一种锅炉受热面失效区域分析防治动态虚拟系统技术方案

本发明专利技术提供一种锅炉受热面失效区域分析防治动态虚拟系统，是依据燃煤电厂锅炉受热面失效防治的工作特点，运用计算机虚拟现实技术，建立锅炉本体受热面失效分析防治及动态虚拟仿真系统，通过计算机图形工作站，将锅炉受热面进行计算机虚拟仿真，建立计算机锅炉受热面虚拟数字平台，采集锅炉母材缺陷数据、安装数据、炉管物理属性数据、失效历史数据、检修数据以及在线的运行状态数据，同时与电厂内部的设备管理系统和生产过程控制集成，通过对数据的挖掘、分类、计算、分析，对锅炉受热面易失效部位进行预测，并对定位的易发部位进行计算机仿真模拟，了解不同部位泄漏所造成的关联性损伤，从而建立预防措施，降低锅炉受热面失效事故发生率。

A dynamic virtual system for analysis and prevention of boiler heating surface failure area

【技术实现步骤摘要】
一种锅炉受热面失效区域分析防治动态虚拟系统
本专利技术涉及燃煤发电机组锅炉本体受热面失效防治领域，具体涉及锅炉受热面失效区域分析防治动态虚拟系统。
技术介绍
燃煤发电机组锅炉受热面发生失效，这给电厂安全生产及经济效益带来严重影响，因此避免锅炉受热面失效不仅是锅炉专业的重点反措部分，也是金属技术监督工作中的重要一项，更是电厂安全生产的重点管理环节。燃煤发电机组锅炉受热面覆盖范围非常广，空间结构也异常复杂，各部分的材质分布与工作条件也不尽相同，呈现问题的原因、机理和方式多种多样，涉及到设计、制造、安装、调试、运行、检修、维护等工序区分，对于已发生缺陷和故障需要治理，没有发生隐患的需要预防，工作细碎而具体，因此锅炉本体受热面失效防治工作极具多样性和复杂性，电厂的设备管理系统或者资产管理系统无法支持锅炉受热面各类数据的积累，因此也无法开展有效的分析。造成燃煤发电机组锅炉受热面失效的诸多因素，如腐蚀、磨损、应力、疲劳、强度等，都无法像发电机组参数那样可以进行实时在线监测，在锅炉生产运行中是很难感知到的，即使在机组停备和检修，也会由于工期、人员、手段等问题以至不能将锅炉全部覆盖检查完整，因此对于投入运行的锅炉机组，导致锅炉受热面失效的因素错综复杂，并且这些因素所造成的问题会不断累积，一旦爆发，就防不胜防，甚至造成恶性循环。所以，锅炉受热面失效问题的成因和发展具有相当的隐蔽性和滞后性，而且强突发性极强。针对锅炉受热面失效的机理，很多电厂采取了积极的应对措施和技术手段，如规范有效的组织管理、健全严格的规章制度、完善灵活的激励措施、优化改进的材料工艺、锅炉炉管寿命分析，锅炉防磨防爆三维监测等，但还存在以下仍未解决的问题：(1)隐患及泄漏区域的空间位置不清晰，缺陷和隐患数据离散，难以分析与追溯；(2)锅炉运行的历史和实时数据没有建立关联计算分析；(3)防磨防爆三维监测只能实现在锅炉三维结构下对当前的温度状态进行监测，没有数据的分析、挖掘与计算，无法预测分析锅炉泄漏的易发部位。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种锅炉受热面失效区域分析防治及动态虚拟仿真系统，包括数据采集单元、多维分析计算单元、失效位置动态自动定位单元；所述数据采集单元是针对锅炉本身的属性数据、检修维护数据和通过传感器监测到的实时和历史数据进行统一完整的数据采集；所述多维分析计算单元是对锅炉运行综合工况监测及失效数据进行多维分析计算及处理单元；所述失效位置动态自动定位单元是根据多维计算分析单元的结果，预测和实时预警锅炉受热面失效的易发部位，并在虚拟锅炉数字平台中进行空间动态定位和模拟仿真。作为改进，所述数据采集单元包括锅炉基础数据采集子单元、锅炉检修维护数据采集子单元、锅炉运行实时及历史数据采集子单元，用于将受热面母材缺陷数据、受热面安装期缺陷数据、受热面运行期失效数据、锅炉运行壁温实时数据、锅炉泄漏声波检测数据进行收集。作为改进，其中，锅炉基础数据采集子单元采集数据包括：锅炉设计期存在的母材缺陷数据，管材在制造时发生的缺陷与钢铁锻压、延展时产生的缺陷数据，安装期锅炉安装焊缝位置及焊接工艺数据，炉管技术参数，锅炉设计运行时间，壁温测点编码及空间位置数据。作为改进，其中，锅炉检修维护数据采集子单元采集数据包括：电厂发电机组停机检修过程中人工检查获取的炉管壁厚、割管金相、内窥镜检查数据；历次锅炉炉管泄漏或者爆管故障前后的运行数据、受热面修补或更换情况；故障分析数据；锅炉受热面换管、换屏的部位、材质、焊缝、焊接工艺的数据。作为改进，其中，锅炉运行实时及历史数据采集子单元采集数据是通过传感器实时监测到的，包括：包括锅炉运行的机组负荷、过热蒸汽流量、再热蒸汽流量、过热蒸汽压力、再热蒸汽压力、过热蒸汽温度、再热蒸汽温度、给水温度、燃煤量以及锅炉管壁壁温数据。作为改进，所述多维分析计算单元包括锅炉受热面失效分类及评估子单元、锅炉壁温数据与受热面失效的关联分析与计算子单元、炉管泄漏报警数据与受热面失效的关联分析与计算子单元。作为改进，其中，锅炉受热面失效分类及评估子单元是通过对锅炉受热面失效分类、失效原因标识、并对失效部位进行状态跟踪，划分预警等级、开展风险预警监测，实现受热面潜在失效部位有效、及时的预防治理。作为改进，其中，锅炉壁温数据与受热面失效的关联分析与计算子单元是通过对锅炉受热面的壁温实时和/或历史数据进行监控、报警、分析和追溯原因，其中当实测值与历史值比较的差值超过阈值后，进行报警、且更新报警记录；当新的报警记录报警时间不超过对应情况下历史报警记录时间时，只报警不更新报警记录。作为改进，其中，炉管泄漏报警数据与受热面失效的关联分析与计算子单元是通过虚拟数字锅炉平台对泄漏报警的声波信号数据进行远程实时监测、数据追溯分析单元。作为改进，所述失效位置动态自动定位单元是通过对与锅炉受热面相关的各类数据挖掘计算分析得出锅炉受热面失效区域的预测信息，并将该信息在虚拟数字锅炉平台上进行声光报警标识及动态自动定位处理的单元。有益效果：本专利技术采用虚拟现实、数字孪生技术为燃煤电厂建立了一个数字化、虚拟化、网络化的锅炉受热面失效防治的计算机软件平台。实现了对电厂锅炉泄漏事故、隐患信息的立体数字空间的表达，通过受热面部件指标数据、检修维护数据的综合有效关联、分析与计算，在锅炉的虚拟数字镜像的环境中实现事故的分析与诊断、隐患的发掘与治理、摸清锅炉受热面失效的特性与规律，从而预测锅炉受热面的劣化倾向、检查重点、修理方法。通过预测，指导检查，发掘隐患，进一步提高锅炉受热面失效防治的管理水平和技术水平，从而逐步实现锅炉泄漏的预防治理。燃煤发电机组锅炉受热面发生失效，一般停机处理至少3天，一台600MW发电机组为例，按70％的负荷率计算，每天发电量约为1000万度，每度电利润0.05元计算，加上启停锅炉及检修费用60万元，则锅炉受热面失效发生一次的经济损失为:3×1000×0.05+60＝210万元，这给电厂安全生产及经济效益带来严重影响，通过本专利技术技术的应用，预防一次锅炉受热面失效引起的非计划停机，就能为电厂避免200万元左右的经济损失。同时相较于现有技术，具有以下几方面的优势：(1)数据全面系统针对锅炉受热面采集了设计制造期的母材缺陷数据、基建安装期焊接和承压试验数据、生产期的检查检修数据、运行过程中的锅炉及机组相关设备的在线数据，这些数据涵盖了锅炉及机组设备的整个生命周期，为锅炉受热面失效易发区域预测分析提供了全面详实的基础数据。(2)数据关联分析和预测系统以全面详实的锅炉受热面数据为基础，将数据进行科学分类，并开展关联性分析，挖掘数据偏差的关联性因素，同时分析这些因素在未来对锅炉受热面的演化性影响，对受热面潜在失效区域进行预测，从而为电厂提供预防性手段，避免非停。(3)快速定位失效隐患在虚拟数字锅炉环境中预测定位受热面失效点及潜在隐患点，能快速、直观了解锅炉受热面失效的空间位置与空间结构，并能与检修全过程的记录数据项对应，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锅炉受热面失效区域分析防治动态虚拟系统，其特征在于：包括数据采集单元(1)、多维分析计算单元(2)、失效位置动态自动定位单元(3)；所述数据采集单元(1)是针对锅炉本身的属性数据、检修维护数据和通过传感器监测到的实时和历史数据进行统一完整的数据采集；所述多维分析计算单元(2)是对锅炉运行综合工况监测及失效数据进行多维分析计算及处理单元；所述失效位置动态自动定位单元(3)是根据多维计算分析单元(2)的结果，预测和实时预警锅炉受热面失效的易发部位，并在虚拟锅炉数字平台中进行空间动态定位和模拟仿真。/n

【技术特征摘要】
1.一种锅炉受热面失效区域分析防治动态虚拟系统，其特征在于：包括数据采集单元(1)、多维分析计算单元(2)、失效位置动态自动定位单元(3)；所述数据采集单元(1)是针对锅炉本身的属性数据、检修维护数据和通过传感器监测到的实时和历史数据进行统一完整的数据采集；所述多维分析计算单元(2)是对锅炉运行综合工况监测及失效数据进行多维分析计算及处理单元；所述失效位置动态自动定位单元(3)是根据多维计算分析单元(2)的结果，预测和实时预警锅炉受热面失效的易发部位，并在虚拟锅炉数字平台中进行空间动态定位和模拟仿真。


2.根据权利要求1所述的锅炉受热面失效区域分析防治动态虚拟系统，其特征在于：所述数据采集单元(1)包括锅炉基础数据采集子单元(11)、锅炉检修维护数据采集子单元(12)、锅炉运行实时及历史数据采集子单元(13)，用于将受热面母材缺陷数据、受热面安装期缺陷数据、受热面运行期失效数据、锅炉运行壁温实时数据、锅炉泄漏声波检测数据进行收集。


3.根据权利要求2所述的锅炉受热面失效区域分析防治动态虚拟系统，其特征在于：其中，锅炉基础数据采集子单元(11)采集数据包括：锅炉设计期存在的母材缺陷数据，管材在制造时发生的缺陷与钢铁锻压、延展时产生的缺陷数据，安装期锅炉安装焊缝位置及焊接工艺数据，炉管技术参数，锅炉设计运行时间，壁温测点编码及空间位置数据。


4.根据权利要求2所述的锅炉受热面失效区域分析防治动态虚拟系统，其特征在于：其中，锅炉检修维护数据采集子单元(12)采集数据包括：电厂发电机组停机检修过程中人工检查获取的炉管壁厚、割管金相、内窥镜检查数据；历次锅炉炉管泄漏或者爆管故障前后的运行数据、受热面修补或更换情况；故障分析数据；锅炉受热面换管、换屏的部位、材质、焊缝、焊接工艺的数据。


5.根据权利要求2所述的锅炉受热面失效区域分析防治动态虚拟系统，其特征在于：其中，锅炉运行实时及历史数...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢乙阳，杨晓明，
申请(专利权)人：南京依盛信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32