。 70には、TMi(j)、T1(j)、T2(j)、…Tk-2(j)、
Tk-1(j)、Tk(j)、Tk+1(j)、…TN-1(j)、TNp(j)のデ
ータが記憶される。ここで、TMi(j)はメタル内面
近傍の時刻jの温度、TMp(j)はメタル外面の時刻
jの温度、Ti(j)はメタルの分割点i(i=1、2、
…k−2、k−1、k、K+1、…N−1)の時
刻jにおける温度を示す。この70のデータは、
変換部71にて差分形式に変換される。すなわ
ち、 T0(j+1)=TMi(j) BT0(j+1)−AT1(j+1)+T2(j+1) =−BT0(j)+CT1(j)−T2(j) 〓 BTk-1(j+1)−ATk(j+1)+Tk+1(j+1) =−BTk-1(j)+CTk(j)−Tk+1(j) 〓 −B/ATN-2(j−1)+TN-1(j+1)−1/ATN
j+1)=B/ATN-2(j)−C/ATN-1(j)+1/ATN(j
) となる。ただし、 A={1/(Δr)2+1/αΔt}/1/2Δr(1/
Δr+1/2r) B=1/2Δr+(1/Δr−1/2r)/1/2Δr(1
/Δr+1/2r) C={1/(Δr)2−1/αΔt}/1/2Δr(1/
Δr+1/2r) TMi(j):メタル内面近傍の時刻jの温度 TMp(j):メタル外面の時刻jの温度 Ti(j):メタルの分割点iの時刻jの温度 Δt:サンプリング周期 α:熱拡散率 Δr:メタルの半径方向分割単位長さ r:円筒中心からの距離 この変換の結果は、テーブル72として記憶さ
れる。 つぎに、第2メタル温度計算部11におけるメ
タル温度分布計算の方法を熱伝達率計算部12と
合せて説明する。この部分では、メタル内の温度
分布を次式で表現する。 1/α ∂T/∂r=∂2T/∂r2+1/r ∂T/∂r……
−λ・∂T/∂r|rna=h(Tf−T0) …… T(b、t)=TMp(t) …… 但し、 λ:メタル熱伝導率 h:熱伝達率 Tf:内部流体温度=Tf(t) T0:メタル内面メタル温度計算値 式〜を第1メタル温度計算部10における
と同様にして差分形式に変換すると第8図に示す
ようになる。第8図において、80は変換前のデ
ータを記憶するテーブルであり、81は差分形式
に変換する変換部である。82は変換後のデータ
を記憶するテーブルである。80に記憶されたデ
ータは、変換部81で次のように変換される。す
なわち、 −B・D/A+B・DTf(j+1)+T0(j+
1)−1+B/A+B・DT1(j+1) =B・D/A+B・DTf(j)−C+B・D/A
+B・DT0(j)+1+B/A+B・DT1(j) B・T0(j+1)−A・T1(j+1)+T2(j+1) =−BT0(j)+C・T1(j)−T2(j) 〓 B・Tk-1(j+1)−ATk(j+1)+Tk+1(j+
1) =−BTk-1(j)+C・Tk(j)−Tk+1(j) B・Tk(j+1)−A・Tk+1(j+1)+Tk+2(j+
1) =−B・Tk(j)+C・Tk+1(j)−Tk+2(j) 〓 −B/ATN-2(j+1)+TN-1(j+1)−1/ATMp
(j+1)=B/ATN-2(j)−C/ATN-1(j)+1/ATM
p
(j) なお、ここで、 A={1/(Δr)2+1/α′Δt}/1/Δr(1/
Δr+1/2r) B=1/2Δr+(1/Δr−1/2r)/1/2Δr(1
/Δr+1/2r) C={1/(Δr)2−1/α′Δt}/1/2Δr(1
/Δr+1/2r) D=2hδr/λ Tf(j):内部流体の時刻jの温度 Ti(j):メタルの分割点iの時刻jの温度 TM(j):メタル外面の時刻jの温度 α′:熱拡散率 λ:熱伝導率 h:熱伝達率 Δr:メタルの円筒分割単位長さ r:円筒中心からの距離 つぎに、熱伝達率hは、次式に基づいて計算す
る。 w=G・v/S …… S=π/4a2 …… Rp=w・2a/ν …… h=0.023・Rp 0.8・Pr 0.4・K/2a …… ここで w:蒸気流速 G:内部流体流量 v:比容積(温度Tfと圧力Pの関数) S:流路断面積 Rp:レイノズル数 ν:動粘性係数(温度Tfと圧力Pの関数) K:熱伝導率(温度Tfと圧力Pの関数) Pr:プラントル数(温度Tfと圧力Pの関数) a:内半径 つぎに熱応力計算部15における熱応力計算法 について説明する。 円筒中心より半径rの点の時刻tにおける熱応
力を極座標表示による次式を用いて半径方向熱応
力σr(r、t)、周方向熱応力σ〓(r、t)軸方向
熱応力σz(r、t)とすると、これらを次式によ
り計算する。 σr(r、t)=Eα′/1−ν{1/b2a2(1−a2/r2
)∫b aT(r、t)rdr−1/r2r aT(r、t)rdr}
…… σ〓(r、t)=Eα′/1−ν{1/b2a2(1+a2/r
2)∫b aT(r、t)rdr−1/r2r aT(r、t)rdr
−T(r、t)}…… σz(r、t)=Eα′/1−ν{2/b2a2b aT(r、
t)rdr−T(r、t)}…… ただし、 E:ヤング率 α′:線膨張率 ν:ポアソン比(=一定) ヤング率Eと線膨張率α′は、メタル温度分布計
算値に基づいてメタル体積平均温度を求め、これ
をパラメータとして予め記憶された定数テーブル
より選びだす。 熱応力が最も厳しいのは、メタル内面すなわち
r=a(第6図では、分割点0に相当する。)の点
であり、上記式において、r=aと置いた次式よ
り計算する。 σr(a、t)=0 …… σ〓(a、t)=Eα′/1−ν={2/b2a2b aT(
r、t)rdr−T(a、t)}…… σz(a、t)=Eα′/1−ν{2/b2a2b aT(r、
t)rdr−T(a、t)}…… ここでσr(a、r)=0、σ〓(a、t)=σz(a

t)の関係が成り立つのでメタル円筒内一般部の
熱応力は、σ〓(a、t)を代表値として評価する。 次表に、負荷ランピング開始の許可条件例を示
す。
[Field of Application of the Invention] The present invention relates to a boiler stress monitoring method. In particular, the present invention relates to a boiler stress monitoring method suitable for stress monitoring and life management of boiler plants operating under intermediate loads, which require frequent startup/shutdown and load change operations. [Background of the Invention] When operating a boiler, during start-up, stop, and load changes, pressure is applied to thick-wall pressure-resistant parts such as the secondary superheater outlet header, especially the nozzle corner, based on the difference between the internal fluid temperature and metal temperature. Thermal stresses are generated, which consumes fatigue life. Also, during rated operation,
The problem is the cleave rupture life due to internal pressure stress due to internal fluid pressure. Therefore, in order to appropriately manage the life of a boiler, in the short term it is necessary to periodically grasp the thermal stress during operation, and in the long term, the cumulative life consumption through past operations can be measured at any time. It is essential to be able to understand the This requirement is particularly acute for medium-load boiler plants, which are subject to rapid and frequent plant startup and shutdown and operations with large and rapid load changes. Conventionally, there has been no method to understand and monitor thermal stress in short periods during boiler operation, and for life management, as shown in Figure 1, a typical operation pattern has been developed using internal fluid temperature change rate and change width as parameters. A method is used in which a static lifetime consumption diagram is created in advance and the lifetime consumption is cumulatively managed based on this diagram. However, according to the conventional method, if the operating conditions (e.g., fluid flow rate, pressure, etc.) at which the main line diagram was created differ from the conditions at the time of application, errors may occur due to differences in heat transfer to the metal temperature, etc. .
In order to eliminate this problem, there is an idea to provide various types of diagrams with various flow rates and pressures as parameters, but this is not realistically possible because a variety of operating conditions can be considered. Therefore, even if the life consumption per start-up is defined based on the life consumption diagram and the fluid temperature change rate is determined accordingly, if the operating conditions differ from the conditions in the life consumption diagram, the life consumption will change. From above, it can be extremely safe, and it can also be extremely dangerous. As mentioned above, according to the conventional method, it is difficult to realize a rapid start-up that makes effective use of the life consumption allowed for a single start-up or a large and rapid load operation that faithfully adheres to the allowable stress. Ta. [Object of the Invention] The object of the present invention is to provide a highly reliable boiler that quickly and accurately estimates thermal stress during operation, calculates lifetime consumption based on this, and enables optimal operation of the boiler plant. The present invention provides a stress monitoring method. [Summary of the Invention] In order to prevent a decrease in reliability due to system down due to detector failure, it is desirable to be able to calculate thermal stress using as few detection signals as possible. In addition, highly accurate thermal stress calculations are desired in accordance with the state of plant equipment and the characteristics of process quantities at stress monitoring points. In view of these points, in one aspect of the present invention, (1) the temperature distribution inside the thick-walled pressure-resistant part metal is determined by the temperature sensor signal attached to the outer surface of the thick-walled pressure-resistant part metal and the boundary between the internal fluid and the metal; The method is mainly calculated based on the surface heat transfer coefficient and the heat balance based on this, but (2) under operating conditions before or immediately after plant load ramping, internal fluid flows through thick pressure-resistant parts. Since we have just started and the state of the internal fluid is still unstable, we calculate the temperature distribution based on the signal from the temperature sensor attached near the inner surface of the thick pressure-resistant metal and the temperature sensor attached to the outer surface. It is characterized by (3) In areas where the main steam flow rate is high after the plant load ramping permission conditions are met and ramping has started, the final temperature distribution calculated using the method (2) above is used as the initial value, and the method described in (1) above is used. (4) Diagnose the detector signal required for each of the above two calculation methods, and if the detector signal is abnormal, calculate the one with a normal detector. The feature is that the metal temperature distribution calculation is continued by switching to the method. [Examples of the Invention] The present invention will be described in more detail below based on specific examples. FIG. 2 is an embodiment of the present invention, and shows the relationship between a boiler stress monitoring device 100 using a digital computer and related input signals from a boiler plant. In this FIG. 2, the boiler stress monitoring device 10
0 is a digital computer 101, an alarm display 10
2, CRT display device 103, typewriter 104,
and a hard copy device 105.
The digital computer 101 calculates primary superheating based on the main steam pressure P, the main steam flow rate G, the main steam temperature T f , and the inner metal temperature T Mi and outer metal temperature T Me of the secondary superheater outlet header header 205. Steam temperature at outlet
Thermal stress and life of the nozzle corner Nc of the secondary superheater outlet header header 205 using the signal states of T S , primary superheater bypass valve opening BV 1 , and secondary superheater bypass valve opening BV 2 as calculation conditions. The amount of consumption is calculated at a predetermined cycle, and regarding thermal stress, the fact is displayed on the alarm display 102 at the time of alarm, and the CRT display 103
typewriter 104 while displaying relevant information on the typewriter 104.
print it on. In addition, the CRT display device 103
Displays trend graphs and numerical values of calculated thermal stress values, life consumption data per start/stop, and cumulative life consumption data.
4, data other than the above-mentioned trend display is displayed and printed according to the operator's request.
Information such as a trend graph display displayed on the CRT display device 103 can be recorded by a hard copy device 105 upon request. Next, the boiler plant section in FIG. 2 will be explained. The figure shows the relevant parts of a UP type once-through boiler, and the operation modes after ignition of the burner 207 until the rated load is reached are divided into two: start-up bypass operation and once-through operation. The relationship between the two operation modes is shown in Figure 3. The operation will be explained below using FIGS. 2 and 3. First, the start-up bypass operation refers to the operation after the light oil burner ignition and before the turbine steam control valve starts to open, as shown in FIG. In FIG. 2, feed water is preheated by an economizer 201 of a boiler 200 and heated by a water wall 202. The heating fluid then passes from the primary superheater bypass valve 1 and through the primary superheater 203 to 2
The steam is led from the secondary superheater bypass valves 2 to the flash tank 206, respectively, and is vented to the secondary superheater 204 through the flash tank generated steam vent valve 5. For control, as shown in Figure 3,
Next, the inlet fluid temperature of the superheater is adjusted by adjusting the fuel.
The temperature is increased at a predetermined rate of change to reach a predetermined temperature (in the figure).
320℃). In this operation mode, since the turbine steam control valve is closed, no steam flows into the secondary superheater outlet header header 205, but the temperature continues to rise. Next, in the once-through operation, the superheater pressure reducing valve front valve 3 and the superheater pressure reducing valve 4 are opened, steam is allowed to flow into the secondary superheater 204, pressure is increased, and the turbine is heated by adjusting the opening of the turbine steam control valve 301. Increase speed. When the turbine reaches its rated speed, a generator is added,
Transition from primary superheater inlet fluid temperature control to main steam temperature control. Then, while maintaining the initial load,
Switch the heavy oil burner and adjust the fuel so that the conditions for load ramping are met. When the load ramping conditions are met, the primary superheater bypass valve 1, secondary superheater bypass valve 2, and flash tank steam vent valve 5 are closed, and load ramping is performed by the turbine steam control valve 301 and main steam temperature control. Increase pressure P and temperature T f to rated values. As explained above, the internal fluid of the secondary superheater outlet header header 205 starts flowing from the time when the turbine speed starts to increase, and becomes stable only when the load ramping start condition is satisfied, and is unstable before that. Therefore, it is difficult to estimate the metal temperature distribution of the outlet header header 205 of the secondary superheater 204 from the state of the internal fluid during the process from light oil burner ignition to turbine speed up and until the start of ramping. be.
This problem disappears after the load ramping start conditions are met. FIG. 4 shows the processing of the boiler stress monitoring device 100 in blocks. Using this diagram,
Let's explain its operation. First, the first metal temperature calculation unit 10 sets the metal inner surface temperature detector signal T Mi and the metal outer surface temperature detector signal T Mp as boundary conditions, and when performing calculation for the first time, sets the initial temperature distribution to be equal to the metal outer surface temperature T Mp . If the temperature distribution calculation result is already stored in the storage unit 20, the output of the initialization unit 21 is used as an input parameter to calculate the metal temperature distribution, and the metal temperature calculation result is sent via the switching unit 13. is stored in the storage unit 20. Next, the thermal stress calculation section 15 calculates thermal stress based on this metal temperature distribution. In the life calculation section 16,
The life is calculated based on the internal pressure stress calculated by the internal pressure stress calculation section 22 based on this thermal stress and internal fluid pressure. Next, the second metal temperature calculation unit 11 calculates the metal outer surface temperature detector signal T Mp and the internal fluid temperature.
The relationship between the heat balance between the metal and the fluid using the heat transfer coefficient calculated by the heat transfer coefficient calculation unit 12 based on T f , the pressure P, and the flow rate G and the initialization unit 21 or the storage unit 20 as described above. The metal temperature distribution is calculated based on the temperature distribution and is stored in the storage unit 20 via the switching unit 13.
The calculation results are stored in . The following calculations are as described above. The first metal temperature calculation unit 10 is used from the ignition of the light oil burner to the start of load ramping.
The load ramping permission condition determination unit 14 checks each of the secondary superheater outlet temperature T S , the total fuel flow rate FF, the primary superheater bypass valve opening degree BV 1 , and the secondary superheater bypass valve opening degree BV 2 . If the conditions are met here, the process is switched to the second metal temperature calculation section 11. At this time, the value in the storage section 20 is set as the initial temperature distribution. In addition, as a special case, the diagnostic circuit 24,
Alternatively, when an abnormality in one of the detectors is detected in step 25, a switching command is issued to the switching unit 13 to switch the calculation to the other metal temperature calculation unit. Note that the alarm processing section 17 compares the set value of the alarm setting section 22 with the calculated value, and displays an alarm on the alarm display 102. The CRT display processing unit 18 displays the thermal stress calculation results, related data, and life calculation results on the CRT display device 103. typewriter 1
9 prints data at the time of alarm generation and thermal stress and life consumption data when requested by the operator. Next, a method of calculating metal temperature distribution in the first metal temperature calculating section 10 will be explained. Assuming that the secondary superheater outlet header 205 is an infinite cylinder as shown in FIG. 5, and that no temperature distribution occurs in the axial direction, the temperature distribution in the metal is expressed by the following equation. 1/α ∂T/∂t=∂ 2 T/∂r 2 +1/r ∂T/
∂r... T (a, t) = T Mi (t) ... T (b, t) = T Mp (t) ... However, α: thermal diffusivity T: metal at radius r from center, time t Temperature T Mi : Metal temperature measurement value at time t on the metal inner surface (r=a) T Mp : Metal temperature measurement value at time t on the metal outer surface (r=b) In order to calculate the formula ~ with a digital computer,
As shown in Figure 6, the metal is divided into N parts in the radial direction, and the metal temperature T i (j) at each division point is determined.
It is converted into a differential format with the division unit length as Δr and the temperature distribution calculation period as Δt. The state of this conversion is shown in FIG. In FIG. 7, 70 is a table storing data from temperature T Mi (j) near the inner surface of the metal to temperature T Mp (j) of the outer surface of the metal. Note that (j) indicates data at time j. 71 is a conversion unit that inputs this data and converts it into a differential format. 72
is a table that stores the conversion results of the conversion unit 71. 70, T Mi (j), T 1 (j), T 2 (j), ...T k-2 (j),
Data of T k-1 (j), T k (j), T k+1 (j), ...T N-1 (j), T Np (j) are stored. Here, T Mi (j) is the temperature near the inner surface of the metal at time j, T Mp (j) is the temperature of the outer surface of the metal at time j, and T i (j) is the dividing point i of the metal (i = 1, 2,
...k-2, k-1, k, K+1, ...N-1) at time j. These 70 data are
The conversion unit 71 converts it into a differential format. That is, T 0 (j+1)=T Mi (j) BT 0 (j+1)−AT 1 (j+1)+T 2 (j+1) =−BT 0 (j)+CT 1 (j)−T 2 (j) 〓 BT k -1 (j+1)−AT k (j+1)+T k+1 (j+1) =−BT k-1 (j)+CT k (j)−T k+1 (j) 〓 −B/AT N-2 (j -1)+T N-1 (j+1)-1/AT N (
j+1)=B/AT N-2 (j)-C/AT N-1 (j)+1/AT N (j
) becomes. However, A={1/(Δr) 2 +1/αΔt}/1/2Δr(1/
Δr+1/2r) B=1/2Δr+(1/Δr−1/2r)/1/2Δr(1
/Δr+1/2r) C={1/(Δr) 2 −1/αΔt}/1/2Δr(1/
Δr+1/2r) T Mi (j): Temperature at time j near the inner surface of the metal T Mp (j): Temperature at time j of the outer surface of the metal T i (j): Temperature at time j at dividing point i of the metal Δt: Sampling Period α: Thermal diffusivity Δr: Radial division unit length of metal r: Distance from the center of the cylinder The results of this conversion are stored as a table 72. Next, the method of metal temperature distribution calculation in the second metal temperature calculation section 11 will be explained together with the heat transfer coefficient calculation section 12. In this part, the temperature distribution inside the metal is expressed by the following equation. 1/α ∂T/∂r=∂ 2 T/∂r 2 +1/r ∂T/∂r...
−λ・∂T/∂r | rna = h (T f −T 0 ) ... T (b, t) = T Mp (t) ... However, λ: Metal thermal conductivity h: Heat transfer coefficient T f : Internal fluid temperature=T f (t) T 0 : Calculated value of inner metal temperature When formulas ~ are converted into differential form in the same manner as in the first metal temperature calculation section 10, the result is as shown in FIG. In FIG. 8, 80 is a table that stores data before conversion, and 81 is a conversion unit that converts into a differential format. 82 is a table that stores the converted data. The data stored in 80 is converted by converter 81 as follows. That is, −B・D/A+B・DTf(j+1)+T 0 (j+
1) -1+B/A+B・DT 1 (j+1) =B・D/A+B・DT f (j)−C+B・D/A
+B・DT 0 (j)+1+B/A+B・DT 1 (j) B・T 0 (j+1)−A・T 1 (j+1)+T 2 (j+1) =−BT 0 (j)+C・T 1 (j) −T 2 (j) 〓 B・T k-1 (j+1)−AT k (j+1)+T k+1 (j+
1) =−BT k-1 (j)+C・T k (j)−T k+1 (j) B・T k (j+1)−A・T k+1 (j+1)+T k+2 (j+
1) =−B・T k (j)+C・T k+1 (j)−T k+2 (j) 〓 −B/AT N-2 (j+1)+T N-1 (j+1)−1/AT Mp
(j+1)=B/AT N-2 (j)-C/AT N-1 (j)+1/AT M
p
(j) Here, A={1/(Δr) 2 +1/α′Δt}/1/Δr(1/
Δr+1/2r) B=1/2Δr+(1/Δr−1/2r)/1/2Δr(1
/Δr+1/2r) C={1/(Δr) 2 −1/α′Δt}/1/2Δr(1
/Δr+1/2r) D=2hδr/λ T f (j): Temperature of internal fluid at time j T i (j): Temperature of dividing point i of metal at time j T M (j): Time j of outer surface of metal Temperature α': Thermal diffusivity λ: Thermal conductivity h: Heat transfer coefficient Δr: Length of the metal cylinder divided unit length r: Distance from the center of the cylinder Next, the heat transfer coefficient h is calculated based on the following formula. . w=G・v/S … S=π/4a 2 … R p =w・2a/ν … h=0.023・R p 0.8・P r 0.4・K/2a … where w: Steam flow rate G: Internal fluid flow rate v: Specific volume (function of temperature T f and pressure P) S: Channel cross-sectional area R p : Reynozzle number ν: Kinematic viscosity coefficient (function of temperature T f and pressure P) K: Thermal conductivity (Function of temperature T f and pressure P) P r : Prandtl number (function of temperature T f and pressure P) a : Inner radius Next, the thermal stress calculation method in the thermal stress calculation section 15 will be explained. The thermal stress at time t at a point with radius r from the center of the cylinder is expressed in polar coordinates using the following equation: radial thermal stress σ r (r, t), circumferential thermal stress σ 〓 (r, t) axial thermal stress σ When z (r, t), these are calculated using the following formula. σ r (r, t)=Eα′/1−ν{1/b 2 a 2 (1−a 2 /r 2
)∫ b a T(r,t)rdr−1/r 2r a T(r,t)rdr}
... σ〓(r,t)=Eα′/1−ν{1/b 2 a 2 (1+a 2 /r
2 )∫ b a T(r,t)rdr−1/r 2r a T(r,t)rdr
−T(r, t)}... σ z (r, t)=Eα′/1−ν{2/b 2 a 2b a T(r,
t)rdr−T(r,t)}... However, E: Young's modulus α': Linear expansion coefficient ν: Poisson's ratio (=constant) Young's modulus E and linear expansion coefficient α' are based on the metal temperature distribution calculation values. Based on this, the metal volume average temperature is determined, and this is selected as a parameter from a constant table stored in advance. The thermal stress is most severe at the inner surface of the metal, that is, at the point r=a (corresponding to division point 0 in FIG. 6), and is calculated from the following equation where r=a in the above equation. σ r (a, t)=0 ... σ〓(a, t)=Eα'/1−ν={2/b 2 a 2b a T(
r, t) rdr−T(a, t)}... σ z (a, t)=Eα′/1−ν{2/b 2 a 2b a T(r,
t)rdr−T(a,t)}... Here, σ r (a, r)=0, σ〓(a, t)=σ z (a
,
Since the relationship t) holds true, the thermal stress in the general part inside the metal cylinder is evaluated using σ〓(a, t) as a representative value. The following table shows examples of permission conditions for starting load ramping.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、ボイラプラントの多様かつ広
範囲の運転モード及び条件に対応して、熱応力、
内圧応力およびこれらに基づく寿命消費量を運転
中に迅速かつ高精度で推定することが可能とな
る。ボイラプラントの安全を確保しつつ大幅かつ
急速な負荷運用を可能にすることができる。
According to the present invention, thermal stress,
It becomes possible to estimate internal pressure stress and lifetime consumption based on these quickly and with high accuracy during operation. It is possible to significantly and rapidly operate the load while ensuring the safety of the boiler plant.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、従来の寿命管理方法の説明図、第2
図は、本発明の実施例、第3図は、運転モード切
替条件の説明図、第4図は、本発明の処理方法の
説明図、第5図、第6図、第7図、第8図は、メ
タル温度分布計算方法の説明図を示す。 100……ボイラ応力監視装置、101……デ
イジタル計算機、102……警報表示器、103
……LRT表示装置、104……タイプライタ、
105……ハードコピー、200……ボイラ、2
01……節炭器、202……水壁、203……1
次過熱器、204……2次過熱器、205……2
次過熱器出口ヘツダ管寄、206……フラツシユ
タンク、207……バーナ、300……タービ
ン、301……タービン蒸気加減弁、400……
復水器、1……1次過熱器バイパス弁、2……2
次過熱器バイパス弁、3……過熱器減圧弁前弁、
4……過熱器減圧弁、5……フラツシユタンク発
生蒸気通気弁、6……過熱器止弁、7……フラツ
シユタンク蒸気ダンプ弁、P……主蒸気圧力、
FF……全燃料量、G……主蒸気流量、Tf……主
蒸気温度、TS……1次過熱器出口蒸気温度、TMi
……2次過熱器出口ヘツダ管寄内面メタル温度、
TMp……2次過熱器出口ヘツダ管寄外面メタル温
度、BV1……1次過熱器バイパス弁開度、BV2
…2次過熱器バイパス弁開度、Nc……ノズルコ
ーナ部。
Figure 1 is an explanatory diagram of the conventional life management method;
The figures are examples of the present invention, Figure 3 is an explanatory diagram of operation mode switching conditions, Figure 4 is an explanatory diagram of the processing method of the present invention, Figures 5, 6, 7, and 8. The figure shows an explanatory diagram of the metal temperature distribution calculation method. 100...Boiler stress monitoring device, 101...Digital computer, 102...Alarm indicator, 103
...LRT display device, 104 ...typewriter,
105...hard copy, 200...boiler, 2
01...Cost saving device, 202...Water wall, 203...1
Secondary superheater, 204... Secondary superheater, 205...2
Next superheater outlet header header, 206... Flash tank, 207... Burner, 300... Turbine, 301... Turbine steam control valve, 400...
Condenser, 1... Primary superheater bypass valve, 2...2
Next superheater bypass valve, 3...superheater pressure reducing valve front valve,
4... Superheater pressure reducing valve, 5... Flash tank generated steam vent valve, 6... Superheater stop valve, 7... Flash tank steam dump valve, P... Main steam pressure,
FF... Total fuel amount, G... Main steam flow rate, T f ... Main steam temperature, T S ... Primary superheater outlet steam temperature, T Mi
...Secondary superheater outlet header pipe inner surface metal temperature,
T Mp ... Secondary superheater outlet header pipe outer surface metal temperature, BV 1 ... Primary superheater bypass valve opening degree, BV 2 ...
...Secondary superheater bypass valve opening degree, Nc...Nozzle corner section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ボイラプラントの厚肉耐圧部の熱応力をボイ
ラプラント運転中に計算するボイラ応力監視方法
において、熱応力計算に必要な該耐圧部のメタル
温度分布を、プラント起動開始から主蒸気流量の
少ない負荷ランピング条件成立以前またはその直
後は該耐圧部メタル内面と外面に取付けた温度検
出器信号に基づいて、推定計算するようにしたこ
とを特徴とするボイラ応力監視方法。 2 ボイラプラントの厚肉耐圧部の熱応力をボイ
ラプラント運転中に計算するボイラ応力監視方法
において、熱応力計算に必要な該耐圧部のメタル
温度分布をプラント起動開始から主蒸気流量の少
ない負荷ランピング条件成立以前または、その直
後は該耐圧部メタル内面と外面に取付けた温度検
出器信号に基づいて、推定計算し、負荷ランピン
グ開始以後主蒸気流量の多い領域では、上記耐圧
部メタル外面に取付けた温度検出器信号と、該耐
圧部内部流体とメタル内面との境界面の熱伝達率
とこれに基づく熱収支とに基づいて、推定計算す
るようにしたことを特徴とするボイラ応力監視方
法。 3 特許請求の範囲第2項記載のボイラ応力監視
方法において、メタル温度分布計算に必要な前記
検出器信号を診断し、検出信号が異常の場合に
は、検出器が正常な方のメタル温度分布計算モデ
ルに切替えてメタル温度分布計算を続行すること
を特徴とするボイラ応力監視方法。
[Scope of Claims] 1. In a boiler stress monitoring method that calculates thermal stress in a thick-walled pressure-resistant part of a boiler plant during operation of the boiler plant, the metal temperature distribution of the pressure-resistant part necessary for thermal stress calculation is calculated from the start of plant startup. A boiler stress monitoring method characterized in that before or immediately after a load ramping condition with a low main steam flow rate is established, estimated calculations are performed based on signals from temperature detectors attached to the inner and outer surfaces of the metal of the pressure-resistant part. 2. In a boiler stress monitoring method that calculates the thermal stress of a thick-walled pressure-resistant part of a boiler plant during operation of the boiler plant, the metal temperature distribution of the pressure-resistant part necessary for thermal stress calculation is calculated from the start of plant startup to load ramping with a low main steam flow rate. Before or immediately after the conditions are established, the temperature sensor installed on the inner and outer surfaces of the metal of the pressure-resistant section is estimated and calculated based on the signal, and after the start of load ramping, in areas where the main steam flow rate is high, the temperature sensor installed on the outer surface of the metal of the pressure-resistant section is A method for monitoring stress in a boiler, characterized in that an estimated calculation is performed based on a temperature detector signal, a heat transfer coefficient at an interface between a fluid inside the pressure-resistant part and an inner surface of a metal, and a heat balance based on the heat transfer coefficient. 3. In the boiler stress monitoring method according to claim 2, the detector signal necessary for metal temperature distribution calculation is diagnosed, and if the detection signal is abnormal, the metal temperature distribution of the one whose detector is normal is diagnosed. A boiler stress monitoring method characterized by switching to a calculation model and continuing metal temperature distribution calculation.
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