一种大型锅炉高温承压管道全寿命周期管理系统

技术领域

本发明涉及锅炉管道管理及自动控制领域，具体是一种大型锅炉高温承压管道全寿命周期管理系统。

背景技术

大型锅炉长期在苛刻的条件下运行，对其安全性能是极大的挑战，尤其是锅炉的关键承压部件例如主蒸汽管道、水冷壁管等，它们能否经受高温高压的考验，是锅炉能否长期安全运行的关键。

近年来，我国对于承压设备损伤模式已有一定的研究，以GB/T30579-2014《承压设备损伤模式识别》作为最新国家标准，规范承压设备损伤模式的分类，大致分为腐蚀减薄、环境开裂等损伤。精确到锅炉设备，尤其是针对其关键承压管道，例如主蒸汽管道、水冷壁、过热器等，一旦因锅炉系统内承压管道等发生损伤而导致事故，将会造成巨大的灾害和经济损失。

目前，国内锅炉设备管理系统更多的关注管道内部介质的参数(如介质温度、流量等)，对于管道及支吊架本身的状态(如壁温、受力情况)没有进行在线监测，更多依赖于检验人员对锅炉的停机检验来判断锅炉运行的可靠性，也就导致了锅炉实时状态反馈的不及时。

因此，针对大型锅炉尤其是其承压管道在全寿命周期内的实时控制，建立合理的锅炉承压管道管理系统，对锅炉承压管道在全寿命周期内的运行状态进行实时追踪，使管道状态信息化、数字化、自动化、智能化，具有极为重大的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种大型锅炉高温承压管道全寿命周期管理系统，来解决上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种大型锅炉高温承压管道全寿命周期管理系统，通过数据采集，对设备使用“规程驱动”方法实现过程的监控，并对登录人员设置不同权限，仅能在规定权限范围内操作。该系统包括资料查询模块、锅炉信息管理模块、锅炉管道实时监测模块、锅炉管道安全评估模块及锅炉管道健康状态诊断模块，囊括从锅炉设备从出厂到投入使用、直至报废的全寿命周期的信息管理，包含对锅炉设备的资源管理与操作规程、法规标准管理，实现对锅炉设备尤其是其承压管道缺陷的实时监测及安全评估，对锅炉高温承压管道健康状态建立诊断体系，实现对锅炉设备信息化、规范化、精确化的管理。

作为本发明进一步的方案，所述资料查询模块，由于锅炉设备品种多、数量大、非标设备比例重等特点，涉及的各种操作规程标准等十分复杂，因此，本系统专门设置资料查询模块，下属法律法规、操作规程、设备信息及图书文献共4个下属子模块。

该模块的功能：一是为满足锅炉设备信息管理模块的规程驱动操作的需要，二是为方便使用人员和检验人员实时掌握设备信息，三是使使用人员和检验人员更加便捷的实现对各种法规标准的学习、理解和查询，同时可以搜索查询需要的相关文献及图书。该模块除具有常规文件管理的功能外，还要求能够提供多媒体形式的浏览手段和技术平台。

作为本发明进一步的方案，所述锅炉信息管理模块，是本系统运行的重要组成部分，由锅炉设备使用单位设置，该模块通过每一台锅炉设备所关联的操作规程、法律法规标准等提取检验、监测的时间要素，自动生成检验计划并实施动态警示。主要由设备注册、检验管理、设备查询和其他信息4个子模块组成，实现对锅炉设备的常规管理。

所有锅炉设备在进入管理程序前，首先需在设备注册模块完成注册操作，通过注册审查获取账号，才能启用并进入该系统管理程序。检验管理模块可以获取该设备的年度检验、定期检验及抽检信息，并连接设备查询模块，将检验报告导入设备查询模块内，通过设备查询模块以获取该设备年检报告、定检报告等，以及查询其计划报检信息。而在其他信息模块内，可查询获得锅炉设备无损检测及理化检测历史数据，将历次大小修金属检验检测数据信息化，然后存入系统，以时间为横坐标，进行数据趋势分析，以帮助判断锅炉高温承压管道的失效风险。

作为本发明进一步的方案，所述锅炉管道实时监测模块是本系统的核心模块，起到对使用环节时期的锅炉关键承压管道进行实时监测的作用，通过外接传感器，负责导入实时监测数据，实现对锅炉高温承压管道的全寿命实时跟踪。该模块下属子模块包括管道壁温监测模块、管道保温监测模块、管道支吊架受力监测模块、管道振动监测模块、管道腐蚀监测模块、管道泄漏监测模块及管道应力监测模块。

锅炉管道实时监测模块通过管道壁温监测模块及管道保温监测模块，判断壁温是否符合设计要求，并分析管道保温效果；同时可根据管道支吊架受力监测模块、管道应力监测模块分析该温度及机组负荷情况下的管系的受力及应力状况；确保机组安全启动后，利用管道振动监测模块、管道腐蚀监测模块、管道泄漏监测模块监测锅炉管道的运行实时安全状况。

作为本发明进一步的方案，所述锅炉管道安全评估模块，是本系统实现功能的另一重要模块，即设备缺陷的安全评估与失效仿真操作平台，由缺陷安全评估和缺陷失效仿真共2个子模块组成。本模块与锅炉管道实时监测模块息息相关，通过处理实时监测所得相关设备情况及数据，导入该模块。

缺陷安全评估模块是对设备缺陷进行应力分析及材料损伤分析，对缺陷情况进行等级划分及安全评估。而缺陷失效仿真模块是通过外接仿真软件，对锅炉承压管道进行失效仿真分析，为预测其剩余寿命提供基础。

锅炉管道安全评估模块针对主要影响高温锅炉承压管道安全的各种裂纹缺陷，采用理论计算、仿真技术、比照实验等方法，通过改变和调整影响缺陷失效的载荷、尺寸、断裂韧性等主要敏感因子，并基于缺陷安全动态评定图来实现对裂纹等缺陷失效路径的跟踪，同时根据失效速率和疲劳环境来评估缺陷的安全程度，为锅炉设备的健康诊断提供有效的安全程度信息。

作为本发明进一步的方案，所述锅炉管道健康状态诊断模块，主要对锅炉高温承压管道运行过程的实时监测数据，并结合其安全历史状况，对检测信息进行综合分析判断，从而实现对锅炉高温承压管道的健康诊断。通过有效实施该模块的诊断功能，结合锅炉管道实时监测模块及锅炉管道安全评估模块，分析在目前的载荷、应力、振动以及腐蚀速率的情况管道失效的风险等级，可有效监控重点设备含缺陷(如腐蚀、裂纹等)关键部位的安全状况。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明设置了资料查询模块及锅炉信息管理模块，方便使用人员和检验人员实时掌握设备信息，并使使用人员和检验人员更加便捷的实现对各种法规标准和操作规程的学习、理解和查询，同时可以搜索查询需要的相关文献及图书。此外，通过对锅炉设备的注册操作，可以获取设备的相关检验情况及历次无损检测和理化检验数据等，实现了对历次大小修金属检验检测数据的信息化。

2.本发明设置了锅炉管道实时监测模块，作为整个系统的核心模块，起到对使用环节时期的锅炉关键承压管道进行实时监测的作用，通过外接传感器导入实时监测数据，以判断锅炉管道壁温及保温效果是否符合要求，实时掌握管系的受力及应力状况，以实现对锅炉设备的全寿命实时跟踪。

3.本发明设置了锅炉管道安全评估模块及锅炉管道健康状态诊断模块，对主要影响锅炉高温承压管道安全的各种裂纹缺陷，采用理论计算、仿真技术、比照实验等方法，来评估缺陷的安全程度，为锅炉设备的健康诊断提供有效的安全程度信息，并通过对实时监测数据和安全历史状况的结合分析，对检测信息进行综合分析判断，从而实现对锅炉设备的健康诊断。

附图说明

图1为本发明中本系统功能结构模型示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种大型锅炉高温承压管道全寿命周期管理系统，通过数据采集，对设备使用“规程驱动”方法实现过程的监控，并对登录人员设置不同权限，仅能在规定权限范围内操作。该系统包括资料查询模块、锅炉信息管理模块、锅炉管道实时监测模块、锅炉管道安全评估模块及锅炉管道健康状态诊断模块，囊括从锅炉设备从出厂到投入使用、直至报废的全寿命周期的信息管理，包含对锅炉设备的资源管理与操作规程、法规标准管理，实现对锅炉设备尤其是其承压管道缺陷的实时检测及安全评估，对锅炉设备健康状态建立诊断体系，实现对锅炉设备信息化、规范化、精确化的管理。

本发明实施例中，具体技术方案步骤如下：

所述资料查询模块，下属法律法规、操作规程、设备信息及图书文献共4个子模块，除具有常规文件管理的功能外，还要求能够提供多媒体形式的浏览手段和技术平台。

1.通过法律法规及操作规程模块，使用人员及检验人员可查询获知相关法律法规标准及设备操作规程，加强对其学习与理解；

2.通过设备信息模块，查询设备相关基础信息如生产日期、铭牌号等，实时获取设备信息；

3.通过图书文献模块，用户可更加便捷地搜索相关文献及图书资料，提供了多媒体形式的浏览手段。

所述锅炉信息管理模块，下属设备注册、检验管理、设备查询和其他信息共4个子模块，由锅炉设备使用单位设置，该模块通过每一台锅炉设备所关联的操作规程、法律法规标准等提取检验、监测的时间要素，自动生成检验计划并实施动态警示，实现对锅炉设备的常规管理。

1.所有锅炉设备在进入管理程序前，在设备注册模块完成注册操作，通过注册审查获取账号，才能启用并进入该系统管理程序；

2.通过检验管理模块可以获取该设备的年度检验、定期检验及抽检信息，并连接设备查询模块，将检验报告导入设备查询模块内；

3.通过设备查询模块以获取该设备年检报告、定检报告等，以及查询其计划报检信息；

4.通过其他信息模块内，可查询获得锅炉设备无损检测及理化检测历史数据，将历次大小修金属检验检测数据信息化，然后存入系统，以时间为横坐标，进行数据趋势分析。

所述锅炉管道实时监测模块，是本系统的核心模块，下属子模块包括管道壁温监测模块、管道保温监测模块、管道支吊架受力监测模块、管道振动监测模块、管道腐蚀监测模块、管道泄漏监测模块及管道应力监测模块，起到对使用环节时期的锅炉关键承压管道进行实时监测的作用，通过外接传感器，导入实时监测数据，实现对锅炉高温承压管道的全寿命实时跟踪。

1.管道壁温监测模块，其安装温度传感器在管道外表面，实时测量管道外壁温度，并利用管道内部介质的温度与管道外壁的温度差进行升降温速率控制，识别启停机过程中的异常情况；

2.管道保温监测模块，包括安装于管道内的介质温度传感器、管道外壁温监测装置、保温层外包覆层上的温度监测装置，通过保温层内外温度对比，以判断保温材料的性能及保温效果是否符合要求；

3.管道支吊架受力监测模块，主要通过安装于支架上的力传感器进行受力测量，通过实际工况下的载荷数据与设计数据的对比，判断支吊架受力是否超载；

4.管道振动监测模块，主要通过安装于管道上或管件上或支架上的加速度传感器进行振动测量，对比正常工况数据，判断管道状态是否发生突变；

5.管道腐蚀监测模块，主要通过安装于管道上牺牲阳极保护法腐蚀电流监测装置实时记录，判断管道腐蚀速率；

6.管道泄漏监测模块，包括安装于管道上的压力传感器和周围环境的温度传感器，通过管道泄漏时介质压力的波动以及周围介质的温度变化以判断是否发生泄漏，并大概确定温度及压力异常位置；

7.管道应力监测模块，在高温管道上，安装高温应变监测装置，测量管道的应力，分析管件及连接设备的受力情况，动态监测管道变化情况。

所述锅炉管道安全评估模块，即设备缺陷的安全评估与失效仿真操作平台，由缺陷安全评估和缺陷失效仿真共2个子模块组成。本模块与锅炉管道实时监测模块息息相关，通过处理实时监测所得相关管道状态情况及数据，导入该模块。

1.通过缺陷安全评估模块对高温承压管道缺陷进行应力分析及材料损伤分析，对缺陷情况进行等级划分及安全评估；

2.缺陷失效仿真模块是通过外接仿真软件，对锅炉承压管道进行失效仿真分析，通过模拟失效速率和疲劳环境来评估缺陷的安全程度，为锅炉高温承压管道的健康诊断提供有效的安全程度信息。

所述锅炉管道健康状态诊断模块，主要对高温锅炉某些薄弱或关键部位的运行过程的实时监测数据，并结合其安全历史状况，对检测信息进行综合分析判断，从而实现对锅炉高温承压管道的健康诊断。通过有效实施该模块的诊断功能，结合锅炉管道实时监测模块及锅炉管道安全评估模块，分析在目前的载荷、应力、振动以及腐蚀速率的情况管道失效的风险等级，可有效监控重点管道含缺陷(如腐蚀、裂纹等)部位的安全状况。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。