DD146359A1 - Verfahren zur bauteilueberwachung und prozesssteuerung in dampferzeugeranlagen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bauteilueberwachung und Prozeszsteuerung in Dampferzeugeranlagen nach Kriterien des Lebensdauerverbrauches, bei dem zur prozeszsteuernden Bauteilueberwachung eine Ueberlagerung der Anteile aus der Zeitstandsermuedung und Wechselermuedung erfolgt. Dies wird dadurch erreicht, dasz gleichzeitig und komplex die kontinuierlich verarbeiteten Meszwerte und Speicherdaten durch eine Kontrolleinheit auf Trend und Absolutgroesze ueberwacht und bei Ueberschreitung lebensdauerrelevanter Kriterien Ausgangssignale erzeugt werden. Durch die Ausgangssignale werden Protokollierungsgeraete, Bildschirmgeraete, Warneinrichtungen sowie Steuer- und Regeleinrichtungen angesteuert, waehrend die Daten der Lebensdauerverbraeuche unabhaengig von den Ausgangssignalen summiert und gespeichert werden.
Description
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Titel .
Verfahren zur Bauteilüberwachung und Prozeßst'euerung in Dampferzeugeranlagen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bauteilüberwachung und Prozsßsteuarung in Dampferzeugeranlagen nach Kriterien des Lebensdauerverbrauches.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Eb ist bekannt, daß zahlreiche Versuche unternommen vnarden, die Lebensdauer, insbesondere von Turbinen und Rohrleitungsbauteilen, zu erfassen und zu überwachen (VGB Kraftwerkstechnik 3/77)· Dabei wurde insbesondere der durch Langzeit-Temperatur-Beanspruchung hervorgerufenen "Zeitstandsermüdung" Aufmerksamkeit gewidmet (DE-OS 1 693.476, 2 314 954)· Es ,hat auch Vorschläge gegeben, die V/echselermüdung von Bauteilen infolge Lastwechsel (Dehnungswechsel) zu erfassen (DD-OS 1 958 257). Auf Grund des komplizierten Auswertungsmechanismus bei der mathematischen Beschreibung dss ErmüdungsVorganges und der angewendeten Technik konnten hier nur sehr vereinfachte Näherungen verwendet werden, die dann auch nur für ganz bestimmte Bauteile und/oder Beanspruchungsar ten einsetzbar sind.
Allen diesen Anordnungen und Verfahren ist eigen, daß sie im Ergebnis nur einen direkten Lebensdauerwert (Restlebensdauer, Erschöpfungsgrad USVf.) oder einen der Lebensdauer äquivalenten V/ert (mittlere Betriebstemperatur) ermitteln und anzeigen (DE-PS..*... - WP G 07 C/ 209 327)« Diese V/erte v/erden in der Regel durch Klassifizierung von Betriebsparametern gewonnen, kontinuierlich aufsummiert und gespeichert und letztlich unabhängig vom Betriebsprozeß.in festgelegten Zeitinter-
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vallen ausgegeben bzw. angezeigt. ..
Technologische Analysen des Betriebsregimes oder gar eine Prozsßrückkopplung zur Einhaltung einer optimalen und lebensdauerverbrauchenden Betriebsphasen sind deshalb ausgeschlossen. , Weiterhin ist aus zahlreichen Bauteil- und Werkstoffuntersuchungen bekannt, daß die lebensdauer der Mehrzahl aller Bauteile in Kraftwerksanlagen sowohl durch Langzeit-Temperatur-Beanspruchung (Kriechen) als auch durch Dehnungswechsel (lastwechsel) bestimmt wird, d. h·, ein komplexer Schadensmechanismus wirkt.
Zur Erfassung dieses Mechanismus ist eine in bestimmten Zeitintervallen ständig zu wiederholende komplette Spannungs- und Lebensdauerberechnung aus den Betriebsmeßdaten und den jeweils zulässigen, temperaturabhängigen tferkstoffkenmerten (Zeitstandswerte und/oder zulässige Dehnungswechsel) durchzuführen. Voraussetzung dafür ist der Einsatz -von Prozeßrechentechnik. Dazu ist ein auf Mikrorechnerbasis aufgebautes System zur Lebensdauerüberwachung von Turbinenbauteilen bekannt geworden (VGB Kraftwerkstechnik 3/77). Auch bei diesem Gerät wird noch nicht der Gesamtlebensdauerverbrauch aus beiden Beanspruchungsarten ermittelt, sondern bauteil- und beanspruchungsspezifisch entweder nur die Zeitstandsermüdungen odor nur die Wechselermüdung berechnet und auf getrennten Zählern gespeichert. Auf einem zugehörigen Blattschreiber kann auf Anwahl für die angeschlossenen Bauteile (Kanäle) ein entsprechendes Betriebsprotokoll ausgegeben werden, das spätere Analysen der gefahrenen Betriebsregime ermöglichen soll. Auch dieses Gerät gestattet keine operative Einflußnahme auf das jeweils gefahrene Betriebsregime oder gar eine prozeßabhängige (parameterabhängige) Steuerung zur beanspruchungs°~ und lebensdauergerechten Fahrweise, z. B. in Form einer Anfahrüberwachung mit optischer Soll-Ist-Trend-Anzeige. Ursache dafür ist die prozeßunabhängig ablaufende Ausv/ertung der Meßdaten und die analoge Registrierung der Lebensdauer-werte im Zählwerk oder weiterer Informationen über den Blattschreiber.Läuft der Blattschreiber infolge des zu hohen Papierverbrauches und der dann auch nicht mehr zu beherrschenden Informationsmenge nicht ständig mit, so ist infolge der subjektiv durchgeführten Protokollierung der Meßda,ten sogar eine spätere Betriebsanalyse in Frage gestellt. Ein hoher Lebensdauerverbrauch ist dann entsprechenden Betriebsphason und Betriebsparametern nicht mohr zuordenbar, .
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist, eine Überlagerung der Anteile Zeitstandsermüdung und Wechselerinüdung für eine prozeßsteuernde Bauteilüberwachung vorzunehmen.
Darlegung des Wesens der Erfindung 7
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das gleichzeitig und komplex folgende Punktionen erfüllt:
1. Kontinuierliche Lebensdauerermittlung (Restlebensdauer) kritischer Bauteile unter Berücksichtigung aller Ermüdungsmechanismen.
2. ,Operative Steuerung' und Überwachung von Betriebsregimen zur Einhaltung bauteil- und lebensdaueroptimaler Fahrweisen.-
3. Objektive Analyse von gefahrenen Betriebsregimen zur Einflußnahme .auf konstruktive., und technologische Veränderungen.
Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß kontinuierlich zur Lebensdauerermittlung (Seitstands- und/oder öehnungswechselermüdung) verarbeitete Meßwerte und Speicherdaten gleichzeitig (zeitecht) durch eine Kontrolleinheit auf Trend und Absolutgröße überwacht und bei Überschreitung bestimmter lebensdauerverbrauchsrelevanter Kriterien Ausgangssigna.le zur Prozeßsteuerung und Überwachung erzeugt werden. Diese Signale werden von Protokollierungsgeräten, Bildschirmgeräten, Warneinrichtungen sowie Steuer- und Regeleinrichtungen verarbeitet. Die Lebensdauerverbräuche (Erschöpfungsgrade oder dgl.) der kritischen Bauteile werden unabhängig von den Steuer- und Überwachungsvorgängen aufsummiert und abgespeichert.
Daraus ergeben sich folgende Vorteile:
1. Stark lobensdauervarbrauchende Betriebszustände können ermittelt werden.
2. Eine sofortige operative Einflußnahme auf das Betriebsregime zur Einhaltung beanspruchungs- und lebensdaueroptimaler Palxrweisen .ist möglich, z. B. im Rahmen einer Anfahrüberwachung«
3. Eine selbständige Prozeßsteuerung über Regeleinrichtungen ist realisierbar.
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4. Durch die selbsttätig in Betrieb gehende Aufzeichnung (Protokollierung) nur in den schädigungsrelevanten Zeiträumen entfällt die Aufzeichnung überflüssiger Informationen und eine objektive Be triebsanalyse ist gesichert.
Der Papierverbrauch ist auf ein Minimum reduziert.
5. Durch die getrennte, unabhängig von den Steuerungsprozessen ablaufende Bestimmung der Lebensdauerverbräuche (Erschöpfungsgrade usw.) ist ein Minimum an Langzeitspeichern notwendig·
6» Abhängig von den gefahrenen Einsatzweisen und Betriebsregimen können relativ genaue statistische Restlebensdaueranalysen durchgeführt werden.
Ausführungsbeispiel
An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt:
Fig. 1: die schematische Anordnung der Meßdatenermittlung am zu überwachenden Bauteil,
Pig. 2: das Blockschaltbild zur Durchführung des erfindungsgemäßan Verfahrens. · '
Für jedes zu überwachende Bauteil 1 werden z. B. InnenwandmetalIteaperatur-4^" , die mittlre Wandtemperatur .^vn bzw. die Differenz ΛΛ·~/έΑ~s λ J/ und der Innendruck P verarbeitet (Pig. 1). Mittels Wand-
9- ftemperatur-Sonden werden Au ιιηά^χ/ gemessen und über das Meßwertfeld 2 und Analog-Digital-Wandler 3 auf die zentrale Verarbeitungseinheit 4 und den Lese- und Schreibspeicher 16 mit langzeitspeicherung (Operationsspeicher) aufgeschaltet. Der Druck P, abgegriffen mit Druckmeßumformern, kann abschnittsweise als konstant angesehen werden. Während der Abtastintervalle wird zeitecht die Spannung *O ges berechnet, wobei sich ^O ges aus der thermischen Gasamtspannung X) therm und der mechanischen Gesamtspannung O niech zusammensetzt. Die thermische Beanspruchung ist im wesentlichen eine Punktion der Wandtemperaturdifferenz A.ftJ, der mechnaische Anteil wird hauptsächlich durch den Innendruck P bestimmt« V/eitere Spannungskomponenten, wie z. B. bei Rohrleitungen Kompensationskräfte, Auflagerkräfte usw., sind au berücksichtigen. Liegt z« B. die Wandtemperatur über 400 0C wird mittels des Lese-Speichers 5 die Bruchzeit "Ζ~τ> ermittelt und für das betreffende Zeitintervall die anteilige Zeitstandsermüdung & 1„_ bestiinnt
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und zur kumulativen Zeitstandsermüdung L2 » L2 + I2 summiert (Pig· 2). Die Schriftweite des im Lese-Speicher 5 (programmierter Festwertspeicher) abgespeicherten ZeitstandsdiagraKiines richtet sich nach der Meßgenauigkeit der Innenwandtemperatur /& i, Übersteigt diese einen bestimmten Betrag als Toleranz K 1 zur Berechnungstemperatur, werden über die Kontrolleinheit β und die Anschlußsteuereinheiten 7 J 8 der Seriendrucker S und das Bildschirmgerät 10 angesteuert. Werden die Sollparaaeter über eine längere Zeit überschritten, so daß ein hoher lebensdauerverbrauch/\ I2 als Soleranz K 2 entsteht, gibt die Kontrolleinheit 6 über die Echtzeituhr 15 gleichzeitig ein Steuersignal über den Digital-Analog-Wandler 11 zur Sollwertänderung bestimmter Regelgrößen (z. B. Einspritzwassermenge) ab. Analog erzeugt die Kontrolleinheit 6 auch ein Steuersignal, wenn die Gesamtspannung <O~ ges infolge unzulässig hoher mechanischer und/cder thermischer Beanspruchungen ein zulässige Spannung*O zul unreinen Grenzwert als Toleranz K 3 überschreitet bzw. die durch eine bestimmte Lastwechselzahl NZul begrenzte Dehnungsschwingbroite <£k.C (Spannungssehwingbreite/jiS) als Toleranz K 4 übersteigt. Die dafür erforderlichen Lastwechselkurven sind für die betreffenden Werkstoffe in geeigneter Form im Lese-Speicher 5 abgespeichert. Abhängig , ob die Stuersignale durch Überschreitung von K 1 bzw. K 2 oder K 3 bzw. K 4 erzeugt wurden, werden die den Betriebszustand charakterisierenden unterschiedlichen Betriebsprotokolle (Analysenprotokolle) von Seriendrucker 9 ausgegeben und das Bildschirmgeräte 10 sowie weitere nicht dargestellte Warneinrichtungen angesteuert. Gleichzeitig wird der anteilige Lebensdauerverbrauch durch Wechselermüdung & lw ermittelt und dem Wechselermüdungsgrad L7, = 1^ +^1^ auf summiert. Pur durch beide Ermüdungsmechanismen beanspruchte Bauteile wird der Gesamtermüdungsgrad LgQ3 = Lg + Ly7 abgespeichert.
Die Protokolle dienen zur Betriebsanalyse, langzeitüberwachung kritischer Bauteile und technologischer und konstruktiver Veränderungen. Sie können gleichzeitig zur Restlebensdauerentv/icklungsvorhersage mittels satistischer Verfahren verwendet v/erden· Neben der direkten . Prozeßrückkopplung 13 über das Steuerwerk 12 oder mit Handsteuerung 14 zur Sollwertänderung bestimmter Regelgrößen dient das Bildschirmgerät 10 zur optischen Kennzeichnung von Prozeßführung und Bean-« Spruchungsschwerpunkten. Das Bildschirmgerät 10 ist dabei iia Rahmen einer Anfahrüberwachung zum Soll-Ist-Trend-Vergleich verwendbar.
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Auch ist das technologische Rohrleitungsschema damit abbildbar, wobei an den jeweiligen Meßstellen eine Signalisierung der Wandtemperatur und/oder der Gesamtspannung erfolgt.
Die Realisierung des Verfahrens ist unter Verwendung eines Mikro- oder Prozeßrechners durchführbar. "
Die Anordnung ist ebenso, für Surbinenbauteile als auch Rohrleitungsbauteile anwendbar. Sie eignet sich auch zur Nachrüstung in bereits in Betrieb befindlichen Anlagen.
Claims (3)
1. Verfahren zur Bauteilüberwachung und Prozeßsteuerung in Dampferzeugeranlagen nach Kriterien des Lebensdauerverbrauches, wobei die am Bauteil gewonnenen Meßwerte über einen Operationsspeicher und einen programmierten Pestwertspeicher einer zentralen Verarbeitungseinheit zugeführt werden und über eine Ansteuereinheit die Daten abgespeichert werden, gekennzeichnet dadurch, daß die kontinuierlich verarbeiteten Meßwerte und Speicherdaten zeitecht durch eine Kontrolleinheit auf Trend und Absolutgröße überwacht und bei Überschreitung lebensdauerrelevanter Kriterien Ausgangssignale erzeugt werden.
2· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch die Ausgangssignals Protokollierungsgeräte, Bildschirmgeräte, V/arnein« richtungen sowie Steuer- und Regeleinrichtungen angesteuert werden.
3» Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Daten der Lebensdauerverbräuche unabhängig von den Ausgangssignalen summiert und gespeichert v/erden.
Hierzu....*LSeiten Zeichnungen
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