2025火电厂管道集箱膨胀远程在线监测系统

火电厂管道集箱膨胀远程在线监测系统目录TOC\o"1-3"\h\u2661一、项目概述 324450（一）企业简介 34761（二）项目背景 421373（三）项目建设情况 628170二、应用场景及建设方案 6933（一）场景描述 623617（二）技术架构 8272821.硬件部分 825292.软件部分 9217923.网络连接部分 98205（三）建设方案 101821.项目建设目标 1010532.重点工作任务 1032453.关键技术应用 11291554.领先点、创新点 1124581三、项目效果 1211520（一）项目效益 1228119（二）鉴定评价 1310794（三）推广前景 1322040（1）结合多种技术进行整体评价和治理。 1422348（2）评价算法更加简洁，功能多样化。 143495（3）价格更加低廉。 148671四、下一步计划 14一、项目概述（一）企业简介XXXX电力试验研究院于2014年5月8日成立，是中国XX集团科学技术研究院投资设立的全资子公司，在东北区域实施技术监督、技术服务、优化运行、优化设计、科技研发、基建项目调试、网络安全与信息化业务等工作，承担XX集团公司系统内黑龙江、吉林、辽宁、山东、河北、贵州、内蒙6省1区共计25家发电企业、60台机组的技术监督和技术服务职责，服务机组容量2209.5MW。现有员工230人，博士2人，硕士103人，本科101人，正高级工程师5人，高级工程师43人，中级81人。该院以创新转型推动企业高质量发展，积极拓展新业态业务市场，致力于综合能源技术研究、智慧能源技术研究、新能源技术研究，逐步形成与能源革命、能源转型相匹配的业务体系。以服务区域主业、生产建设经营实际和未来发展需求为出发点，积极搭建科技创新共享平台和科技创新成果孵化基地。为适应集团公司数字化建设发展需求，东北院努力提升标准化、精细化、数字化、智慧化水平，贯彻落实集团公司和科研总院工作会议精神，完整、准确、全面贯彻新发展理念，围绕集团公司打好“四大攻坚战”、推进“六大工程”工作部署和科研总院“6648”的工作要求，坚持以创新发展推动企业高质量发展坚持建设以服务为基础、以研发为动力的综合型能源研究院愿景目标，全面推进科改示范，推动作风转变，加速转型调整，强化人才在企业的核心位置，加快科技产业化进程，推动高质量发展。（二）项目背景火力发电厂汽水管道是传输汽水介质的重要组成部分，尤其是作为火力发电厂输送高温、高压介质的汽水管道，其安全性对整个电厂至关重要。由于金属材料所固有的热胀冷缩特性，汽水介质管道在运行状态下会产生一定的热膨胀量，宏观上表现为管道的热胀位移。在进行管道布置设计时，为避免管道内部应力超标，一般会通过严格的计算后布置合适的弹簧（含恒力弹簧）支吊架以及弯头（或弯管）以补偿管道的热膨胀量。经过对服务区内现有机组管道膨胀情况进行调研和统计，现阶段管道膨胀异常主要在两类机组体现最为明显，一是服役时间超过10万小时以上的机组管道膨胀异常，另一种是新投产百万机组在168试运期间的管道膨胀异常。前一类机组的管道经过多次启停机以及长时间运行之后，管道的一次应力、二次应力重新分配，管系位移偏离设计值较大，部分弹簧吊架、恒力弹簧吊架载荷发生转移，支吊架性能发生改变，这些都将导致管道膨胀出现异常，严重时会出现吊架大范围载荷或位移超限，吊架弹性不足刚性急剧增加，管道运行环境严重劣化；后一类机组管道膨胀异常的原因通常与管道布置走向、吊架性能息息相关，常见表现类型为膨胀量不足以及膨胀量过大，这两种表现型式都会影响管道正常的应力状态分布，同时对于管道与集箱连接焊缝的安全性提出了更高的要求。所以管道集箱膨胀在线监测是深度调峰背景下火电机组安全状态评价的必然选择，但存在典型问题。在启停锅炉阶段人工巡检间隔时间过长，无法及时发现锅炉膨胀异常情况；约有90%的发电企业膨胀指示器安装位置不能检修及读数，年久失修，失去测量功能等。管道的位移膨胀异常可能导致管道焊口的直接破坏，也将直接影响管道的使用寿命，为机组的长期安全运行埋下隐患。尤其对于近些年新建百万机组而言，新材料的运用以及管道布置的创新对于管道的膨胀规律和应力状态的趋势性分析有待进一步提高，没有一套成形的系统理论，缺乏从管道位移监测角度进行综合性定量评价的方法。东北院基于发电企业实际需求以及数字化转型方向，开展管道集箱膨胀在线监测系统研发。图1管道异常跑位疲劳损伤图2膨胀异常应力集中开裂（三）项目建设情况简述项目（包含已建、在建和拟建项目）实施时间、建设周期、预期目标、投资额、承建单位、当前进展等。实施时间建设周期投资额承建单位预期目标当前进展2021年1月至2021年12月1年12万XXXX电力试验研究院有限公司形成管道集箱膨胀在线监测系统，包括前端硬件测量装置、初代安全状态评价系统研发。已形成实物技术产品二、应用场景及建设方案（一）场景描述随着构建新型电力系统，火力发电更多的参与到机组调峰过程，频繁的温度、压力波动变化会使管道膨胀发生周期性疲劳效应。目前集团公司所属东营厂主蒸汽管道、一次热、一次冷管道的沉降异常问题，锡林浩特低旁沉降异常问题，长山、沈东等电厂由于集箱膨胀异常导致角焊缝频繁开裂的问题等，均对机组的安全运行造成巨大的安全隐患。结合管道集箱膨胀异常带来的种种安全隐患。所以管道集箱膨胀在线监测是深度调峰背景下火电机组安全状态评价的必然选择，但存在典型问题。在启停锅炉阶段人工巡检间隔时间过长，无法及时发现锅炉膨胀异常情况；约有90%的发电企业膨胀指示器安装位置不能检修及读数，年久失修，失去测量功能等。管道的位移膨胀异常可能导致管道焊口的直接破坏，也将直接影响管道的使用寿命，为机组的长期安全运行埋下隐患。尤其对于近些年新建百万机组而言，新材料的运用以及管道布置的创新对于管道的膨胀规律和应力状态的趋势性分析有待进一步提高，没有一套成形的系统理论，缺乏从管道位移监测角度进行综合性定量评价的方法。东北院基于发电企业实际安全需求以及数字化转型方向，开展管道集箱膨胀在线监测系统研发。管道集箱膨胀在线监测系统的研发，通过无线传输方式将膨胀监测数据实时传入监控终端，实现管道以及集箱在不同工况下远程在线智能监测和预警的功能。尤其对于深度调峰机组，能够实时掌握机组膨胀与负荷波动之间的动态关系，记录机组膨胀位移动态趋势性规律，尤其在膨胀发生异常或者由于膨胀问题发生非停事故时做到提前预判、有据可依，解决发电企业由于金属部件膨胀异常导致的失效问题，具有重大的安全意义和经济效益。同时该技术填补了国内管道安全状态评价领域的空白，且适用于“行业全面推广”，这些方法的应用适用于300MW至1000MW超超临界的各种炉型的机组，具有广阔的应用前景。同时对于新能源领域，风力发电的塔筒，控制箱支架等关键部件的监测也有较好的应用前景。（二）技术架构管道集箱膨胀在线监测系统的使用在机组管道运行和检修期均能起到监测评价效果，通过趋势性判断以及安全状态评价保障机组的安全平稳运行，提升设备可靠性和使用寿命。1.硬件部分为了准确测量在吊杆处的管道位移变化，在管道旁边固定一个水平安装的传感器支架（如下图）。传感器支架安装在锅炉车间钢梁引出的槽钢上，这样支架相对于管道是固定的。传感器可以测量出吊杆接近管道保温层的固定点距离，通过算法可以计算出管道中心点的当前空间位置。以管道冷态为测量基准，随着管道温度和压强逐渐升高，管道受热膨胀发生变形。传感器检测到吊杆的位置变化，计算出管道在三维空间中的动态变化，对比测量基准可以知道管道在三维X、Y、Z轴上的位移量。如果这个位移量接近最大设计值，可认为管道超过告警阈值需要人工干预以确保安全生产。通过大屏、告警灯、短信、微信、钉钉等手段通知维护人员。图3设备现场安装情况2.软件部分搭建数字化诊断平台。实现管道膨胀远程诊断分析功能。实时对主要汽水管道以及吊架的属性进行监视，并能进行综合的诊断分析。平台具有三个特点，分别为提供对比分析手段、智能算法与专家经验相辅相成、技术监督与信息化技术融合。图4安全状态系统评价界面3.网络连接部分在关键吊杆处加装位移传感器，多功能监测分析仪收集传感器的４～２０ｍＡ模拟电流量，通过高灵敏度的模数转换模块把电流信号转换成数字信号。内置计算机再把数字信号计算成拉线的位移量，监测分析仪使用5G技术把位移量传给云端的数据库服务。云端服务器通过采集、处理、二次计算得到管道的真实位移数据并存入到服务器中。云服务使用JAVA＋HTML５技术对数据进行统计和分析，其中告警模块对每个管道移动数据进行比较，发现超过阈值便发送告警。大大改变了传统使用物理位移计（围棋盘）的落后管理方式，在第一时间发现问题、定位问题和解决问题。图5网络连接方式（三）建设方案1.项目建设目标本项目设计一套管道集箱膨胀远程智能监测系统，形成汽水管道位移“大数据”的测量，便于对位移趋势和过程进行实时监控，并通过大数据分析和智能算法对膨胀异常进行预警，并为后续管系结构应力优化提供有效数据支撑。同时通过支吊系统载荷测量、管道应力应变测量及有限元软件模拟分析，全方位掌握管道运行健康状况，治理管系膨胀异常状态，优化管道的应力水平。2.重点工作任务第一阶段：对膨胀监测的前端测试方法进行理论计算，运用海伦-秦九韶定理实现测点的空间三维坐标定位，通过布置拉线传感器结合理论计算公式构建现场测试环境。第二阶段：开发管道集箱膨胀在线监测系统，功能包括数据采集系统、监测预警系统、数据存储系统、数据可视化系统以及后台管理子系统，实现数据的采集、存储、分析、预警等功能。第三阶段：搭建适用于现场环境以及内网布置要求的网络连接系统，同时在现场安装点位进行实际工况下的处于监测和系统调试。3.关键技术应用关键技术一基于海伦-秦九韶定理构建空间几何六面体，进行现场位移传感器进行空间三维布置，通过实现管道三维监测数据的精准采集。关键技术二研发基于高通网络的管道膨胀位移在线监测装置，包括前端传感器布置、5G传输、终端显示实现管道膨胀热位移的实时在线监测。关键技术三建立不同温度负荷下管道位移与应力物理模型数据库，建立位移与力的对应关系，将位移测试结果直接对应测点的应力状态，形成“一厂一策”创新模式。应用卡斯提里安诺定理，结合三向位移测试数据对设备管端的安全状态实现精准校核。关键技术四结合力矩力臂转换公式创新性提出吊架载荷等效换算公式，结合吊架载荷测量数据与位移监测数据，实现管段局部应力状态的快速评价。4.领先点、创新点创新点一：自主研发基于高通网络的管道位移在线监测装置，实现管道膨胀热位移的实时在线监测，解决传统支吊系统高空位置观测困难、人工记录精度差的问题。基于海伦-秦九韶定理构建空间几何六面体，进行现场位移传感器进行空间三维布置，通过实现管道三维监测数据的精准采集。研发基于高通网络的管道膨胀位移在线监测装置，包括前端传感器布置、5G传输、终端显示实现管道膨胀热位移的实时在线监测。类比同类型技术本创新点计算精度高；响应时间短；现场安装环境友好。创新点二：通过管道三维监测数据的精准采集，建立了机组深度调峰状态下管道三向位移与应力的关系模型，结合数值计算结果实现机组管道应力状态的评价及预警。建立不同温度负荷下管道位移与应力物理模型数据库，建立位移与力的对应关系，将位移测试结果直接对应测点的应力状态，形成“一厂一策”创新模式。应用卡斯提里安诺定理，结合三向位移测试数据对设备管端的安全状态实现精准校核。建立三向位移测试结果与机组负荷、应力关系模型，结合数值计算结果实现机组管道应力状态的评价及预警。该技术填补了国内管道安全状态评价领域的空白。创新点三：项目提出了一种基于等效差值换算法的管道应力状态分析方法，结合吊架载荷测量数据与位移监测数据，实现了管段局部应力状态的快速评价。结合力矩力臂转换公式创新性提出吊架载荷等效换算公式，结合吊架载荷测量数据与位移监测数据，实现管段局部应力状态的快速评价。自主设计制作螺纹填充式载荷测试连接组件，根据不同规格的吊杆实现定制连接，可以快速、精准的评价管系支吊架载荷状态。三、项目效果（一）项目效益通过本成果推广，在机组管道运行期间起到膨胀状态监测以及安全状态评价效果，通过智能化方法大大减少发电企业的人力物力成本，从根本上避免了人工作业带来的安全风险。同时管道集箱膨胀在线监测系统也提升设备可靠性和使用寿命，通过对管道集箱膨胀状态的过程监测、趋势分析，对膨胀异常位置及时预警，并通过智能诊断模块以及远程专家协助，对膨胀异常原因及时发现、尽早解决，从而避免了由于金属部件失效带来的安全生产事故，按减少一次四大管道泄漏事故，可节约成本50万元，避免经济损失可达300万元，具有重大的安全效益、经济效益和社会效益。。该科技成果的应用，会大大提升发电企业的数字化管理水平，运用数字化手段结合智能算法，最终在终端简约呈现，最终提升企业的本质安全水平。（二）鉴定评价项目通过查新，经吉林省电机工程学会专家评审鉴定该项技术成果达到