阅读说明：本技术 蒸汽管路系统及蒸汽管道裂纹损伤控制方法 (Steam pipeline system and steam pipeline crack damage control method ) 是由 劳星胜 林原胜 柳勇 赵振兴 柯志武 柯汉兵 戴春辉 张克龙 代路 吴君 吕伟剑 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及蒸汽管路技术领域,公开了一种蒸汽管路系统及蒸汽管道裂纹损伤控制方法,其中蒸汽管路系统包括相连的蒸汽发生器和蒸汽管道,还包括裂纹控制装置,裂纹控制装置包括裂纹监测机构和控制器,裂纹监测机构连接于蒸汽管道、用于对蒸汽管道的裂纹扩展进行实时监测,控制器与裂纹监测机构和蒸汽发生器分别电连接,控制器用于在裂纹监测机构监测到蒸汽管道的裂纹扩展超出预设范围时控制蒸汽发生器对蒸汽管道内的蒸汽干度进行调节。本发明提供的一种蒸汽管路系统及蒸汽管道裂纹损伤控制方法,通过调节蒸汽干度可降低蒸汽管道的裂纹扩展速率,从而可控制蒸汽管道的裂纹扩展发展,对提高蒸汽管道的安全可靠性具有重要意义。(The invention relates to the technical field of steam pipelines, and discloses a steam pipeline system and a steam pipeline crack damage control method, wherein the steam pipeline system comprises a steam generator and a steam pipeline which are connected, and further comprises a crack control device, the crack control device comprises a crack monitoring mechanism and a controller, the crack monitoring mechanism is connected to the steam pipeline and used for monitoring crack propagation of the steam pipeline in real time, the controller is electrically connected with the crack monitoring mechanism and the steam generator respectively, and the controller is used for controlling the steam generator to adjust the steam dryness in the steam pipeline when the crack monitoring mechanism monitors that the crack propagation of the steam pipeline exceeds a preset range. According to the steam pipeline system and the steam pipeline crack damage control method, provided by the invention, the crack propagation rate of the steam pipeline can be reduced by adjusting the steam dryness, so that the crack propagation development of the steam pipeline can be controlled, and the steam pipeline crack damage control method has important significance for improving the safety and reliability of the steam pipeline.)

蒸汽管路系统及蒸汽管道裂纹损伤控制方法

技术领域

本发明涉及蒸汽管路技术领域，特别是涉及一种蒸汽管路系统及蒸汽管道裂纹损伤控制方法。

背景技术

随着国内外火电机组温度、压力参数的不断增加、在役机组服役时间的增长以及机组的深度调峰，近年来，火电机组多次出现因蒸汽管道裂纹引起的泄漏事故。蒸汽管道出现裂纹可能会引起泄露甚至破裂，蒸汽管道破裂将产生严重危害，因此，对运行中的蒸汽管道裂纹扩展进行应急控制，对提高蒸汽系统运行可靠性及安全性具有重要意义。

现有对蒸汽管道裂纹的处理技术主要针对裂纹预防和破损后处理，缺乏对蒸汽管道裂纹扩展的控制技术。

发明内容

本发明实施例提供一种蒸汽管路系统及蒸汽管道裂纹损伤控制方法，用于解决或部分解决现有对蒸汽管道裂纹的处理缺乏对蒸汽管道裂纹扩展控制技术的问题。

本发明实施例提供一种蒸汽管路系统，包括相连的蒸汽发生器和蒸汽管道，还包括裂纹控制装置，所述裂纹控制装置包括裂纹监测机构和控制器，所述裂纹监测机构连接于蒸汽管道、用于对蒸汽管道的裂纹扩展进行实时监测，所述控制器与所述裂纹监测机构和所述蒸汽发生器分别电连接，所述控制器用于在裂纹监测机构监测到蒸汽管道的裂纹扩展超出预设范围时控制蒸汽发生器对蒸汽管道内的蒸汽干度进行调节。

在上述方案的基础上，所述裂纹监测机构包括裂纹传感器和处理器，所述裂纹传感器连接在蒸汽管道的表面并对裂纹扩展进行实时监测，所述处理器和所述裂纹传感器电连接、用于根据裂纹传感器的监测结果获得裂纹扩展尺寸值。

在上述方案的基础上，所述裂纹监测机构设置在蒸汽管道的弯头部位和/或多通部位。

在上述方案的基础上，所述蒸汽管道上还连接有蒸汽干度计，所述蒸汽干度计与所述控制器电连接。

本发明实施例还提供一种蒸汽管道裂纹损伤控制方法，控制方法包括：实时监测蒸汽管道的裂纹扩展；在蒸汽管道的裂纹扩展超出预设范围时，调节蒸汽管道内的蒸汽干度。

在上述方案的基础上，实时监测蒸汽管道的裂纹扩展具体包括：对蒸汽管道的裂纹尺寸进行实时监测；根据蒸汽管道的裂纹尺寸获得裂纹扩展速率。

在上述方案的基础上，蒸汽管道的裂纹扩展超出预设范围具体包括：蒸汽管道的裂纹扩展速率大于第一预设值。

在上述方案的基础上，调节蒸汽管道内的蒸汽干度之后还包括：继续对蒸汽管道的裂纹扩展进行实时监测；在蒸汽管道的裂纹扩展速率小于第二预设值时，维持蒸汽管道内蒸汽的当前干度；其中，第二预设值小于第一预设值。

在上述方案的基础上，调节蒸汽管道内的蒸汽干度具体包括：通过实验预先获知能够使蒸汽管道的裂纹扩展速率达到最低范围的最优蒸汽干度值；根据最优蒸汽干度值对蒸汽管道内蒸汽的干度进行调节。

在上述方案的基础上，实时监测蒸汽管道的裂纹扩展具体包括：对蒸汽管道的弯头部位和/或多通部位的裂纹扩展进行实时监测。

本发明实施例提供的一种蒸汽管路系统及蒸汽管道裂纹损伤控制方法，通过设置裂纹监测机构可实时获知蒸汽管道的裂纹扩展情况，设置控制器在裂纹扩展超过允许范围时，通过控制蒸汽发生器调节蒸汽管道内蒸汽的干度可降低蒸汽管道的裂纹扩展速率，从而可有效控制蒸汽管道的裂纹扩展发展、延长蒸汽管道使用寿命，对提高蒸汽管道的安全可靠性具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的蒸汽管路系统的连接示意图；

图2是本发明实施例中蒸汽干度与裂纹扩展速率之间的关系图。

附图标记说明：

其中，1、蒸汽发生器；2、裂纹传感器；3、处理器；4、控制器；5、加热功率调节器；6、蒸汽管道；7、输送泵；8、蒸汽用户；9、电缆；10、冷凝器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考图1，本发明实施例提供一种蒸汽管路系统，该蒸汽管路系统包括相连的蒸汽发生器1和蒸汽管道6，还包括裂纹控制装置。裂纹控制装置包括裂纹监测机构和控制器4，裂纹监测机构连接于蒸汽管道6、用于对蒸汽管道6的裂纹扩展进行实时监测。控制器4与裂纹监测机构和蒸汽发生器1分别电连接。控制器4用于在裂纹监测机构监测到蒸汽管道6的裂纹扩展超出预设范围时控制蒸汽发生器1对蒸汽管道6内的蒸汽干度进行调节。

蒸汽管道6即以蒸汽作为流动介质的管道。通过蒸汽管道6将蒸汽输送至需要的位置处。蒸汽管道6在运行时会由于内部蒸汽的压力、热疲劳等原因造成裂纹损伤。本实施例提出设置裂纹控制装置对蒸汽管道6的裂纹扩展进行控制。与现有针对裂纹扩展进行预防以及破损后维修处理的技术不同，本实施例中的裂纹控制装置是用于对蒸汽管道6的裂纹扩展过程中进行控制。

裂纹控制装置通过裂纹监测机构对蒸汽管道6的裂纹扩展情况进行实时监测，根据裂纹情况来实时判断蒸汽管道6的裂纹扩展情况。具体的，裂纹监测机构可用于对蒸汽管道6的裂纹扩展速率进行实时监测。可预设裂纹扩展速率的允许范围，在蒸汽管道6的裂纹扩展速率超过允许范围时，裂纹控制装置通过控制器4控制蒸汽发生器1调节产生蒸汽的干度以调节蒸汽管道6内蒸汽的干度。根据试验结果表明，在蒸汽管道6中的蒸汽处于一定干度范围内时，蒸汽管道6的裂纹扩展速率会显著降低。从而调整蒸汽管道6内蒸汽的干度达到该干度范围，可有效控制裂纹扩展速率的继续增长，实现对蒸汽管道6裂纹扩展的控制。

本实施例提供的一种蒸汽管路系统，通过设置裂纹监测机构可实时获知蒸汽管道6的裂纹扩展情况，设置控制器4在裂纹扩展超过允许范围时，通过控制蒸汽发生器1调节蒸汽管道6内蒸汽的干度可降低蒸汽管道6的裂纹扩展速率，从而可有效控制蒸汽管道6的裂纹扩展发展、延长蒸汽管道6使用寿命，对提高蒸汽管道6的安全可靠性具有重要意义。

在上述实施例的基础上，进一步地，裂纹监测机构包括裂纹传感器2和处理器3，裂纹传感器2连接在蒸汽管道6的表面并对裂纹扩展进行实时监测。处理器3和裂纹传感器2电连接、用于根据裂纹传感器2的监测结果获得裂纹扩展尺寸值。

裂纹传感器2在蒸汽管道6裂纹部位对裂纹扩展情况进行实时监测。裂纹传感器2通过电缆9与处理器3电连接，即信号连接。裂纹传感器2安装于蒸汽管道6，具体可连接在蒸汽管道6的外表面；处理器3通过电缆9电连接于裂纹传感器2。处理器3通过电缆9电连接于控制器4的输入端，控制器4的输出端通过电缆9电连接于蒸汽发生器1，以控制蒸汽发生器1的运行参数。

在蒸汽管道6的关键结构部位处可以安装裂纹传感器2，以对裂纹扩展进行实时监测，裂纹传感器2检测到的信号实时传输至处理器3进行处理，得到相应部位的裂纹扩展尺寸值，通过裂纹扩展尺寸值对时间求一阶导数可以获得裂纹扩展速率，并将裂纹扩展速率实时发送至控制器4。

当控制器4检测到裂纹扩展速率超过一定数值后，判定蒸汽管道6相应的关键结构部位裂纹扩展加剧，控制器4向蒸汽发生器1发出调节指令，通过调节蒸汽发生器1产生蒸汽的干度实现蒸汽管道6内蒸汽的干度调节，以降低控制蒸汽管道6的裂纹扩展速率。

进一步地，本实施例中裂纹传感器2为导波传感器，处理器3为导波检测仪，导波检测仪用于发出激励信号，并通过导波传感器在蒸汽管道6上激励出超声导波。导波传感器用于采集超声导波在裂纹处反射生成的回波信号，并将回波信号发送至导波检测仪。导波检测仪基于回波信号得到蒸汽管道6上的裂纹扩展尺寸值，并根据裂纹扩展尺寸值获得裂纹扩展速率。

具体地，导波裂纹扩展检测的原理是通过在蒸汽管道6内激励机械振动产生弹性导波，导波在蒸汽管道6内传播的过程中，遇到蒸汽管道6上的裂纹，一部分波会反射回来，反射回来的导波，通过导波传感器时发生磁致伸缩逆效应，使导波传感器中产生电信号，导波检测仪对导波传感器中产生的信号进行采集处理分析，就可以实现对管道裂纹扩展的检测。通过对发送脉冲的特性和回波信号的特性进行对比分析，得到蒸汽管道6上的裂纹扩展尺寸值，进而获得裂纹扩展速率。

进一步地，裂纹传感器2还可为光纤光栅传感器，处理器3可对应为光信号调解器。光信号调解器用于发出光信号，光信号经光纤光栅传感器反射传回光信号调解器，光信号调解器基于反射的光信号得到蒸汽管道6上的裂纹扩展尺寸值，进而获得裂纹扩展速率。

裂纹监测机构可为任何能够监测获取裂纹部位的裂纹扩展尺寸值的结构，具体不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，在蒸汽管道6的弯头部位和/或多通部位设置所述裂纹监测机构。多通部位即多通连接接口部位。蒸汽管道6的弯头部位以及多通部位为容易发生裂纹扩展的部位。可在蒸汽管道6的弯头部位和/或多通部位设置裂纹监测机构，以对蒸汽管道6的关键部位进行重点监测，提高控制效率和效果。

进一步地，在蒸汽管道6的多个部位设有多个裂纹监测机构时，可在任意一个裂纹监测机构监测到裂纹扩展速率超出允许范围时，即通过控制蒸汽发生器1调节蒸汽管道6内的蒸汽参数。

在上述实施例的基础上，进一步地，蒸汽管道6上还连接有蒸汽干度计，蒸汽干度计与控制器4电连接。蒸汽管路系统还包括安装于蒸汽管道6的蒸汽干度计(图中未示出)，蒸汽干度计电连接于控制器4。蒸汽干度计用于检测蒸汽管道6中的蒸汽的干度。蒸汽干度计可以采用节流孔板式干度计、双电导率式干度计等等，均可以直接由市场采购，如SQTK纯蒸汽质量检测仪、KZP-15型蒸汽干度检测仪等。通过实时检测蒸汽干度，可以辅助控制调节蒸汽发生器1的调节量。

参考图1，具体地，控制器4的输出端通过电缆9电连接于蒸汽发生器1的加热功率调节器5，以调节蒸汽发生器1产出的蒸汽干度。蒸汽发生器1可以为燃煤锅炉、核动力蒸汽发生器1、燃油蒸汽发生器1等等。

蒸汽管路系统还包括设于蒸汽管道6上的输送泵7。还包括蒸汽用户8和冷凝器10。蒸汽管道6相连形成循环回路。蒸汽管道6的进口可连接于输送泵7，蒸汽管道6的出口连接于对应的蒸汽用户8。蒸汽用户8可以为汽轮机，通过将蒸汽的热能转化为机械能，即可用于发电，也可直接用于动力机械的驱动；蒸汽用户8还可以为供热用户，直接利用蒸汽的热能来供热。使用完毕的蒸汽或者凝结水再通过冷凝器10进行进一步换热冷却，冷却后的凝水再次由输送泵7输送至蒸汽发生器1，形成蒸汽-凝水循环系统。此外蒸汽系统还可以设置凝水泵、除氧器、回热器等等设备，蒸汽管道6的布设均可以根据实际情况进行调整和设计，图1中仅为示意简图。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种蒸汽管道6裂纹损伤控制方法，控制方法包括：对蒸汽管道6的裂纹扩展进行实时监测；在蒸汽管道6的裂纹扩展超出预设范围时，对蒸汽管道6内蒸汽的干度进行调节。

在上述实施例的基础上，进一步地，对蒸汽管道6的裂纹扩展进行实时监测具体包括：对蒸汽管道6的裂纹尺寸进行实时监测；根据蒸汽管道6的裂纹尺寸获得裂纹扩展速率。

在上述实施例的基础上，进一步地，蒸汽管道6的裂纹扩展超出预设范围具体包括：蒸汽管道6的裂纹扩展速率大于第一预设值。

在上述实施例的基础上，进一步地，对蒸汽管道6内蒸汽的干度进行调节之后还包括：继续对蒸汽管道6的裂纹扩展进行实时监测；在蒸汽管道6的裂纹扩展速率小于第二预设值时，维持蒸汽管道6内蒸汽的当前干度。即在蒸汽管道6的裂纹扩展速率大于第一预设值对蒸汽管道6内蒸汽的干度进行调节之后，继续对蒸汽管道6的裂纹扩展速率进行监测，在裂纹扩展速率降低至第二预设值以下时，可停止对蒸汽管道6内蒸汽的干度进行调节，可维持当前的蒸汽干度。其中，第二预设值小于第一预设值。

根据试验表明，当蒸汽管道6中蒸汽的干度处于一定范围时，蒸汽管道6关键部位的裂纹扩展速率会显著降低。蒸汽管道6的裂纹监测机构监测关键结构部位的裂纹扩展速率并向控制器4输送裂纹扩展速率值，当裂纹扩展速率值突然增大至超过第一预设值，表明蒸汽管道6裂纹扩展加剧，控制器4向蒸汽发生器1发出干度调节指令，当蒸汽管道6关键结构部位的裂纹扩展速率降低至许可的稳定值即降低至低于第二预设值时，停止干度调节。

在上述实施例的基础上，进一步地，对蒸汽管道6内蒸汽的干度进行调节具体包括：通过实验预先获知能够使蒸汽管道6的裂纹扩展速率达到最低范围的最优蒸汽干度值；根据最优蒸汽干度值对蒸汽管道6内蒸汽的干度进行调节。

在上述实施例的基础上，进一步地，对蒸汽管道6的裂纹扩展进行实时监测具体包括：对蒸汽管道6的弯头部位和/或多通部位的裂纹扩展进行实时监测。

由于蒸汽管道6工况多，系统复杂，实现蒸汽管道6裂纹扩展速率显著降低的蒸汽干度值会随工作条件发生变化，不为固定值。即随着蒸汽管道6具体运行工况的不同，能够使蒸汽管道6的裂纹扩展速率降到最低范围的最优蒸汽干度值也是不同的，即同一干度值的蒸汽对不同工况下蒸汽管道6的裂纹扩展速率降低的效果是不同的，要想使不同工况下的蒸汽管道6裂纹扩展速率降到最低范围，所需要的蒸汽干度值是不同的。

图2示出了蒸汽管道6在一种具体工况下的蒸汽干度与裂纹扩展速率之间的关系图，根据试验结果可以看出，在该工况下，蒸汽干度从60％开始通过提高干度可以显著地降低蒸汽管道6的裂纹扩展速率，蒸汽干度增加到一定值后，随着蒸汽干度的继续增大裂纹扩展速率会出现反弹增长，但存在能够使蒸汽管道6的裂纹扩展速率达到最低的最优蒸汽干度值范围，通过合理调节蒸汽干度可实现了对蒸汽管道6的裂纹扩展的有效抑制。

本实施例提出可通过实验预先对不同工况下蒸汽管道6的裂纹扩展速率受蒸汽干度的影响进行研究。获得在不同工况下，蒸汽管道6的裂纹扩展速率达到最低范围时分别对应的最优蒸汽干度值。最优蒸汽干度值同样可为一个范围。然后在蒸汽管道6实际运行时，根据实际运行工况所对应的最优蒸汽干度值以及实际运行工况中蒸汽的实时干度，来控制调节蒸汽管道6中蒸汽的干度。

具体的，在蒸汽管道6中蒸汽的实时干度大于最优蒸汽干度值时，降低蒸汽管道6中的蒸汽干度；在蒸汽管道6中蒸汽的实时干度小于最优蒸汽干度值时，提高蒸汽管道6中的蒸汽干度。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例针对现有蒸汽管道6裂纹扩展控制技术和手段的不足，提出一种蒸汽管道6裂纹扩展应急控制装置。该控制装置尤其适用于主蒸汽管道。该蒸汽管道6裂纹扩展应急控制装置主要包括蒸汽管道6裂纹监测机构和控制器4；该裂纹扩展应急控制装置连接在蒸汽管道6上。裂纹监测机构包括裂纹传感器2和处理器3，裂纹传感器2连接于蒸汽管道6，处理器3与裂纹传感器2电连接；处理器3的输出端与控制器4的输入端电连接，控制器4的输出端与蒸汽发生器1的加热功率调节器5电连接。

参考图1，本实施例提供一种蒸汽管路系统，即以蒸汽为介质的管路系统。该蒸汽管路系统包括蒸汽发生器1、蒸汽管道6和蒸汽用户8，其中蒸汽管道6上设有裂纹扩展应急控制装置。该蒸汽管路系统还包括输送泵7。输送泵7用于输送蒸汽。蒸汽管道6流经蒸汽用户8。裂纹扩展应急控制装置可设置在蒸汽发生器1和蒸汽用户8之间的蒸汽管道6上。

蒸汽管道6裂纹监测机构中的处理器3通过电缆9与裂纹传感器2连接，获取蒸汽管道6关键结构部位裂纹扩展尺寸并将蒸汽管道6关键结构部位裂纹扩展尺寸对时间求一阶导数可以得到蒸汽管道6关键结构部位裂纹扩展速率。当蒸汽管道6关键结构部位裂纹扩展速率突然增大，判定蒸汽管道6关键结构部位裂纹扩展加剧，向控制器4输送蒸汽干度调节信号，控制器4向蒸汽发生器1发出干度调节指令，蒸汽干度根据要求调节。当蒸汽管道6关键结构部位裂纹扩展速率降低至许可的稳定值，蒸汽管道6裂纹监测机构向控制器4输送停止调节干度的信号，控制器4向蒸汽发生器1发出停止调节干度的指令。

蒸汽管道6蒸汽的干度处于一定范围可以显著降低蒸汽管道6裂纹扩展速率，实现对蒸汽管道6裂纹扩展速率的应急控制，提高蒸汽管道6可靠性和安全性的目的。

由于蒸汽管道6破裂将产生严重危害，对运行中的蒸汽管道6裂纹扩展速率进行应急控制，对提高蒸汽系统运行可靠性及安全性具有重要意义。该超临界二氧化碳动力蒸汽管道6结构安全控制装置及方法结合蒸汽管道6裂纹尺寸监测技术，通过调节蒸汽管道6中蒸汽干度，可以显著降低蒸汽管道6裂纹扩展速率，有效控制蒸汽管道6裂纹扩展发展、延长蒸汽管道6使用寿命，提高蒸汽管道6安全可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。