水冷壁管内汽水两相流传热恶化的早期预警方法及系统与流程

本发明涉及锅炉受热面运行监测，具体为一种水冷壁管内汽水两相流传热恶化的早期预警方法及系统。

背景技术：

1、电站锅炉水冷壁是炉膛核心换热部件，主要承担炉膛辐射热吸收与工质蒸发转化任务，管内工质受热后会完成从欠热水到汽水两相流的状态转变。实际运行过程中，炉膛热负荷分布不均、管内质量流量波动、工质入口欠焓变化、运行压力偏移及机组负荷频繁变动等诸多因素，会导致部分水冷壁管段出现含汽率攀升、管壁液膜减薄、局部工质干涸及传热系数降低等问题。一旦发生传热恶化，即便局部吸热量未明显增长，管壁温度也会快速攀升，大幅提升水冷壁超温、材料性能劣化及爆管故障的发生概率，直接影响锅炉机组安全稳定运行。

2、目前，水冷壁运行监测与预警方式主要依托壁温实测、水动力仿真计算及固定超温阈值判定实现，通过比对实测壁温与预设限值，或结合水动力、传热计算结果判定流量、压力、壁温异常状态，进而输出预警信号。但水冷壁管内汽水两相流传热恶化属于渐变过程，在壁温达到传统超温限值前，已存在壁温响应幅值增大、温升速率加快、壁温波动加剧、工况扰动后恢复周期延长、等效传热能力衰减等早期前兆。传统固定阈值预警模式无法区分机组正常变负荷与传热能力衰退引发的壁温异常变化，普遍存在预警滞后、误报警等问题，难以捕捉早期传热劣化特征。

3、现有专利cn101476715a公开了一种电站锅炉水冷壁失效预警方法，该方法通过划分水冷壁回路，结合锅炉结构与运行数据开展水动力及壁温计算，依托回路流量、压力、壁温参数完成应力、疲劳寿命及蠕变寿命分析，实现水冷壁水动力失稳、壁温超温及材料失效风险的在线评估，可依托少量测点与传热流动计算完成运行状态研判。

4、但该技术方案仍存在明显缺陷，其预警核心聚焦于水冷壁整体失效与寿命损伤，仅通过水动力、壁温计算及寿命消耗判定运行风险，虽提及热偏差、流量偏差会引发传热恶化，但未基于实时负荷、局部吸热量、工质流量、压力及入口欠焓，构建相似稳定工况下的壁温动态响应包络，无法通过实际壁温偏离稳定换热边界的程度识别传热恶化前兆。同时，该方案未建立实时与基准等效传热响应系数的比对机制，无法在壁温未超限时量化传热能力衰退程度，也未结合累计吸热量、入口欠焓、汽化潜热研判含汽率变化与液膜稳定风险，无法通过管内风险沿程递增、邻管风险聚集特征验证局部干涸前兆。在机组深度调峰、快速变负荷、燃烧偏斜、流量分配不均等复杂工况下，现有技术难以精准识别液膜失稳、局部干涸引发的早期传热恶化，无法满足水冷壁故障前置预警的运行需求。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种水冷壁管内汽水两相流传热恶化的早期预警方法及系统，以解决现有技术无法精准识别水冷壁汽水传热恶化早期前兆，预警滞后的技术问题。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提高了一种水冷壁管内汽水两相流传热恶化的早期预警方法，包括：

4、采集水冷壁管运行参数；

5、基于所述水冷壁管运行参数构建对应的工况特征向量；

6、筛选历史稳定换热工况样本，结合当前工况特征向量匹配相似样本，生成当前工况特征向量对应的壁温上包络和温升速率上包络；

7、基于水冷壁管运行参数计算管内流体等效温度，结合实测壁温求解等效传热响应系数，进而判定得到传热能力衰退系数；

8、基于水冷壁管运行参数计算含汽率趋势量，依托所述含汽率趋势量确定干涸前兆修正量；

9、判定水冷壁管沿程风险增强状态及邻管风险聚集状态，完成风险一致性校验；

10、整合壁温上包络、温升速率上包络、传热能力衰退系数、干涸前兆修正量及风险一致性校验结果，计算传热恶化早期预警指数，依据预设门限输出对应的预警结果。

11、优选的，工况特征向量包括单位长度等效吸热量、质量流量、压力、入口欠焓、机组负荷、机组负荷变化率、单位长度等效吸热量变化率和质量流量变化率。

12、优选的，历史稳定换热工况样本的筛选方式为：

13、从历史运行数据中，筛选机组负荷变化率、压力波动率、给水流量波动率、单位长度等效吸热量变化率及壁温波动幅值均低于对应稳定阈值，且未发生水动力异常、燃烧严重偏斜、水冷壁泄漏故障的数据片段，构建稳定换热样本库。

14、优选的，生成当前工况特征向量对应的壁温上包络和温升速率上包络的具体步骤为：

15、计算当前工况特征向量与稳定换热样本库中各历史样本的综合工况距离，筛选综合工况距离小于相似距离阈值的样本组成相似工况样本集合；

16、基于所述相似工况样本集合内的壁温、温升速率高分位边界，分别拟合得到壁温上包络和温升速率上包络。

17、优选的，管内流体等效温度及等效传热响应系数的计算方式为：

18、根据水冷壁管入口焓值与沿程累计吸热量计算管内流体等效焓值，结合运行压力求解管内流体等效温度；

19、所述等效传热响应系数为局部等效吸热量与壁温和管内流体等效温度之间有效温差的比值。

20、优选的，得到传热能力衰退系数后，基于滑动时间窗内的壁温变化量与单位长度等效吸热量变化量计算壁温敏感系数，根据当前壁温敏感系数相对相似稳定工况下基准壁温敏感系数的增大程度，确定壁温敏感性放大系数。

21、优选的，干涸前兆修正量的计算方式为：

22、通过沿程累计吸热量与质量流量、入口欠焓乘积的差值，结合质量流量与汽化潜热的乘积，计算得到含汽率趋势量；

23、基于质量流量、压力、入口欠焓、局部等效吸热量及限幅后的含汽率趋势量求解液膜稳定裕量，最终依托液膜稳定裕量确定干涸前兆修正量。

24、优选的，风险一致性校验方式为：

25、根据同一水冷壁管相邻高度位置的传热恶化早期预警指数变化，判定沿程风险增强状态；

26、根据同一高度位置相邻水冷壁管中，预警指数超预警门限的管段占比，判定邻管风险聚集状态。

27、优选的，传热恶化早期预警指数的计算方式为：

28、对壁温包络突破程度、温升速率包络突破程度、壁温波动放大程度、壁温恢复滞后程度、传热能力衰退系数、敏感性放大系数及干涸前兆修正量分别进行归一化和限幅处理，结合各指标归一化结果及异常持续时间，综合计算得到传热恶化早期预警指数；

29、依据预设门限输出对应的预警结果具体包括：

30、若预警指数超预警门限、传热能力衰退系数超衰退门限，且满足干涸前兆修正量超干涸前兆门限、沿程风险增强、邻管风险聚集任一条件，输出常规预警级信号；

31、若预警指数超严重预警门限、壁温恢复滞后程度超恢复滞后门限，且实际壁温突破壁温上包络，输出严重预警级信号。

32、第二方面，本发明还提供了一种水冷壁管内汽水两相流传热恶化的早期预警方法，包括：

33、运行数据接入单元，用于采集水冷壁管运行参数；

34、工况归一化处理单元，用于基于所述水冷壁管运行参数构建对应的工况特征向量；

35、稳定换热响应包络生成单元，用于筛选历史稳定换热工况样本，结合当前工况特征向量匹配相似样本，生成当前工况特征向量对应的壁温上包络和温升速率上包络；

36、传热能力衰退识别单元，用于基于水冷壁管运行参数计算管内流体等效温度，结合实测壁温求解等效传热响应系数，进而判定得到传热能力衰退系数；

37、干涸前兆修正单元，用于基于水冷壁管运行参数计算含汽率趋势量，依托所述含汽率趋势量确定干涸前兆修正量；

38、沿程及邻管风险一致性判断单元，用于判定水冷壁管沿程风险增强状态及邻管风险聚集状态，完成风险一致性校验；

39、预警输出单元，用于整合壁温上包络、温升速率上包络、传热能力衰退系数、干涸前兆修正量及风险一致性校验结果，计算传热恶化早期预警指数，依据预设门限输出对应的预警结果。

40、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

41、本发明提供了一种水冷壁管内汽水两相流传热恶化的早期预警方法，通过基于当前吸热量、质量流量、压力、入口欠焓及负荷变化状态，从历史稳定换热数据中构建与当前工况相匹配的壁温上包络和温升速率上包络，能够消除不同负荷及运行扰动对壁温判断的影响，避免将正常变负荷过程中的壁温升高误判为传热恶化；同时，通过比较当前等效传热响应系数与相似稳定工况下基准等效传热响应系数，结合含汽率趋势、液膜稳定裕量、沿程风险增强及邻管风险聚集状态，对水冷壁管内传热能力衰退和局部干涸前兆进行综合识别，使预警不再依赖壁温达到固定超温限值，从而能够在传热恶化尚处于早期阶段时输出风险结果，提高汽水两相流传热恶化识别的及时性、准确性和抗误报能力，为水冷壁运行调整及超温爆管风险防控提供依据。