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JPH0480282B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0480282B2
JPH0480282B2 JP58221746A JP22174683A JPH0480282B2 JP H0480282 B2 JPH0480282 B2 JP H0480282B2 JP 58221746 A JP58221746 A JP 58221746A JP 22174683 A JP22174683 A JP 22174683A JP H0480282 B2 JPH0480282 B2 JP H0480282B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
temperature distribution
temperature
heat transfer
transfer coefficient
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 - Lifetime
Application number
JP58221746A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS60114606A (en
Inventor
Hisanori Myagaki
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP22174683A priority Critical patent/JPS60114606A/en
Publication of JPS60114606A publication Critical patent/JPS60114606A/en
Publication of JPH0480282B2 publication Critical patent/JPH0480282B2/ja
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  • Control Of Steam Boilers And Waste-Gas Boilers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ボイラの熱応力監視方法に係り、特
に熱応力監視及び寿命管理の精度及び信頼度の改
善に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a method for monitoring thermal stress of a boiler, and particularly to improving the accuracy and reliability of thermal stress monitoring and life management.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

ボイラの起動、停止又は負荷変化時には、流体
温度が大きく変動し圧力部材温度との間に大きな
差が生ずる。これによつて、圧力部材に熱応力が
発生し、特に、二次過熱器出口のヘツダ管寄など
の厚肉耐圧部のノズルコーナ部などにあつては、
大きな熱応力となり圧力部材の疲労寿命が大きく
消費されることになる。
When the boiler starts, stops, or changes in load, the fluid temperature fluctuates greatly and a large difference occurs between the fluid temperature and the pressure member temperature. This generates thermal stress in the pressure member, especially in the nozzle corner of a thick pressure-resistant part such as the header header at the outlet of the secondary superheater.
This results in large thermal stress, which greatly reduces the fatigue life of the pressure member.

そこで、圧力部材の損傷を防止してボイラ運転
の安全を確保するという観点から、ボイラの起
動、停止又は負荷変化などに伴う圧力部材の寿命
消費を一定の許容値以下に抑制することが要望さ
れている。そのためには、圧力部材の寿命消費を
正確に把握することが極めて重要なことであるこ
とから、バーナ点火からボイラプラントの過渡状
態、定常状態に至る全運転状態に亘つて、圧力部
材に作用する熱応力を正確に把握する必要があ
る。
Therefore, from the perspective of preventing damage to pressure members and ensuring safety in boiler operation, it is desired to suppress the life consumption of pressure members due to boiler startup, shutdown, load changes, etc. to below a certain allowable value. ing. To this end, it is extremely important to accurately understand the life consumption of pressure members. It is necessary to accurately understand thermal stress.

さて、この熱応力は圧力部材(以下、メタルと
称する)の平均温度とその内面温度との温度差に
基づいて求められるが、これらの温度は通常、メ
タルの肉厚方向の温度分布(以下、メタル温度分
布と略称する)から求められる。したがつて、熱
応力を正確に把握するには、メタル温度分布を精
度よく求めることが肝要である。
Now, this thermal stress is determined based on the temperature difference between the average temperature of the pressure member (hereinafter referred to as metal) and its inner surface temperature, but these temperatures are usually calculated based on the temperature distribution in the thickness direction of the metal (hereinafter referred to as metal). (abbreviated as metal temperature distribution). Therefore, in order to accurately understand thermal stress, it is important to accurately determine the metal temperature distribution.

メタル温度分布を求めるには、メタル内面と外
面とにおける温度境界条件を設定しなければなら
ない。従来、この条件設定の方法として、特願昭
58−52563号に示されたように、(1)圧力部材に設
定された応力監視の評価点の内面及び外面に、そ
れぞれメタル温度検出器を取り付け、これにより
検出された各実測値を温度境界条件とする方法
(以下、第2の方法と称する)又は、(2)内部流体
の温度を検出し、この実測値に基づいてメタル内
面における熱伝達率を推定し、熱伝達理論に基づ
いて前記温度境界条件を設定する方法(以下、第
1の方法と称する)が提案されている。前者の方
法は、メタルの温度を直接実測しているためメタ
ル温度分布の計算精度は高いが、温度検出器を高
温部などに埋め込まなければならないことから、
その温度検出器の断線などが発生する確率が高
く、応力監視システムの信頼度が低いという欠点
がある。これに対し後者の方法は、通常のボイラ
自動制御装置に設けられている検出器により検出
された内部流体の流量、圧力、温度などのプロセ
ス状態量を、そのまま用いることができることか
ら、温度検出器を別途設ける必要がない。したが
つて、検出器増加による信頼度の低下がないの
で、特に内部流体の流量が十分確保された熱伝達
率の安定した領域では、第1の方法によるほうが
有利である。しかしこの方法によると、一般に定
常状態を基本にした実験又は理論式を用いて熱伝
達率を求めていることから、内部流体の状態量が
変動しているような場合には、熱伝達率の計算精
度が低下して、実際とはかなり離れた値になつて
しまうという虞れがあつた。また、その計算精度
を確認する有効な方法がなかつたため、求められ
たメタル温度分布の精度、ひいては熱応力の値が
保証されたものではないという欠点があつた。
To obtain the metal temperature distribution, temperature boundary conditions must be set for the inner and outer surfaces of the metal. Conventionally, the method of setting this condition was
As shown in No. 58-52563, (1) metal temperature detectors are attached to the inner and outer surfaces of the stress monitoring evaluation points set on the pressure member, and each actual value detected by this is measured at the temperature boundary. (hereinafter referred to as the second method); or (2) detect the temperature of the internal fluid, estimate the heat transfer coefficient on the inner surface of the metal based on this measured value, and A method of setting temperature boundary conditions (hereinafter referred to as the first method) has been proposed. The former method has high accuracy in calculating the metal temperature distribution because it directly measures the temperature of the metal, but it requires a temperature detector to be embedded in a high-temperature part.
There is a high probability that the temperature detector will break, and the reliability of the stress monitoring system is low. On the other hand, in the latter method, the process state quantities such as internal fluid flow rate, pressure, and temperature detected by the detector installed in a normal boiler automatic control system can be used as they are, so the temperature sensor There is no need to provide a separate one. Therefore, since there is no decrease in reliability due to an increase in the number of detectors, the first method is more advantageous, especially in a region where a sufficient flow rate of the internal fluid is ensured and the heat transfer coefficient is stable. However, according to this method, the heat transfer coefficient is generally determined using experiments or theoretical formulas based on a steady state, so when the state quantity of the internal fluid is fluctuating, the heat transfer coefficient cannot be calculated. There was a fear that the calculation accuracy would deteriorate and the results would be far different from the actual values. Furthermore, since there was no effective method to check the calculation accuracy, there was a drawback that the accuracy of the determined metal temperature distribution and, by extension, the value of thermal stress were not guaranteed.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、熱応力を精度よく求めること
ができ且つ信頼度の優れたボイラ熱応力監視方法
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a boiler thermal stress monitoring method that can accurately determine thermal stress and has excellent reliability.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、ボイラ部材に設定された応力監視評
価点における内部流体の状態量を検出し、この検
出データに基づいて前記評価点における内部流体
と部材との境界面の熱伝達率を推定するととも
に、この熱伝達率推定値と前記検出データに基づ
いて部材への入熱量を求めて部材肉厚方向の温度
分布を求める第1の方法と;前記評価点における
部材の内面温度と外面温度とを検出し、この内面
温度と外面温度に基づいて部材への入熱量と部材
肉厚方向の温度分布を求める第2の方法とを有
し;第1の方法と第2の方法により求めた温度分
布を比較し、その差が対応する応力値の差として
許容できるか否かの基準に基づいて設定された許
容値以上のときそれぞれの温度分布に対応する前
記各方法の入熱量を比較し、第1の方法の入熱量
が第2の方法の入熱量よりも大のときは前記第1
の方法の熱伝達率推定値を低減し小のときは増大
する修正を適宜行い、この修正された熱伝達率を
用いて前記第1の方法により求めた温度分布に基
づいて前記評価点の熱応力を計算することとし、
検出器故障の確率が小さい第1の方法を、精度の
高い第2の方法を基準として修正することによ
り、熱応力の精度を向上させるとともに信頼度を
向上させようとするものである。
The present invention detects the state quantity of an internal fluid at a stress monitoring evaluation point set in a boiler member, and estimates the heat transfer coefficient of the interface between the internal fluid and the member at the evaluation point based on this detected data. a first method of determining the temperature distribution in the thickness direction of the member by determining the amount of heat input to the member based on the estimated heat transfer coefficient and the detected data; and a second method for determining the amount of heat input to the member and the temperature distribution in the thickness direction of the member based on the inner surface temperature and outer surface temperature; the temperature distribution obtained by the first method and the second method. and when the difference is greater than or equal to the allowable value set based on the standard of whether or not the difference in the corresponding stress values is allowable, the heat input of each of the above methods corresponding to each temperature distribution is compared, and the When the heat input amount of the first method is larger than the heat input amount of the second method, the first method
The estimated value of the heat transfer coefficient by the method of 2 is reduced, and when it is small, the estimated value of the heat transfer coefficient is increased. Let us calculate the stress,
By modifying the first method, which has a low probability of detector failure, using the second method, which is more accurate, as a standard, the accuracy of thermal stress is improved and reliability is improved.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.

第1図に本発明を適用してなボイラ熱応力監視
装置100と、監視対象であるボイラ200の概
略構成を示す。なお、本実施例における熱応力監
視の評価点は、同図中の部分拡大図に示すよう
に、熱応力及び寿命消費共に厳しい条件下におか
れる2次過熱器出口ヘツダ管寄202の内面ノズ
ルコーナ部NCに設定されている。つまり、この
部分には、2次過熱器201から約550℃の高温
蒸気が内部に流入されることから、メタル内外面
間に大きな温度差が生じ、これにより大きな熱応
力が作用するのである。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a boiler thermal stress monitoring device 100 to which the present invention is applied and a boiler 200 to be monitored. As shown in the partially enlarged view in the same figure, the evaluation points of the thermal stress monitoring in this example were based on the inner nozzle corner of the secondary superheater outlet header header 202, which is under severe conditions for both thermal stress and life consumption. Part NC is set. In other words, since high-temperature steam of approximately 550° C. flows into this portion from the secondary superheater 201, a large temperature difference occurs between the inner and outer surfaces of the metal, and this causes a large thermal stress to act.

第1図において、ボイラ熱応力監視装置100
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202の内面メタル温度TM1、外面
メタル温度TM0を基に、2次過熱器出口ヘツダ管
寄202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104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す
る。
In FIG. 1, a boiler thermal stress monitoring device 100
are a digital computer 101 and an alarm display 10.
2, CRT display device 103, typewriter 104,
and a hard copy device 105.
The digital computer 101 calculates secondary 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 M1 and outer metal temperature T M0 of the secondary superheater outlet header header 202. The thermal stress and lifetime consumption of the nozzle corner NC of the header header 202 are calculated at a predetermined cycle, and the thermal stress is displayed on the alarm display 102 at the time of alarm.
While displaying related information on the CRT display device 103,
Print it on the typewriter 104. Also,
The CRT display device 103 displays trend graphs and numerical displays of calculated thermal stress values, life consumption data per start/stop, and cumulative life consumption data. The data is displayed and printed according to the operator's request. Information such as trend graph display displayed on the CRT display device 103 is recorded by the hard copy device 105 upon request.

第2図に、ボイラ熱応力監視装置100の処理
機能をブロツクで示す。
FIG. 2 shows the processing functions of the boiler thermal stress monitoring device 100 in blocks.

まず、第2メタル温度計算部10は、前記第2
の方法に対応しており、起動回路11からの起動
指令によつて起動され、メタル内面温度検出値
TM1及びメタル外面温度検出値TM0を温度境界値
として、メタル温度分布を計算するようになつて
いる。
First, the second metal temperature calculation section 10
It is started by the start command from the start circuit 11, and the metal inner surface temperature detection value is
The metal temperature distribution is calculated using T M1 and the metal outer surface temperature detection value T M0 as temperature boundary values.

一方、第1メタル温度分布計算部12は前記第
1の方法に対応しており、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13で
推定計算された熱伝達率を用い、内部流体からメ
タルへの入熱量を求めるとともに、メタル温度分
布を計算するようになつている。熱伝達率修正部
14は、第1及び第2メタル温度分布計算部の計
算結果を比較し、その差が許容値以上の場合、そ
の差を小さくするように、熱伝達率計算部13で
計算された熱伝達率推定値を修正するようになつ
ており、処理内容については後述する。診断回路
15は、メタル温度検出器の異常を検知する部分
で、検出器が異常の場合には、修正ロツク回路1
6の出力を阻止するロツク信号を送出し、これに
よつて異常なメタル温度検出値に基づいて計算さ
れた異常なメタル温度分布による熱伝達率修正動
作を停止するようになつている。
On the other hand, the first metal temperature distribution calculation unit 12 corresponds to the first method, and the temperature T f of the internal fluid,
Using the heat transfer coefficient estimated by the heat transfer coefficient calculating section 13 based on the pressure P and the flow rate G, the amount of heat input from the internal fluid to the metal is determined, and the metal temperature distribution is calculated. The heat transfer coefficient correction unit 14 compares the calculation results of the first and second metal temperature distribution calculation units, and when the difference is greater than the allowable value, the heat transfer coefficient calculation unit 13 performs calculation to reduce the difference. The estimated heat transfer coefficient is corrected, and the details of the process will be described later. The diagnostic circuit 15 is a part that detects an abnormality in the metal temperature detector, and when the detector is abnormal, the correction lock circuit 1 is activated.
A lock signal is sent to prevent the output of 6, thereby stopping the heat transfer coefficient correction operation based on the abnormal metal temperature distribution calculated based on the abnormal metal temperature detection value.

熱応力計算部17では、第1メタル温度分布計
算部12から出力されるメタル温度分布計算値に
基づいて熱応力を特願昭58−52563に示された方
法によつて計算するようになつている。この熱応
力に基づいて寿命消費計算部18では、特願昭57
−223939に示された方法によつて、寿命消費量を
計算するようになつている。
The thermal stress calculation section 17 calculates thermal stress based on the metal temperature distribution calculation value outputted from the first metal temperature distribution calculation section 12 by the method shown in Japanese Patent Application No. 58-52563. There is. Based on this thermal stress, the life consumption calculation unit 18 calculates the
-223939, the lifetime consumption is calculated.

なお、警報処理部19は、警報設定部20から
出力される警報設定値と熱応力の計算値を比較
し、警報表示器102に警報表示をするようにな
つている。CRT表示処理部21は、熱応力計算
結果、関連データならびに寿命消費計算結果を
CRT表示装置103に表示するための処理をす
るようになつている。タイプライタ104は、警
報発生時の警報関連データ、熱応力計算結果、寿
命消費量等のデータを印字するようになつてい
る。
The alarm processing section 19 compares the alarm setting value outputted from the alarm setting section 20 with the calculated value of thermal stress, and displays an alarm on the alarm display 102. The CRT display processing unit 21 displays thermal stress calculation results, related data, and life consumption calculation results.
Processing for displaying on the CRT display device 103 is performed. The typewriter 104 is configured to print alarm-related data when an alarm occurs, thermal stress calculation results, data such as life consumption.

つぎに、第2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。
Next, a method of calculating metal temperature distribution in the second metal temperature calculating section 10 will be explained.

2次過熱器出口ヘツダ管寄202を第3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。
Assuming that the secondary superheater outlet header header 202 is an infinite cylinder as shown in FIG. 3, and that no temperature distribution occurs in the axial direction, the temperature distribution within the metal is expressed by the following equation.

1/α′ ∂T/∂t=∂2T/∂r2+1/r ∂T/∂r…
…(1) T(a,t)=TMi(t) ……(2) T(b,t)=TMp(t) ……(3) 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(1)〜(3)をデイジタル計算機で計算するため、
第4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T1(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。
1/α′ ∂T/∂t=∂2T/∂r 2 +1/r ∂T/∂r…
…(1) T (a, t) = T Mi (t) … (2) T (b, t) = T Mp (t) … (3) However, α′: Thermal diffusivity T: From the center Radius r, metal temperature at time t 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) Equations (1) ~ ( 3) is calculated using a digital calculator,
As shown in Figure 4, the metal is divided into N parts in the radial direction, and the metal temperature T 1 (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.

この変換の様子を第5図に示す。第5図におい
て、70は、メタル内面近傍の温度TM1(j)〜メタ
ル外面の温度TM0(j)までのデータを記憶している
テーブルである。なお、以後他のデータについて
も(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。
The state of this conversion is shown in FIG. In FIG. 5, 70 is a table storing data from temperature T M1 (j) near the inner surface of the metal to temperature T M0 (j) of the outer surface of the metal. Note that (j) for other data hereinafter 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には、TM1(j),T1(j),T2(j)……Tk-2(j),
Tk-1(j),Tk(j),Tk+1(j),……TN-1(j),TM0(j)の
データが記憶される。ここで、TM1(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、T1(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)=TM1(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/αjΔt}/1/2Δr(1/Δ
r+1/2j) B=1/2Δr(1/Δr+1/2r1)/1/2Δr(1/Δ
r+1/2r1) C={1/(Δr)2+1/αjΔt}/1/2Δr(1/Δ
r+1/2r1) TM1(j):メタル内面近傍の時刻jの温度 TM0(j):メタル外面の時刻jの温度 T1(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 αj′:熱拡散率 Δr:メタルの半径方向分割単位長さ r1: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。
70, T M1 (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 M0 (j) are stored. Here, T M1 (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 1 (j) is the dividing point i of the metal (i=1,
2,...k-2,k-1,k,k+1,...N-
1) shows the temperature at time j. This data 70 is converted into a differential format by a conversion unit 71.
That is, T 0 (j+1)=T M1 (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). However, A={1/(Δr) 2 +1/α j Δt}/1/2Δr(1/Δr)
r+1/2j) B=1/2Δr(1/Δr+1/2r 1 )/1/2Δr(1/Δr
r+1/2r 1 ) C={1/(Δr) 2 +1/α j Δt}/1/2Δr(1/Δ
r+1/2r 1 ) T M1 (j): Temperature near the inner surface of the metal at time j T M0 (j): Temperature of the outer surface of the metal at time j T 1 (j): Temperature at time j at dividing point i of the metal Δt: Sampling period α j ′: Thermal diffusivity Δr: Unit length of metal division in the radial direction r 1 : Distance from the center of the cylinder The results of this conversion are stored as a table 72.

つぎに、第1メタル温度分布計算部12におけ
るメタル温度分布計算の方法を熱伝達率計算部1
3と合せて説明する。この部分では、メタル内面
の温度分布を次式で表現する。
Next, the method of metal temperature distribution calculation in the first metal temperature distribution calculation section 12 is explained in the heat transfer coefficient calculation section 1.
This will be explained in conjunction with 3. In this part, the temperature distribution on the inner surface of the metal is expressed by the following equation.

1/α′ ∂T/∂t=∂2T/∂r2+1/r ∂T/∂r…
…(4) −λ・∂T/∂r|rn〓=h(Tf−T0 ……(5) T(b,t)=TM0(t) ……(6) 但し、λ:メタル熱伝達率 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(4)〜(6)を第2メタル温度分布計算部10にお
けると同様にして差分形式に変換すると第6図に
示すようになる。第6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・DT
0(j)+1+/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/ATM0
(j +1) =B/ATN-2(j)−C/ATN-1(j)+1/ATM0(j) なお、ここで、 A={1/(Δr)2+1/αj′Δt}/1/2Δr(1/
Δr+1/2r1 B=1/2Δr(1/Δr−1/2r)/1/2Δr(1/Δr
+1/2r1) C={1/(Δr)2+1/αj′Δt}/1/2Δ−(1
/Δr+1/2r1) D=2hjδr/λj Tf(j):内部流体の時刻jの温度 T1(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 αj′:熱拡散率 λj:熱伝達率 hj(j):熱伝達率 Δr:メタルの円筒分割単位長さ r1:円筒中心からの距離 つぎに、熱伝達率hjは、次式に基づいて計算す
る。
1/α′ ∂T/∂t=∂2T/∂r 2 +1/r ∂T/∂r…
…(4) −λ・∂T/∂r| rn 〓=h(T f −T 0 …(5) T(b, t)=T M0 (t) …(6) However, λ: Metal Heat transfer coefficient h: Heat transfer coefficient T f Internal fluid temperature = T f (t) T 0 : Calculated value of internal metal temperature Formulas (4) to (6) are calculated in the same way as in the second metal temperature distribution calculation section 10. When converted into the differential format, it becomes as shown in Fig. 6. In Fig. 6, 80 is a table that stores the data before conversion, 81 is a conversion unit that converts the data into the differential format, and 82 is the data after conversion. The data stored in 80 is converted by the conversion unit 81 as follows: -B・D/A+B・DT f (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+/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 M0
(j +1) =B/AT N-2 (j)-C/AT N-1 (j)+1/AT M0 (j) Here, A={1/(Δr) 2 +1/α j ′ Δt}/1/2Δr(1/
Δr+1/2r 1 B=1/2Δr(1/Δr−1/2r)/1/2Δr(1/Δr
+1/2r 1 ) C={1/(Δr) 2 +1/α j ′Δt}/1/2Δ−(1
/Δr+1/2r 1 ) D=2h j δr/λ j T f (j): Temperature of internal fluid at time j T 1 (j): Temperature of dividing point i of metal at time j T M (j): Metal Temperature of the outer surface at time j α j ′: Thermal diffusivity λ j : Heat transfer coefficient h j (j): Heat transfer coefficient Δr: Unit length of metal cylinder division r 1 : Distance from the center of the cylinder Next, heat transfer The rate h j is calculated based on the following formula.

Wj=Gj・v/S ……(7) S=π/4a2 ……(8) R0=Wj・2a/ν ……(9) hj=0.023・R0 0.3・Pr 0.4・K/2a ……(10) ここで Wj:蒸気流量 Gj: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 R0:レイノルズ数 ν:動粘性係数(温度Tfと圧力Pの関数) K:熱伝達率(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 このようにして、第1と第2メタル温度分布計
算部10,12において求められたメタル温度分
布計算値に基づき、熱伝達率修正部14におい
て、第7図に示す手順により熱伝達率の修正計算
がなされる。即ち、まず、ステツプ141で、第
1メタル温度分布計算部12で得られたメタル温
度分布T〓/1(j)、(但し、i=0,1,……,N)
と、第2メタル温度分布計算部10で得られたメ
タル温度分布T〓/1(j)、(但し、i=0,1,……,
N)とから、次式(17)で示す偏差の自乗和評価
関数Fを求める。
W j = G j・v/S …(7) S=π/4a 2 …(8) R 0 =W j・2a/ν …(9) h j =0.023・R 0 0.3・P r 0.4・K/2a ...(10) where W j : Steam flow rate G j : Internal fluid flow rate v : Specific volume (function of temperature T f and pressure P) S : Channel cross-sectional area R 0 : Reynolds number ν : Kinematic viscosity coefficient (function of temperature T f and pressure P) K: Heat transfer coefficient (function of temperature T f and pressure P) P r : Prandtl number (function of temperature T f and pressure P) a: Inner radius Then, based on the metal temperature distribution calculation values obtained by the first and second metal temperature distribution calculation units 10 and 12, the heat transfer coefficient correction unit 14 performs a correction calculation of the heat transfer coefficient according to the procedure shown in FIG. Ru. That is, first, in step 141, the metal temperature distribution T〓 /1 (j) obtained by the first metal temperature distribution calculation section 12 is calculated (where i=0, 1, ..., N).
and the metal temperature distribution T〓 /1 (j) obtained by the second metal temperature distribution calculation unit 10, (where i=0, 1, ...,
N), the sum-of-squares evaluation function F of the deviation is determined by the following equation (17).

F=Ni=0 ……(17) 次に、ステツプ142で、関数Fと設定された
許容値εとの大小比較を行ない、第1メタル温度
分布計算部12で得られたメタル温度分布T〓/1(j)
が正しいか否かの判定を行う。なお、温度分布差
にかかる許容値εは、それに対応する応力値が応
力評価等において許容できるか否かを基準に設定
されている。そして、大小比較の結果、許容値ε
に等しいかそれ以下のときにはステツプ148に
移行して、熱伝達率hの値は修正せず熱伝達率の
修正処理を終了する。これによつて、熱応力計算
部17は第1メタル温度分布計算部12から出力
されるメタル温度分布に基づいて、後述する計算
を実行する。一方、許容値εより大きい場合に
は、ステツプ143にてメタル内面(r=a)に
おける内部流体からメタルへの入熱量を、前記各
メタル温度分布T〓/1(j),T〓/1(j)に基づいて、それ
ぞれQ1,Q2として次式(18),(19)により求め
る。
F= Ni=0 ...(17) Next, in step 142, the function F is compared with the set tolerance value ε, and the metal temperature distribution obtained by the first metal temperature distribution calculation section 12 is calculated. T〓 /1 (j)
Determine whether or not it is correct. Note that the allowable value ε regarding the temperature distribution difference is set based on whether the corresponding stress value is allowable in stress evaluation or the like. Then, as a result of the size comparison, the tolerance value ε
When it is equal to or less than , the process proceeds to step 148, and the heat transfer coefficient correction process is ended without correcting the value of the heat transfer coefficient h. Thereby, the thermal stress calculation unit 17 executes calculations described below based on the metal temperature distribution output from the first metal temperature distribution calculation unit 12. On the other hand, if it is larger than the allowable value ε, in step 143, the amount of heat input from the internal fluid to the metal at the inner surface of the metal (r=a) is calculated as the temperature distribution T〓 /1 (j), T〓 /1 Based on (j), Q 1 and Q 2 are calculated using the following equations (18) and (19), respectively.

Q1=−λ∂T/∂r|rna=h(T〓/1(j)−T〓/0) ……(18) Q2=−λ∂T〓/∂r|rna ……(19) そして、ステツプ144で入熱量Q1とQ2とを
比較する。Q1がQ2に等しいか大なるときは、第
1の方法における入熱量の過大評価であるから、
ステツプ145で熱伝達率を予め定めた微小量
Δhだけ低減修正する。反応にQ1がQ2より小さい
ときは、入熱量の不足評価であるから、ステツプ
146で熱伝達率hをΔhだけ増大修正する。
Q 1 = −λ∂T/∂r| rna = h(T〓 /1 (j)−T〓 /0 ) ……(18) Q 2 = −λ∂T〓/∂r| rna ……(19 ) Then, in step 144, the heat input amounts Q 1 and Q 2 are compared. When Q 1 is equal to or greater than Q 2 , it is an overestimation of the heat input in the first method, so
In step 145, the heat transfer coefficient is reduced by a predetermined minute amount Δh. If Q 1 is smaller than Q 2 for the reaction, the heat input is insufficiently evaluated, and therefore, in step 146, the heat transfer coefficient h is corrected by increasing it by Δh.

つぎに、ステツプ147において、修正された
熱伝達率hを用いて、第1メタル温度分布計算部
12と同一の方法により、メタル温度分布計算を
試行的に実行し、前記ステツプ141に戻つて前
記自乗和評価関数Fが許容値ε以下になるまで、
熱伝達率hをΔhきざみで修正しながら、ステツ
プ141〜147までの処理を繰り返えし実行
し、最適な熱伝達率hを求める。
Next, in step 147, using the corrected heat transfer coefficient h, a metal temperature distribution calculation is performed on a trial basis using the same method as in the first metal temperature distribution calculation section 12, and the process returns to step 141. Until the sum of squares evaluation function F becomes less than or equal to the tolerance value ε,
While modifying the heat transfer coefficient h in increments of Δh, the processes from steps 141 to 147 are repeatedly executed to obtain the optimum heat transfer coefficient h.

なお、熱伝達率hの修正は、第8図に示す手順
により行なつてもよい。即ち、第8図図示の実施
例では、Δhきざみの修正ごとにメタル温度分布
計算を試行せず、熱熱応力監視の全体の監視計算
周期ごとに1回だけΔhきざみで熱伝達率hの修
正を行なうようにしたものである。
Note that the heat transfer coefficient h may be corrected by the procedure shown in FIG. That is, in the embodiment shown in FIG. 8, the metal temperature distribution calculation is not attempted each time the correction is made in Δh increments, but the heat transfer coefficient h is corrected in Δh increments only once for each entire monitoring calculation cycle of thermal stress monitoring. It was designed to do this.

つぎに、熱応力計算部17における熱応力計算
法について説明する。
Next, the thermal stress calculation method in the thermal stress calculation section 17 will be explained.

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。
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.

σr(r,t)=Eβ/1−ν{1/b2−a2(1−a2/r2
)∫b/aT(r,t)rdr−1/r2r/aT(r,t)rdr
}……(11) σ〓(r,t)=Eβ/1−ν{1/b2−a2(1+a2/r
2)∫b/aT(r,t)rdr−1/r2r/aT(r,t)rd
r−T(,t)}
……(12) σz(r,t)=Eβ/1−ν{2/b2−a2b/aT(r
,t)rdr−T(r,t)}……(13) ただし、 E:ヤング率 β:線膨張率 ν:ボアソン比(=一定) ヤング率Eと線膨張率βは、メタル温度分布計
算部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。
σ r (r,t)=Eβ/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
}...(11) σ〓(r,t)=Eβ/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)rd
r−T(,t)}
...(12) σ z (r, t)=Eβ/1−ν{2/b 2 −a 2b/a T(r
, t)rdr−T(r,t)}...(13) where, E: Young's modulus β: coefficient of linear expansion ν: Boisson's ratio (=constant) Young's modulus E and coefficient of linear expansion β are determined by metal temperature distribution calculation The metal volume average temperature is determined based on the temperature, and this is selected as a parameter from a constant table stored in advance.

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(11),(12),(13)式において、r
=aと置いた次式より計算する。
The thermal stress is most severe at the inner surface of the metal, that is, at the point r = a (corresponding to the dividing point 0 in Figure 6).
Calculate from the following formula where = a.

σr(a,t)=0 ……(14) σ〓(a,t)=Eβ/1−ν{2/b2−a2b
/a
T(r,t)rdr−T(a,t)}……(15) σz(a,t)=Eβ/1−ν{2/b2−a2b/
a
T(r,t)rdr−T(a,t)}……(16) ここでσr(a,t)=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。
σ r (a, t)=0 ...(14) σ〓(a, t)=Eβ/1−ν{2/b 2 −a 2b
/a
T(r,t)rdr−T(a,t)}……(15) σ z (a,t)=Eβ/1−ν{2/b 2 −a 2b/
a
T(r,t)rdr−T(a,t)}……(16) Here, σ r (a, t)=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.

そして、この熱応力の代表値に基づき、前述し
たように特願昭57−223939に示された方法にした
がつて、評価点の寿命消費量を計算する。
Then, based on this representative value of thermal stress, the lifetime consumption of the evaluation point is calculated according to the method disclosed in Japanese Patent Application No. 57-223939, as described above.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、熱応力
が高い精度で求められるとともに、信頼度が向上
されることから、ボイラの熱応力監視と寿命消費
量管理を高精度且つ高信頼度で行うことができ
る。
As explained above, according to the present invention, thermal stress can be determined with high precision and reliability is improved, so thermal stress monitoring and lifetime consumption management of boilers can be performed with high precision and high reliability. be able to.

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

第1図は本発明の適用された一実施例装置の全
体構成図、第2図は第1図図示実施例の要部詳細
機能ブロツク図、第3図乃至第6図はメタル温度
分布計算を説明するための図、第7図及び第8図
はそれぞれ熱伝達率修正の処理手順を示すフロー
チヤートである。 10……第2メタル温度分布計算部、11……
起動回路、12……第1メタル温度分布計算部、
13……熱伝達率計算部、14……熱伝達率修正
部、15……診断回路、16……修正ロツク回
路、17……熱応力計算部、18……寿命消費計
算部。
Fig. 1 is an overall configuration diagram of an embodiment of the device to which the present invention is applied, Fig. 2 is a detailed functional block diagram of the main parts of the embodiment shown in Fig. 1, and Figs. 3 to 6 show metal temperature distribution calculations. The explanatory diagrams, FIG. 7 and FIG. 8, are flowcharts showing the processing procedure for modifying the heat transfer coefficient, respectively. 10...Second metal temperature distribution calculation section, 11...
Starting circuit, 12...first metal temperature distribution calculation section,
13...Heat transfer coefficient calculation unit, 14...Heat transfer coefficient correction unit, 15...Diagnostic circuit, 16...Correction lock circuit, 17...Thermal stress calculation unit, 18...Life consumption calculation unit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ボイラ部材に設定された応力監視評価点にお
ける内部流体の状態量を検出し、この検出データ
に基づいて前記評価点における内部流体と部材と
の境界面の熱伝達率を推定するとともに、この熱
伝達率推定値と前記検出データに基づいて部材へ
の入熱量を求めて部材肉厚方向の温度分布を求め
る第1の方法と;前記評価点における部材の内面
温度と外面温度とを検出し、この内面温度と外面
温度に基づいて部材への入熱量と部材肉厚方向の
温度分布を求める第2の方法とを有し;第1の方
法と第2の方法により求めた温度分布を比較し、
その差が対応する応力値の差として許容できるか
否かの基準に基づいて設定された許容値以上のと
きそれぞれの温度分布に対応する前記各方法の入
熱量を比較し、第1の方法の入熱量が第2の方法
の入熱量よりも大のときは前記第1の方法の熱伝
達率推定値を低減し小のときは増大する修正を適
宜行い、この修正された熱伝達率を用いて前記第
1の方法により求めた温度分布に基づいて前記評
価点の熱応力を計算することを特徴とするボイラ
熱応力監視方法。
1. Detect the state quantity of the internal fluid at the stress monitoring evaluation point set on the boiler member, estimate the heat transfer coefficient of the interface between the internal fluid and the member at the evaluation point based on this detected data, and a first method of determining the temperature distribution in the thickness direction of the member by determining the amount of heat input to the member based on the estimated transmissivity value and the detected data; detecting the inner surface temperature and outer surface temperature of the member at the evaluation point; There is a second method for determining the amount of heat input to the member and the temperature distribution in the thickness direction of the member based on the inner surface temperature and outer surface temperature; the temperature distribution obtained by the first method and the second method is compared. ,
When the difference is greater than or equal to the allowable value set based on the standard of whether or not the difference in the corresponding stress values is allowable, the heat input of each of the above methods corresponding to each temperature distribution is compared, and the heat input of the first method is compared. When the heat input is larger than the heat input of the second method, the estimated value of the heat transfer coefficient of the first method is reduced, and when it is small, the estimated value of the heat transfer coefficient is increased, and the corrected heat transfer coefficient is used. A boiler thermal stress monitoring method, characterized in that the thermal stress at the evaluation point is calculated based on the temperature distribution obtained by the first method.
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