一种基于有限元的锅炉范围内管道检测方法与流程

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及一种基于有限元的锅炉范围内管道检测方法，属于锅炉检验检测技术领域。背景技术：2.锅炉范围内管道包括主蒸汽管道、主给水管道、再热蒸汽管道等，作为锅炉的重要部件，长期在高温高压下运行，且管线较长并直接布置在主要生产区域，如管道出现缺陷未能及时发现，发生泄漏事故，将严重影响人身安全及锅炉生产。近年来，由于锅炉范围内管道在制造安装及运行管理过程中未能及时排除安全隐患，进而引发事故的情况时有发生，严重危及生命财产安全。3.但是，由于锅炉范围内管道管线长且管路复杂，对管道进行全面检验检测难度大，检修时间长，这将使检修成本增加，正常生产受到影响，产生经济损失。而盲目地对锅炉范围内管道进行部分区域抽检，可能应检测位置未覆盖缺陷位置，而无法及时发现并消除缺陷，导致事故发生。因此，如何及时准确的发现隐患，合理确定检修计划，保证锅炉范围内管道能够安全稳定运行，是亟待解决的问题。技术实现要素：4.为了解决上述问题，本发明提供了一种基于有限元的锅炉范围内管道检测方法，通过有限元分析方法发现管道运行中的危险源并进行定位，提出针对性的检验检测方案及检修、预防措施，保障锅炉机组安全经济运行。5.本发明的技术方案如下：6.一种基于有限元的锅炉范围内管道检测方法，包括以下步骤：根据需检测的锅炉范围内管道设计文件建立整体管系的计算模型；对设计工况下管道各节点的应力情况进行计算，获得设计工况下管道最大应力分布区域；对所述设计工况下最大应力分布区域的管道结构通过有限元方法建立管道结构计算模型，进而通过有限元计算获得该区域管道结构运行相关的物理场；根据设计工况下的管道结构物理场计算结果，确定检测位置一；对锅炉范围内管道的现场运行情况进行勘察并记录实际工况；根据实际工况，优化调整计算模型，计算实际工况下最大应力分布区域，进而通过有限元计算获得该区域管道结构运行相关的物理场；根据实际工况下的管道结构物理场计算结果，确定检测位置二；根据所述检测位置一、二，并结合历次检修位置，最终确定检测方案。7.进一步的，管系计算模型包括管系几何模型和物理边界条件，管系几何模型是根据管道设计文件中管线图按1:1尺寸比例所建立的，物理边界条件是根据设计文件或实际勘测获得的运行温度、压力、支吊架状态所确定的。8.进一步的，管道结构包括管件、管件之间的连接焊缝或连接件，其中，管件包括直管段、弯头、三通、变径管、管接头和阀门。9.进一步的，管道结构计算模型包括三维几何模型和物理边界条件，三维几何模型是根据管道结构设计文件或实际尺寸按1:1比例所建立的，物理边界条件是根据设计文件或实际勘测获得的运行温度、压力、位移、管内流动状态所确定的。10.进一步的，管道结构运行相关的物理场包括管道结构温度场、压力场、应力分布、管道结构内流体的流场和速度场。11.进一步的，检测位置为管道结构的对接焊缝、角焊缝、孔桥、弯头背弧面及其附近区域。12.进一步的，设计文件包括管道的设计图纸、设计说明书、强度计算书、配管图、热膨胀系统图和支吊架布置图。13.进一步的，检测方案包括选择无损检测、超声检测、硬度检测及金相检测中的一种或多种方式对检测位置进行检测。14.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：15.本发明提供的一种基于有限元的锅炉范围内管道检测方法，与传统的随机抽检或全面检测相比，将管道有限元分析结果作为理论依据，发现管道运行中的危险源并进行定位，提出针对性的检验检测方案及检修、预防措施，结合历次检验实际情况，总结出管道的高效检验检测方法，减少管道检验检测的盲目性，提高检验检测效率，保障锅炉机组更安全经济运行。附图说明16.图1是本发明一个实施例的基于有限元的锅炉范围内管道检测流程示意图。17.图2是本发明一个实施例的管道设计工况下部分节点应力分布图。18.图3是本发明一个实施例的管道设计工况下最大应力分布区域应力分布图。19.图4是本发明一个实施例的管道设计工况下最大应力分布区域温度分布图。20.图5是本发明一个实施例的管道实际工况下部分节点的应力值。21.图6是本发明一个实施例的管道实际工况下最大应力分布区域应力分布图。22.图7是本发明一个实施例的管道实际工况下最大应力分布区域温度分布图。具体实施方式23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。24.图1所示出了本发明实施例的基于有限元的锅炉范围内管道检测流程示意图。本发明实施例提供了一种基于有限元的锅炉范围内管道检测方法，包括以下步骤：25.步骤s01：根据需检测的锅炉范围内管道设计文件建立整个管系的计算模型。26.本实施例中锅炉范围内管道检测对象为某循环流化床锅炉的高温再热蒸汽管道，其设计文件中包含了以下参数：锅炉设计的额定蒸汽流量为1110t/h，再热蒸汽流量为919.42t/h，再热器进口压力为4.097mpa，再热器出口压力为3.897mpa，再热器进口温度为312.8℃，再热器出口温度为569℃，累计运行小时数为20000小时。高温再热蒸汽管道材质为sa-335p91，规格为φ559×24mm、i d737×28mm。27.根据高温再热蒸汽管道设计图纸，按1:1尺寸比例建立管系的几何模型，再根据管道设计说明书、强度计算书、配管图、热膨胀系统图、支吊架布置图等获得管道的运行温度、压力、膨胀量、支吊架状态等参数，确定管系计算模型的物理边界条件，从而能够使得循环流化床锅炉的高温再热蒸汽管道的计算模型与其设计文件相符，有利于提高检测结果的准确性。28.步骤s02：对设计工况下管道各节点的应力情况进行计算，获得设计工况下管道最大应力分布区域。29.根据弯头、阀门等管道结构以及支吊架的位置，在管系计算模型中设置节点，根据几何模型和物理边界条件对管道的应力进行计算，获得设计工况下高温再热蒸汽管道最大应力分布区域。图2示出了管道设计工况下部分节点通过计算得到的应力分布图，根据图中值的大小确定节点64到节点72之间区域为管道设计工况下最大应力分布区域，经筛选后有利于缩小最大应力分布区域的判断范围。30.步骤s03：对所述设计工况下最大应力分布区域的管道结构通过有限元方法建立管道结构计算模型，进而通过有限元计算获得该区域管道结构运行相关的物理场。31.根据节点64到节点72之间区域的设计文件，按1:1尺寸比例建立该区域的三维几何模型，再根据设计文件获得的运行温度、压力、位移、管内流动状态，确定模型的物理边界条件。完成管道结构计算模型建模后，通过有限元分析方法，计算获得该区域管道结构的温度分布、压力分布、应力分布、管道结构内流体的流场和速度分布情况。其中，图3示出了计算获得的管道设计工况下最大应力分布区域应力分布图，图4示出了计算获得的管道设计工况下最大应力分布区域温度分布图，采用有限元方法能够准确获得计算模型的运行相关的物理场。32.步骤s04：根据设计工况下的管道结构物理场计算结果，确定检测位置一。33.根据有限元应力分析结果，节点64、节点72的应力值偏高，选定为两处危险点；根据有限元温度分析结果，节点64与节点65之间弯头的背弧面温度较高，选定为另一处危险点。34.节点64、节点74分别对应弯头与直管段的对接焊缝，将其分别编号为“h1、h2”，节点64与节点65之间的弯头将其编号为“w1”的弯头。根据计算结果，确定对接焊缝h1、h2及弯头w1的背弧面为管道检测位置一，检测位置一是根据步骤s03中的计算物理场结果直观判断得出的，便于了解管道结构在物理场作用下各区域详细情况。35.步骤s05：对锅炉范围内管道的现场运行情况进行勘察并记录实际工况。36.现场对高温再热蒸汽管道的dcs运行数据、管道实测温度、管道实测压力、管道结构实际尺寸、支吊架冷热态位移情况、膨胀受阻情况、振动情况及现场环境进行勘察并记录，必要时还应进行支吊架实际载荷试验，获得管道的实际运行工况。37.步骤s06：根据实际工况，优化调整计算模型，计算实际工况下最大应力分布区域，进而通过有限元计算获得该区域管道结构运行相关的物理场。38.根据现场勘察的管道实际运行温度、压力、膨胀量、支吊架状态等参数，调整管系计算模型的物理边界条件，计算管道应力，获得实际工况下最大应力分布区域。图5示出了高温再热蒸汽管道实际工况下部分节点的应力值，根据值的大小确定节点18到节点24之间区域以及与之相连的节点43、44为管道实际工况下最大应力分布区域。39.获得管道实际工况下最大应力分布区域后，根据该区域管道结构的实际尺寸按1:1比例建立该区域的三维几何模型，再根据现场勘察获得的运行温度、压力、位移、管内流动状态等确定模型的物理边界条件。完成管道结构计算模型建模后，通过有限元分析方法，计算获得该区域管道结构实际工况下的温度分布、压力分布、应力分布、管道结构内流体的流场和速度分布情况。图6示出了管道实际工况下最大应力分布区域应力分布图。图7示出了管道实际工况下最大应力分布区域温度分布图。40.步骤s07：根据实际工况下的管道结构物理场计算结果，确定检测位置二。41.根据有限元应力分析结果，节点20、节点23的应力值偏高，选定为两处危险点；根据有限元温度分析结果，节点43位置的温度变化较大，选定为一处危险点。42.节点20、节点23分别为三通筒体左右两侧变径部分的直径最大处，将其分别编号为“s1、s2”，节点43对应三通下侧对接焊缝，将其编号为“h3”。根据计算结果，确定三通筒体s1、s2及对接焊缝h3为管道检测位置二，检测位置二为由实际工况下管道结构计算得出的物理场所确定，物理场对于管道结构的影响更为接近于实际状态，便于准确判断危险区域。43.步骤s08：根据所述管道检测位置一、二，并结合历次检修情况，最终确定检测方案。44.根据经有限元分析确定的管道检测位置一、二，以及在历次检修中出现过缺陷的编号为“j1”、“j2”、“j3”、“j4”的管接头角焊缝，确定对接焊缝h1、h2、h3进行表面无损检测及超声检测，对接焊缝h3进行硬度检测及金相检测，确定三通筒体s1、s2进行超声检测，弯头w1背弧面进行表面无损检测、硬度检测及金相检测，角焊缝j1、j2、j3、j4进行表面无损检测。45.最后，根据检测项目、检测位置及数量，确定检测条件、资源配置、质量控制、应急预案和缺陷处理及预防措施等内容，完成锅炉高温再热蒸汽管道的检测方案，并开始进行管道检测。利用设计工况、实际工况和历次检修位置综合所得出的检测位置方案，精确地覆盖包含了锅炉范围内管道危险位置区域，对此位置区域采取检测措施，降低了检测的盲目性，特别对于庞大且复杂的管系而言，有利于快速检测排查危险，保障锅炉机组更安全经济运行。46.以上对本发明实施例所提供的一种基于有限元的锅炉范围内管道检测方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!