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东北大学硕士学位论文 电站锅炉优化检修模式的研究与应用 摘要 电站锅炉是火力发电厂的三大主力设备之一，对其安全稳定运行的要求很高，在 火力发电的整个系统中占有举足轻重的地位。随着电力行业的迅猛发展和锅炉设备制 造水平的提高，对锅炉检修管理的要求也越来越高。如何适应新的形势，改进现有的 检修体制和模式，保证锅炉安全稳定运行，是当前火力发电厂，特别是中、小型企业 自备电厂所面l 临的一个重要课题。 本文以企业自备电厂锅炉机组为研究对象，遵循“安全性、稳定性”的原则，通 过对检修体制与模式演变历程、国内外电力企业状态检修的分析，将当前定期检修与 先进的状态检修相结合，提出了基于状态安全性分析的优化检修新模式；从既能定性 分析又能定量分析的角度，选择了故障树分析法作为锅炉系统状态安全性分析的技术 手段，并总结出一套适用于检修现场的故障树算法；根据故障树算法和可靠性的要求， 提出了有关数据收集统计的办法；根据故障树分析的结果，制定了保证锅炉系统安全 稳定运行的检修方案，制定了关键系统故障检测间隔期的数学模型和提高系统可用系 数的策略。 本课题是以山东铝业股份有限公司热电厂4 “机组锅炉近年来实际运行状况与检 修状态为研究基础，并将研究的成果在实际检修工作中进行了实践与应用，取得了良 好的效果。实践证明，以上研究成果在同类企业中具有非常广泛地推广和应用价值。 同时，作为同类企业该等设备检修模式与手段的前期成果，将为下一步开展更深层次 的研究以及专家系统的开发提供有益的基础。 关键词：企业自备电厂锅炉检修模式故障树分析检修方案 i i 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t t h er e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no fo p t i m i z e d m a i n t e n a n c e m o d e li np o w e rs t a t i o nb o i l e r s a b s t r a c t t h eb o i l e r so f p o w e r p l a n ta l eo n eo f t h em a j o r t h r e ee q u i p m e n t si nf i r ep o w e r p l a n t s t h es a f ea n ds t a b l eo p e r a t i o n sa r ev e r yb a g g y r e q u i r e d ，w h i c hp l a yav e r yi m p o r t a n t r o l ei n t h ew h o l es y s t e m w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n ta n da d v a n c eo fb o i l e re q u i p m e n t s ，t h e r e q u i r e m e n t so fm a i n t e n a n c ea r eh i g h e ra n dh i g h e r a tp r e s e n tt h ei m p o r t a n ts u b j e c t so f m i d d l es m a l la n de n t e i p r i s es p a r ep o w e r p l a n t sa r eh o w t os u i tt h en e ws i t u a t i o n , h o wt o i m p r o v et h em a i n t e n a n c es y s t e ma n dm o d e a n dh o w t oe n s u r et h es a f eo p e r a t i o n so f b o i l e r s t h i sa r t i c l eg i v ean e wo p t i m i z e dm a i n t e n a n c em o d eb a s e do nt h es a f e t ya n a l y s i so f s t a t u sa n dc o m b i n et h ep r e s e n tp e r i o d i c a lm a i n t e n a n c ew i t ha d v a n c e ds t a t u sm a i n t e n a n c e f o l l o w i n g t h es a f e t ya n d s t a b i l i t yp r i n c i p l e s ，a c c o r d i n g t ot h ea n a l y s i so f m a i n t e n a n c es y s t e m a n dm o d e t h ed o m e s t i ca n do v e r s e a s e n t e r p r i s e s t a t u sm a i n t e n a n c e is e l e c tf a u l t 骶 a n a l y s i sm e t h o da st h e t e c h n i c a lm e a n so ft h es a f e t y a n a l y s i s o fb o i l e r s y s t e mf r o m q u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s is u mu p as e to ff a u l tt r e ea r i t h m e t i cw h i c hi s s u i t a b l ei nm a i n t e n a n c el o c a l e a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so ff a u l tt r e ea n a l y s i s ，ig e n e r a t ea l l m a i n t e n a n c e p l a no f s a f e t yo p e r a t i o n s o f b o i l e rs y s t e m sa n dt h em a t h e m a t i cm o d eo f c r i t i c a l s y s t e m m a l f u n c t i o n c h e c k - u p a n d s t r a t e g y o f i m p r o v i n g t h e u s a b l e c o e f f i c i e n t t h i ss u b j e c ti sb a s e do nt h ep r a c t i c a lo p e r a t i o n sa n dm a i n t e n a n c eo ft h ef o u r t hb o i l e r , w h i c hi si nf i r ep o w e rp l a n to fs h a n d o n ga l u m i n u mc o ，l t d w ea p p l i e dt h i se f f o r ti n p r a c t i c a lm a i n t e n a n c ea n dg o tv e r yg o o dr e s u l t s t h i se f f o r ti s o fe x t e n s i v ea n da p p l y i n g v a l u ea c c o r d i n gt op r a c t i c e a tt h es a m et i m e ，a st h ep r o p h a s ep r o g e n yo fc o n g e n e r i c c o m p a n i e si nm a i n t e n a n c e ，i tw i l lp r o v i d eab e n e f i c i a lf l a tr o o fo fd e e p e rs t u d y i n ga n d e x p l o i to f e x p e r 【s y s t e m k e yw o r d s ：b o i l e r so fe n t e r p r i s es p a r ep o w e rp l a n t s ，m a i n t e n a n c em o d e ，f a u l tt r e e a n a l y s i s ，m a i n t e n a n c ep l a n s i i i 东北大学硕士学位论文声明 声明 本人声明所呈学位论文是在导师的指导下完成的。论文中耿得的研究成果除加以 标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为 获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 本人签名：渺本人签名：吖冶莎弋声 日期：卿3 、旨疗 东北大学硕士学位论文第一章引言 第一章引言 1 1 电站锅炉安全稳定运行的重要性 建国以来，特别是改革开放二十多年以来，我国的电力工业发生了翻天覆地的变 化，取得的成就是有目共睹的。但是，从国家工农业的整体发展水平来看，各地区间 的电力发展水平不平衡，特别是工农业发达的地区电力供应仍然不足，缺少足够的备 用容量，火电机组可用系数不高，制约了当地经济的发展。能否保证电力供应的稳定。 不仅对电力企业自身，也会对国民经济、人民生活带来直接的影响。困扰电力供应稳 定的主要因素是非计划停运次数多、检修时间长和恶性事故的发生。 火电机组可用系数是衡量发电厂经济效益的重要指标，对国民经济也有着举足轻 重的影响。据国家电力公司综合统计快报数据显示( 中国电力报2 0 0 2 1 6 ) ，至2 0 0 1 年底全国发电装机容量达到3 3 8 亿k w ，如果其可用系数提高o 1 ，则每年可以多发 电2 9 6 亿k w h ，相当于个可用系数为8 5 9 6 、装机容量4 0 0 m w 发电机组年的发电量， 是2 0 0 1 年全国新增发电装机容量的2 3 4 。图1 1 显示1 9 9 9 年至2 0 0 1 年我国部分发 电机组可用系数的变化情况。 幽i 11 9 9 9 年- - 2 0 0 1 年国内部分发电机组可用系数示意图 f i g 1 1 t h eu s a b l ec o e f f i c i e n tc h a r to fp a r t i a lg e v e r a t o r sf r o m1 9 9 9t o 2 0 0 1 查苎苎兰塑主兰堡堡圭 锅炉机组是火电厂的核心设备之一， 苎二苎! ! 兰 锅炉发生事故，出现非计划停运，就会使火 图i 2 国内火电厂主要设备引起非计划停运所占的比例 f i g 1 2 t h eu n p l a n n e ds e c u r ep r o p o r t i o nc h a r tc a u s e db ym a i n e q u i p p m e n t si np o w e rs t a t i o n 电机组可用系数降低，影响正常供电，给企业、给国家带来很大的经济损失。根据国 家电力可靠性管理中心公布的统计资料，在造成火电厂非计划停运的设备原因中，锅 炉机组所占的比例高居首位，约占6 0 ( 图l _ 2 ) 。由于锅炉设备本身的因素( 如锅炉 受热面磨损) 和外在的因素( 如操作者的误操作等) ，容易发生泄漏、灭火甚至爆炸 等事故。单从事故次数来看，锅炉发生的事故并不多，但所造成的直接和间接损失却 是巨大的。会造成人身伤亡及重大经济损失。发生这些事故的主要原因是设备机组在 使用过程中的管理、维修不善。 世界范围的统计数据表明，火电厂检修费用最大的是锅炉，其次是汽轮机。因 此，火力发电机组运行稳定与否关键在锅炉，经济效益如何重点也在锅炉。特别是燃 用劣质煤且自动化程度低的老锅炉机组，要适应当前的商业化运营，稳定与经济运行 的难度远远高于新投产的自动化程度高的大型机组乜儿”。 可见，提高火电机组的可用系数，保证电力稳定供应，电站锅炉的安全稳定运行 是非常重要的一环。它要求：一方面，消除事故根源，限制事故的发展并解除其对人 身和设备的威胁；另一方面，在保证人身安全和设备不受损害的前提下，尽可能地提 高设备运行效率n 1 。 2 东北大学硕士学位论文 第一章引言 影响锅炉安全稳定运行的原因有很多，除外界原因之外，锅炉机组设备故障、重 大操作与相关专业设备故障和关联操作是影响锅炉运行稳定的主要因素。为了确保锅 炉在安全、稳定、经济的长周期下运行，应该有的放矢地解决设备管理与检修存在的 有关问题，为设备改造、技术改进、运行操作调整提供良好的理论依据和资料。 1 2 山铝热电厂设备检修现状的调查 山东铝业股份有限公司热电厂自1 9 8 9 年建成投产，现有固定资产2 8 亿元。担 负着为公司供应电力和蒸汽的任务，是公司实现铝、电、热联合发展，能源综合利用 的重要保证，对公司的氧化铝生产运营有举足轻重的作用。该厂拥有h g - 2 2 0 9 8 - p m l 4 型蒸汽锅炉一台，b b w - 7 5 3 8 2 - m 型蒸汽锅炉三台、y g 一7 5 3 8 2 - m i 型循环液化床 锅炉一台，两台b 6 3 4 3 0 9 8 型汽轮发电机，台c 1 2 - 3 4 3 0 9 8 型汽轮发电机， 一台c 2 5 8 8 3 0 9 8 型汽轮发电机。其中2 2 0 t h 煤粉炉为1 9 9 8 年6 月投入运行，循 环流化床锅炉和c 1 2 3 4 3 0 9 8 型汽轮发电机为2 0 0 1 年元月份投入运行。年发电能 力4 亿k w h ，供汽能力2 0 0 万吨。自建厂以来，为公司创造了可观的经济效益。 该厂1 9 9 9 年至2 0 0 1 年间，发电机组可用系数和年发电、供汽量如表1 _ 1 所示。 表1 1山铝热电厂发电机组可用系数及发电供汽量各年度统计表 t a b l e l 1t h ea n n u a ls t a t i s t i c so f t h eu s a b l ec o e f f i c i e n ta n dt h em o u n to f s u p p l i n dg a si nh e a ta n d 年份发电机组可用系数( )发电量( 亿k w h )供汽量( 万吨) 1 9 9 9 生9 0 53 。5 4 51 9 4 2 0 0 0 似9 1 23 5 0 61 9 6 2 0 0 1 年9 2 23 92 0 9 8 5 山东铝业股份公司主导产品氧化铝属流程性连续生产，近年来，随着市场需求的 不断扩大，氧化铝产品产量平均以每年1 0 以上的速度增长。作为其主要配套生产工 艺流程的电、汽的主要供应厂来说，山铝热电厂安全运行水平、设备运转率的高低直 接影晌着公司氧化铝提产和经济效益。设备故障是影响熟电厂生产运行稳定的主要因 素。建厂以来，热电厂设备管理基本按照原国家水利电力部颁布的地方自备电厂检修 规程制定相应的检修维护管理制度。并参照国内同类电厂的先进经验推出了山铝热电 3 东北大学硕士学位论文第一章引言 厂设备管理定检及巡检制度( 简称双检制) ，尽力使设备故障停运维持在一个较低水 平，以促进稳产高产。 该厂1 9 9 8 年至2 0 0 1 年间，三大主力设备引起非计划停运分布如图1 3 所示。从 图中可以看出锅炉机组故障引起的非计划停远远高于其它设备。因此，山铝热电厂锅 炉检修一直是设备检修工作的重要内容。 图l 3山铝热电厂主要设各引起非计划停运比例图 f i 9 0 1 3t h eu n p l a n n e ds e c u r ep r o p o r t i o nc h a r tc a u s e db ym a i n e q u i p p m e n t si nh e a ta n dp o w e rp l a n to fs h a n d o n ga l u m i n i u mc o l t d 为提高设各的可靠性和经济性，热电厂设备管理部门从投产初期就十分重视不断 总结经验，不断改进设备检修的管理水平。目前，检修的方式有事后维修和定期两 种。事后检修即发生故障时立即停机检修。定期检修是在对设备运行状况进行评估的 基础上，依靠经验和规程制定的在某一个时间段内进行的改进性和预防性检修。 热电厂锅炉检修的分类主要有：运行中的维护、故障l | 缶修、小修、大修。前两类 为事后检修，后两类为定期检修。 运行中的维护是指在锅炉运行中，随时处理临时发生的各种故障及设备缺陷。以 维护设备的安全运行和减少损失。 故障临修是指因故障而被迫停运的检修，为保证其迅速恢复正常运行。采取应急 措施和必要方法尽快处理，并保证投入运行后能维持到下次正常检修( 检修时间在4 8 小时内) 。 小修是指按照预定计划对锅炉进行局部的预防性检修和特殊项目的改进修理( 一 般检修期为5 6 天) 。 大修是指按预定计划对锅炉进行全面的恢复和改进性修理( 一般检修期为1 5 2 0 天) 。 4 东北大学硕士学位论文第一章引言 锅炉检修间隔是指某台锅炉两次检修之间的相隔时间，其间隔应根据设备技术状 况，部件磨损、腐蚀、劣化、老化等现象规律，以及运行和检修工艺水平等条件，结 合具体情况而定。一般小修间隔为4 6 个月( 2 5 0 0 4 0 0 0 h ) ：大修间隔为1 年半2 年半( 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 h ) 。 锅炉运行时间长短与操作水平、设备状况、检修质量及使用材料性能等有关。正 确的运行操作、及时的运行设备状况检测及诊断、良好的检修质量，以及合乎规格的 材料是减少锅炉检修次数的重要因素。 运行操作涉及运行人员的综合水平，主观因素较多，本文不作论述，而与设备故 障处理紧密相关的设备运行状态检测和诊断水平，直接决定锅炉故障的处理结果，山 铝热电厂推出的双检制度就是为提高这一水平而出台的管理措施。山铝热电厂现行锅 炉机组运行状态的主要监测手段有：目测、温度测点、声音判别、压力显示、测振动 数值及对系统运行参数的综合分析。通过操作工人和工程技术人员的在线检测，将一 部分故障陷患消除在萌芽状态，提高锅炉的可用系数。 通过调查，可以得出以下结论： ( 1 ) 提高发电机组可用系数是增加发电量，提高经济效益的重要途径。 ( 2 ) 作为发电机组的三大主力设备之一的锅炉是影响发电效率的主要因素。 ( 3 ) 目前电厂设备的检修模式仍是事后检修和定期检修。 ( 4 ) 对于设备运行状态的监测、分析，主要依靠于经验性的、定性的手段，缺 乏科学的、定量的分析手段。 ( 5 ) 与先进的同类企业相比，在设备检修的管理和技术方面有较大差距，从保 证电力运行的角度出发仍有很大的潜力可挖。 1 3 本文研究的目标和主要内容 本文研究对象是山东铝业股份有限公司热电厂目前正在使用电站锅炉机组。本文 作者经过长时间的现场调查，对研究对象的现状有了较为全面的了解，并通过查阅大 量的文献资料，对有关当前国内外同类企业设备管理的内容，从理论和实际的角度， 进行了较为深入的研究。在充分调查研究的基础上，确定了本文研究的目标是：探讨 与实践保证电站锅炉安全稳定运行的检修模式和具体方法。 本文的研究目标集中体现了两个方面的要点：一是安全性。对于锅炉这样的特种 设备来讲，这一点是极为重要的，也是该等设备检修的首要问题。二是稳定性。为了 5 查! ! 垄兰堡主兰堡垒圭 。箜二兰! ! 主 保证锅炉运行的安全性，过多的停机检修，尤其是非故障停机，会影响锅炉设备的稳 定运行，是出于经济性的考虑。理想的结果应该是：在充分保证安全性要求的前提下， 尽可能提高的锅炉的稳定运行水平，以增加企业的经济效益。 基于此，本文的研究将涉及以下主要内容： ( 1 ) 应该采取什么样的检修体制和模式? 体制决定了检修的模式，通过设备检 修体制的演变过程的研究，以及对国内外先进的检修的模式探讨，找出当前适合本公 司热电厂的检修体制和模式。即按照预知检修体制下状态检修模式的指导，在现有定 期检修的基础上，提出优化的检修新模式，并研究其中关于安全性的关键问题状 态分析。通过加强对系统状态的安全性分析，采取有效手段，以弥补因状态监测手段 的不足，使检修模式逐步走向状态检修。 ( 2 ) 如何开展新检修模式下系统状态的安全性分析? 其关键技术是什么? 如 何运用? 在优化检修模式后，根据状态检修的要求，对应采取的方式方法进行研究。 如选择故障树分析这一既能定性又能定量分析的方法作为状态分析的关键技术，旨在 能够准确地分析出影响锅炉安全稳定运行的关键部位。该方法必须符合研究对象的现 场条件，不能过于复杂，要便于工程技术管理人员使用。 ( 3 ) 故障树分析的结果如何指导检修工作的实践? 按照研究的结果，必须对检 修时机和实施方案给予结论性的指导意见。这需要建立相应的数据收集处理办法和检 测、检修时机的数学模型。另外，方案的正确与否，必须在实际检修工作中进行检验， 以验证方案的正确性和可操作性。 6 东北大学硕士学位论文第二章优化锅炉检修体制与模式的关键技术 第二章优化锅炉检修体制与模式的关键技术 2 1 火电设备检修体制的现状 2 1 1 检修体制的演变 工业发展从手工作坊到机械化和电气化，各个时期的设备管理与检修方式有很大 变化。一般来说可概括为4 个阶段。 表2 1 设备检修体制的各个阶段和主要检修模式对照表 t a b l e2 1t h ec o l l a t et a b l eo f e v e r y p h r a s e a n dm a i nm a i n t e n a n c em o d eo f t h e 阶段主要的检修模式 故障检修 事后检修蹦( b r e a km a i n t e n a n c e ) 发生故障时立即停机修理。只适用于小型简单设备，设备故障对系 ( 四、五十年代) 统、全局影响不大。 定期检修f t m ( f i x e dt i m em a i n t e n a n c e ) 预防检修根据固定的设备运行时间间隔进行检修，不论设备运行状态如何。 ( 六、七l j 年代)到一定时间便停机检修。缺乏对设备的科学分析和针对性，实际中往往 既浪费了人力物力，又增加了设备的故障率。 按寿命周期成本最小检修( m i n i m u ms e r v i c el i f ec o s tm a i n t e n a n c e ) 经济检修 根据设备寿命档案的积累、材料寿命的评估来确定检修的方式。已 具有了一定的科学性，可明显地降低、有效地控制检修费用和设备的运 ( 七、八p 年代) 行成本，但增加了安全性的风险。不适用于对安全运行要求高的设备， 如电力设备和锅炉、管道、压力容器等特种设备。 基于状态的检修c 跚( c o n d i t i o nb a s e dm a i n t e n a n c e ) 简称状态检修，按设备实际状态来决定检修的时间、部位，这种检 预知检修修方式针对性强，使用后设备的可用系数将会大幅度提高，检修费用、 ( 九十年代开始)材料、备件也将会大幅度减少。但对设备的自动化程度、在线监测、数 据信息处理等方面的要求很高。对小型电厂或企业自备电厂设备检修的 实施有很大的难度，需要进行二次开发。 第1 次产业革命( 以蒸汽机为代表) 时期对设备实行事后检修，运行人员兼做检 修工作。第2 次产业革命( 以电力应用为代表) 时期实行预防性维修，检修从生产中 分离出来，形成相对独立的专业工作，开始有了专业性检修队伍。第3 次产业革命( 以 7 东北大学硕士学位论文第二章优化锅炉检修体制与模式的关键技术 原子能、空间技术、电子计算机技术为代表) 时期实行经济维修，开始应用设备寿命 周期费用的思想进行设备管理。第4 次产业革命( 以信息技术的快速发展为代表) 时 期开始了以设备状态监测和故障诊断为基础的预知维修，即状态检修。表2 1 列出了 各阶段设备检修体制与模式。从表中可以看出，设备检修体制是随着生产力的发展和 科学技术的进步而不断演变的。它在很大程度上反映出生产力发展水平和技术管理水 平的高低“1 “”。 2 1 2 国内火电设备检修的现状及前景 我国建国以来，火电设备检修在学习前苏联经验的基础上，长期实行以故障检修、 预防性计划检修为主的检修体制。随着社会经济的发展，目前正逐步向预知性的状态 检修体制过渡。以故障检修、预防性计划检修为主的检修体制曾经是适应我国电力生 产发展水平的，它包括大修、小修、i 临修、定期维护等形式。在这种检修体制下，大 修间隔2 3 年小修间隔4 8 个月检修项目、工期安排和检修周期均由管理部门 根据经验制定。但随着科学技术的发展，火电设备趋向于高参数、大容量、复杂化， 其安全经济运行对社会的影响也越来越大，维修投入大幅度上升。面对这个隋况，现 行检修体制明显暴露出所存在的缺陷，因此对设备实行更先进、更科学的管理和检修 体制无论从火电厂自身的利益还是从社会的要求出发，都是必须的。 现行检修体制的缺陷主要表现在： ( 1 ) 临时性检修频繁。一些缺陷较多的机组往往不能适应由管理部门统一讳4 定 的计划检修安排，运行不到下一个检修时刻就必须强迫停运，进行事故性检修，导致 电网发电、供电与检修计划经常被打乱。 ( 2 ) 检修不足。机组由于各种原因在检修期未到时产生局部故障，但受到检修 计划制约，不得不带病运行，有时故障继续恶化造成运行代价和维修费用增大以及不 必要的事故损失，甚至严重事故。 ( 3 ) 检修过剩。对于设备状态较好的机组，进行了不必要的检修，由此造成设 备有效利用时间的损失和人力、物力、财力的浪费，甚至引发维修故障。 ( 4 ) 盲目检修。根据计划检修的标准项目和依靠经验制定的部分非标项目进行 检修，对机组并不一定能作到对症下药，某些检修方案并未成熟或者不全面。由此导 致不该修的修了，而该修的来修或没有足够重视，带来“修未修好”的问题。 ( 5 ) 创新技术在检修过程中未能得到良好的应用。没有充分认识到应用创新技 8 东北大学硕士学位论文 第二章优化锅炉检修体制与模式的关键技术 术可以延长设备运行周期，提高整体运行能力。 国内推行状态检修的工作虽然刚刚起步，但已引起国家有关部门的高度重视，早 在1 9 8 7 年，国务院在颁布的全民所有制工业交通设备管理条例中指出；“应采用 以设备状态监测为基础的方法，不断提高设备管理和维修现代化水平”。而且，我国 也已经有部分研究单位和企业在开展这方面的理论研究与试点应用工作，如大连电业 局在6 6k v 及以下配电网上、山东电力集团公司在2 2 0l c v 主网上都开展了不少试点 工作，并取得了一定的成绩和经验。电力系统各网、省公司也都正在积极进行这方面 的试点和技术推广工作。1 9 9 6 年1 1 月在上海召开了全国电力设备状态检修工作经验 交流会，1 9 9 8 年5 月在武汉召开了华中电网发电设备实施状态检修研讨会。2 0 0 1 年 国家电力公司以国电发e 2 0 0 1 7 4 5 号文向电力系统有关单位印发了火力发电厂实 旖设备状态检修的指导意见，旨在通过推行先进的检修管理方式，有效地克服定期 检修造成设备过修或失修的问题，提高设备的安全性和可用性，增强综合实力。这些 对电力设备状态检修的尝试无疑将起到巨大的推动作用。在可以预见的将来，状态检 修这一先进的技术和管理体制必将在我国电力行业中得到越来越多的推广和应用，取 得令人瞩目的经济和社会效益睁l o 。 2 1 3 国外状态检修发展的形势 状态检修随着故障诊断技术的发展而逐渐进入实用化，由于其带来的巨大效益， 在国内外电力行业引起了广泛重视，理论研究和生产实践都在进一步深入，应用范围 也在逐步扩大。 目前，国外在状态检修技术研究与实践应用方面都已取得了显著成绩。美国、德 国、日本、法国都有应用这项技术的报道。美国提出用以可靠性为中心的维修( r c m ) 方式来改进和优化检修工作，他们认为传统检修模式存在的不足主要表现在： ( 1 ) 主动进行检修或检查不够。 ( 2 ) 频发性故障多。 ( 3 ) 检修工作本身的错误多。 ( 4 ) 良好的检修实践未能条例化。 ( 5 ) 不必要的或保守的预防性检修多。 ( 6 ) 检修的目的性不明确。 ( 7 ) 检修工作的技术记录和成本分析不全。 9 东北大学硕士学位论文第二章优化锅炉检修体制与模式的关键技术 ( 8 ) 过分依靠制造厂。 ( 9 ) 同类机组的检修经验交流不够多。 ( 1 0 ) 状态检修的项目太少。 而解决这些问题的措旌是采用能优化检修计划的r c m 。美国电力研究院e p m 所属的m & d 中心( 现己和c s i 公司合并) 就已经推出优化检修的一系列技术方案和相 关系统，并在多家电站推广应用，取得了良好效果。 德国也采用状态检修提高检修效率。最近几年，德国对发电厂的检修工作进行了 探讨。他们的看法是：目前应在发电厂开发设备监控与诊断技术的基础上，推行状态 检修，或在检修工作中尽量增加状态检修项目。他们认为提高检修效率的措施主要有： ( 1 ) 状态检修( c b m ) ： ( 2 ) 以可靠性为中心的检修( g c m ) ； ( 3 ) 整个寿命周期的成本管理策略； ( 4 ) 全员检修； ( 5 ) 瘦形检修管理等。 日本发电设备检修协会也对在日本核电站开展状态检修工作进行了专题研究，重 点进行了r c m 对于本国技术特点适用性的研究，并在检修中采用设备诊断和寿命评 估技术。 2 2 电站锅炉走向新检修体制的关键问题 通过对现有检修体制的分析和以状态检修为核心内容的预知检修体制发展前景 的研究，可以看出，随着设备制造水平的不断提高，对设备检修的要求也在不断地提 高。因此，对于企业的设备检修管理来说，不能再一成不变地固守一套旧的检修模式， 必须跟上科学技术前进的步伐。如何建立一种适宜自身发展的检修体制，优先推广什 么样的管理技术和手段，是当前像电站锅炉这样的特殊设备在日常设备检修管理中所 面临的关键问题。 2 2 1 预防检修与预知检修两种检修体制的比较 定期检修是预防检修体制的核心，它的主要缺陷是对设备运行状态缺乏科学的分 析和针对性，使检修管理“只预防但不预知”。状态检修技术是预知检修体制的核心， 它的基础是对设备状态的准确评价，根据各种监测手段所获取的状态信息，分析故障 1 0 东北大学硕士学位论文第二章优化锅炉检修体制与模式的关键技术 发生的概率，评估故障发展的趋势，依据设备的重要程度而采用不同的检修策略，并 合理的安排检修时间和检修项目，使设备状态“可控、在控”，保证发电设备安全经 济运行。 与预防检修体制相比，预知检修体制的内容要求更高： ( 1 )完善必要的设备监测手段 遵循“成熟、可靠、适用、经济”的原则，根据设备的故障特性，选择合适的特 征参数，配备必要的监测装置和软件。在各种先进的在线监测装置尚未到位前，可以 充分利用常规的性能检测试验手段、数据采集系统、运行分析、巡检、点检等现有的 资源。根据以往故障检修、定期检修的经验，在设备运行之中，发现设备故障的特征 信号。如压力、温度、振动、声音异常的异常。若在线监测手段还不够精确，则应相 应增加监测的频度和密度。 ( 2 ) 建立数据收集处理系统 锅炉机组的信息数据要在原定期检修规定的有关记录的基础上，增加故障分析所 需要的状态监测数据。另外，还要完善整理历史数据和国家、行业、企业的有关标准 和规范。以便将检测、监测得到的数据与标准和历史数据进行比照，从而及时地发现 故障的萌发点。 ( 3 )开展运行过程的安全分析 可分成三个层次：一是操作层人员进行所辖设备异常分析、趋势分析，提交设备 状态报告和初步的检修建议。二是专业层人员汇总各类状态信息，进行综合分析，提 出设备状态综合报告和检修建议，三是必要时借助更高层次的专家力量，提高状态判 断的准确性。 ( 4 ) 提出设备检修的决策 检修决策是企业管理层最为关心的问题之一，管理层根据以上分析报告进行检修 决策。它包括审查状态分析的结果，审定关键设备的检修周期，审核检修的目标、规 划和进度，审批检修计划和检修评估项目。 2 2 2 改进电站锅炉检修体制的构想 电站锅炉体积大、批量小、可修复、系统复杂、昼夜连续运行，设备损坏后将造 成巨大的经济损失且后果严重。结合前面的有关描述，可以认为状态检修是保证电站 锅炉安全稳定运行的最佳途径，这一观点已经被国内外电力行业普遍接受。3 0 1 1 】 东北大学硕士学位论文第二章优化锅炉检修体制与模式的关键技术 但是，目前要在我们国内各火力发电厂全面推行状态检修，特别是对于国内中小 型的火电厂( 如大多数的企业自备电厂) 还面临许多困难：首先，状念检修是建立在 准确的状态诊断基础上的，而准确的状态诊断的前提是完善和准确的状态监测，尤其 是实时在线监测。虽然目前此类电厂状态监测手段已经不少，但对于设各，特别是主 机设备的状态监测，还难以做到完善和得到可靠的设备状态结论。其次，状态检修技 术性很强，现有检修管理人员的水平有待提高。第三，还需考虑成本的制约作用。 作为电力行业的龙头，国家电力公司在火力发电厂实施设备状态检修的意见 ( 国电发e 2 0 0 1 7 4 5 号) 文件中明确地指出：火电厂实施设备状态检修不是以状态 检修完全取代现有的定期检修方式，而是在现行定期检修为主的检修体制基础上，逐 步增大实施状态检修设备的比重。”3 作为一个中小型发电企业。电站锅炉机组如何面对状态检修，本人认为，应该从 国情、厂情出发，充分考虑自身的实际情况，建立以定期检修为主，同时面向状态检 修的检修体制。即在尚不具备全面实行状态检修的情况下，仍要立足于设备的定期检 修。但与以往单纯地开展定期检修有所不同的是，要在开展定期检修的同时，根据需 要运用状态检修的理论与原理对检修计划进行合理的调整，对现有的检修模式进行优 化，实施基于状态安全性分析的优化检修模式。虽然这只是针对中小型电力企业电站 - 温度 - 压力 - 振动 - 电流 声音 - 目测 - 设备运俐己录 故障树分析 - 常规俭测数据- 设备状况分析 - 设备状态监测数据- 异常数据描述 - 设备历史数据状态评价 - 故障瞄总和睑修经验- 冈脸分析 - 有关标准、规范 - 调整检修周期 - 调整检修计划 提出检修重点 - 提出检修标准 - 制定临时处理措施 评估检修结果 图2 i 基于状态的优化检修模式工作流程构想图 f i “2 1t h ec o m p o s i t i o no f ap i c t u r eo f o p f i m i z e dm a i n t e n a n c em o d eb a s e d o oc o n d i t i o n 锅炉的一个过渡性的检修模式，但它符合当前一些企业的现实情况，可以促进其设备 检修管理逐步走向科学化、现代化，是一条有效可行的路子。 对于如何按照状态检修的要求对电站锅炉的检修体制与模式进行优化，本人提出 这样的观点( 图2 1 所示) ： 1 2 东北大学硕士学位论文第二章优化锅炉检修体制与模式的关键技术 利用现有的运行监钡4 手段：规范数据处理的方法：开发安全性分析技术：优化设 备检修方案。 综上所述，基于状态的优化检修是一种集状态检修、定期检修和故障检修相结合 的检修方法。优化检修主要依据及组合的原则是： ( 1 ) 政府规定、行业标准、有关技术监督法则。 ( 2 ) 制造厂提供的检修周期建议( 参考性) 及相关技术资料。 ( 3 ) 已经投运的同类机组的检修经验及本厂的检修运行实绩和经验。 ( 4 ) 机组在运行中的参数变化分析结论及状态监测提供的诊断结论。 ( 5 ) 符合整套机组的寿命管理目标，对关键部件的检修周期及检修质量要进行 可靠性优化。 ( 6 ) 合理的设置设备状态受控点。 ( 7 ) 定期由专业人员对各系统设备状态进行设备状态进行评估。 ( 8 ) 检测新手段的应用。 2 2 3 优化检修模式的关键问题 建立新检修体制预示着科学的检修决策机制的形成，检修决策是企业管理层最为 关心的问题。检修决策的内容实际上也是检修工作的基本问题，即： ( 1 ) 是否检修。 ( 2 ) 何时检修 ( 3 ) 检修什么。 ( 4 ) 如何检修。 ( 5 ) 如何进行检修保障。 ( 6 ) 如何评估检修效果。 建立新检修体制的主要任务是指导和优化检修计划的制定和实施。检修计划是从 设备的安全、稳定、经济等状况要求出发，确定检修的对象、时间和组织实施的一种 方案。按状态安全性分析与决策结果的要求来编制电站锅炉设备检修计划，有可能做 到： ( 1 ) 取消不可行的检修计划项目。 ( 2 ) 取消或改善效果差的项目。 ( 3 ) 增加检修项目以处理被忽略但是重要的故障模式。 1 3 东北大学硕士学位论文第二章优化锅炉检修体制与模式的关键技术 ( 4 ) 修改检修的频度。 ( 5 ) 用效益好、耗费少的状态检修代替费时、昂贵的大修工作。 ( 6 ) 更好地实现安全稳定的最优化目标。 体制的改进，将促使检修模式的变化。按照上述要求，在新检修体制下，完成上 述目标和任务的关键问题是对设备运行状态的正确分析，这要求必须对现有的检修模 式进行改进，加大状态安全性分析的比重。从一定意义上讲，这种分析是一种风险分 析。但它是建立在各种科学分析之上的，其中的重要根据是设备故障风险分析结果。 它包括：推迟检修或不检修以致设备发生故障的风险分析、故障或事故带来的人身安 全风险分析和资本资金风险分析、停机检修对电力生产的影响以及经营风险的分析、 检修中人员安全及费用风险分析等。在进行安全性分析时，会碰到许多不确定性因素， 因此如何对设备状态进行准确的定性、定量分析，并指导检修计划是摆在我们面前的 重要课题。 2 3 状态安全性分析的关键技术 状态安全性分析，是一种基于概率的分析方法。从诸多分析手段中选择有效的一 种，用来完成对电站锅炉检修前的安全性分析则成了关键中的关键。本文提出了用故 障树分析( f a u l t t r e ea n a l y s i s ) 作为电站锅炉状态分析的关键技术。 2 3 1 状态安全性分析技术的选择 电站锅炉是具有事故的易发性和事故发生后果的严重性的特点的设备，因此在检 修的管理工作中，首要目标应是保证设备的安全稳定运行，其次才是最大限度的发挥 设备的工作潜能，创造最大的经济效益。所以，保障电站锅炉安全稳定运行是电站锅 炉检修的核心。因此，在对电站锅炉进行检修前，应进行适当的、系统的安全性分析， 用系统的方法获取设备的各种有用的信息，发现影响设备安全稳定运行的薄弱环节， 用于指导设备的检修，减少检修中的盲目性。 目前提出的安全分析方法已有数十种之多，如故障树分析、故障模式影响分析、 安全检查法、因果分析法等等。我国目前较常用的有故障树 i1 1 6 3 故障模式影响h 扪 等分析方法，在以上分析方法中，除故障树分析之外，其余的方法都是定性的分析， 只是给出了“安全”或“不安全”，“稳定”或“不稳定”的概念。但安全性、稳定性 有多大? 其事故发生的可能性有多大? 零部件故障发生会给整个设备系统事故发生 】4 东北大学硕士学位论文第二章优化锅炉检修体制与模式的关键技术 以多大的影响? 都没给以明确的解答。因此，在对电站锅炉检修前的安全性分析当中， 应选择故障树分析这一既能定性分析，又能定量分析的方法。 但是，对故障树分析技术的研究与应用来说，不是简单地“拿来就能用”。必须 要针对电站锅炉设备的特点进行二次开发，否则会使故障树分析这项在国内外许多地 方得到有效应用的技术，在本企业的设备检修工作中失去其应有的生命力。在对电站 锅炉进行状态分析的过程中，发现但故障树分析的算法还需进一步普及化，必须结合 本单位的实际进行简化。另外现场数据不能直接应用于定量分析计算等问题还需做进 行深入研究和妥善解决。 2 3 2 状态安全性分析的数据准备 对基于状态安全性分析的优化检修模式来说，无论是定期检修还是状态检修，完 整、可靠的数据信息都是非常重要的。从目前国内行业的横向对比来看。火电设备的 基础管理水平应该是比较高的，各个电厂都比较重视设备运行台账和检修记录的建立 与完善。但是在定期检修的体制下，这些数据已不能满足状态检修的要求。开展故障 树的安全性分析，对有关设备的数据信息的收集，特别是如何处理提出了更高的要求。 因此，非常有必要深入研究设备运行与检修的数据收集、处理，使之规范化、科学化、 智能化。这是保证故障树分析准确的前提保证。 2 3 3 锅炉故障检修方案的指导原则 如前所述，故障树分析的目的是为了找出设备检修的重点，部件故障发生概率对 设备安全稳定运行的影响，从而对设备检修计划进行科学的指导。 根据前面的研究结果，当前对中小型火电厂和企业自备电厂锅炉机组检修应该坚 持现行的定期检修为主的检修体制，并利用现有条件开展以故障树分析为内容的状态 安全性分析。逐步向状态检修过渡。一个比较好的方式是，在定期检修的间隔期内， 对各关键部位进行以状态检修为指导的状态检测。因此，确定故障状态检测间隔期非 常重要，间隔选得过长不足以保证设备的安全性要求，过短又不经济。 状态检修的一个主要内容是重新制定设备的检修周期，其求解的方法也很多，在 文献e 3 2 、 3 4 1 、 4 1 中，列出了以平均损失最小为目标、保证参数可靠性为目标、 单位时间内停机时间最短为目标、检测修理费用最省为目标等检修周期的确定方法。 但对锅炉这种具有事故的易发性和事故发生后果的严重性特点的设备，其检修周期应 - 15 东北大学硕士学位论文第二章优化锅炉检修体制与模式的关键技术 以安全稳定运行为首要目标，其次才是锅炉设备自身检修的经济性问题。因此，在监 测手段尚不具备要求时，还不能简单地按照状态检修的理论进行