[發明專利]一種基于爐管氧化皮的有限元模擬的壽命預測方法

在審

• 申請號: 201811154663.3
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109271731A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 紀冬梅;陳家佳;郭恒超;戴晨;唐家志
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔡彭君

本發明涉及一種基于爐管氧化皮的有限元模擬的壽命預測方法，包括：步驟S1：分別建立單側和雙側氧化膜爐管模型；步驟S2：針對不同層數的氧化膜結構，模擬得到鋼化膜生長規律和溫度場，并基于模擬得到的鋼化膜模擬得到應力場；步驟S3：針對不同物理性質的氧化膜，模擬得到鋼化膜生長規律和溫度場，并基于模擬得到的鋼化膜模擬得到應力場；步驟S4：基于應力場的模擬結果，得到含氧化膜爐管的壽命預測結果。與現有技術相比，本發明考慮多層氧化膜的雙側爐管氧化膜有限元模型，并對爐管進行壽命預測和分析評估，可以得到更為準確的預測結果。

技術領域

本發明涉及一種壽命預測方法，尤其是涉及一種基于爐管氧化皮的有限元模擬的壽命預測方法。

背景技術

隨著電力行業的飛速發展，燃煤鍋爐日益被建設和改造成為超臨界機組和超(超)臨界機組，這樣不僅可以提升效率，擴大容量、還能大幅度的降低污染物的排放，從而更有效地節省資金成本、提高能源利用。而目前提高燃煤發電機組的發電效率主要通過改變參數的途徑：如提升蒸汽的初始溫度和壓力、降低蒸汽在服役結束時的溫度和壓力、升高再熱次數和回熱次數等等。但是，隨著機組蒸汽初始參數的提升，超臨界機組和超(超)臨界機組在服役過程中，機組的水冷壁管、省煤器管、再熱器管和過熱器管(簡稱“四管”)及其容易發生爆管、裂紋和砂眼。因此，“四管”的安全性成了高參數機組的重要影響因素。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于爐管氧化皮的有限元模擬的壽命預測方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于爐管氧化皮的有限元模擬的壽命預測方法，包括：

步驟S1：分別建立單側和雙側氧化膜爐管模型；

步驟S2：針對不同層數的氧化膜結構，模擬得到鋼化膜生長規律和溫度場，并基于模擬得到的鋼化膜模擬得到應力場；

步驟S3：針對不同物理性質的氧化膜，模擬得到鋼化膜生長規律和溫度場，并基于模擬得到的鋼化膜模擬得到應力場；

步驟S4：基于應力場的模擬結果，得到含氧化膜爐管的壽命預測結果。

所述步驟S1中，單側氧化膜模型為僅含有蒸汽側氧化膜的爐管模型，雙側氧化膜模型為同時含有蒸汽側氧化膜和煙氣側氧化膜的爐管模型。

所述步驟S2中氧化膜的結果至少包括兩種：

單層結構；

三層結構，由內至外分別為氧化亞鐵層、氧化鐵層和四氧化三鐵層。

所述步驟S3具體為：針對不同導熱系數的的氧化膜，模擬得到鋼化膜生長規律，以及溫度場和應力場。

所述氧化膜的生長規律為：

其中：X為氧化膜厚度，P為LMP參數，T為管壁平均溫度，C為材料系數，t為爐管運行時間。

所述爐管由用T22鋼制成，材料系數為20。

所述步驟S4具體為：根據應力場的當量應力，得到不同時間的蠕變損傷：

其中：D為蠕變損傷，σ_eq為當量應力，m、Φ、B、χ為材料的蠕變參數。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1)考慮多層氧化膜的雙側爐管氧化膜有限元模型，并對爐管進行壽命預測和分析評估，可以得到更為準確的預測結果。

2)基于溫度場和氧化膜厚度得到應力場，可以利用有限元分析軟件實現，提高分析效率。