论文 大型火电站锅炉送引风机的可靠性增长模型及预测.pdf

文章编号 1005 0329 2002 08 0020 03 大型火电站锅炉送引风机的可靠性 增长模型及预测 曹先常1 史进渊2 蒋安众1 11 上海交通大学 上海 200240 21 上海发电设备成套设计研究所 上海 200240 摘 要 提出了大型火电站锅炉送 引风机可靠性增长模型 详细讨论了该模型的参数估计和拟合检验 根据电力可 靠性管理中心统计数据 说明了该模型完全符合该类型风机的可靠性增长变化趋势 分析结果也说明了通过改正产品 设计和制造中的缺陷以及运行人员素质的提高 操作水平的熟练 生产设施及其运行状况的改善 产品的可靠性特征量 得到逐步提高 同时为送 引风机的状态检修提供了充分的依据 关键词 风机 可靠性 增长模型 预测 状态检修 中图分类号 TK223126 文献标识码 A Reliability Growth Model and Predictive for Fans of Coal fired Power Plant Cao Xianchang Shi Jinjuan Jiang Anzhong Abstract Reliability growth model for fans in coal2fired power plant is presented together with a description of a methodfor estimating the parameters and testing the model fitting quality According to data provided by China Electricity Reliability Management Center the model is consistent with the change of reliability of fans The analyses results show that the reliability of fans can be increased by correct the defects of design and manufacture enhancing skill of operators and improving condition of operating The foundation for condition2 based maintenance is provided Keywords fan reliability growth model predictive condition based maintenance 1 引言 实际运行中 不少电厂因风机 特别是动叶可 调轴流风机的可靠性差 频频发生故障 电站送 引风机可靠性的主要评价指标是等效可用系数 EAF 由于可靠性和可用性的试验在实验室无法 进行 所以国内外目前还没有关于送 引风机的 EAF的增长模型 大型发电设备的发展过程是可 靠性逐步增长的过程 机械和电力行业的制造和 使用部门希望通过采取改进和完善措施来减少强 迫停运时间以增长电力设备的可靠性 因而研究 大型电站风机可靠性的增长模型 对其可靠性的 预测有利于送 引风机以及火电机组在未来几年 内的可靠运行 从而对火电站按计划稳 满发电具 有重要意义 2 电站风机可靠性增长模型 211 电站风机可靠性增长模型的建立 研究表明 可修系统的累积故障强度或失效 率与累积试验的时间在双对数纸上接近一条直 线 1 即 ln C t ln lnt 1 式中 尺度参数 增长率 t 时间 C t 时间间隔 0 t 内的累积故障强 度或失效率的均值 由上式可以得到 C t t 2 式 2 就是最早的可靠性增长Duane模型 根据上述模型 建立火电站锅炉送 引风机的可靠 性增长模型如下 t t 3 收稿日期 2002 02 25 02 流 体 机 械 2002年第30卷第8期 式中 尺度参数 增长率 t 时间间隔 0 t 内的检修系数的 均值 目前 我国用来评价电站锅炉送 引风机的可 靠性主要统计指标之一是等效可用系数EAF 2 EAF AH EUNDH PH 1 1 4 式中 AH 可用小时 EUNDH 降低出力等效停运小时 PH 统计期间小时 检修系数 由于风机的运行状况随设计和制造缺陷的改 进 运行人员的水平提高 运行状况不断改善 从 而等效可用系数随着时间的延长而增加 因而等 效可用系数EAF ti 和检修 t i 系数都是关于 时间的函数 结合式 4 可以得到 t i 1 EAF ti EAF ti 5 式 3 和 5 是火电站锅炉送引风机的可靠性 增长模型 212 电站风机可靠性增长模型的参数估计 由模型公式 3 可以得到 ln t i ln lnti 6 令y ln t i x lnti a ln b 则有 y a bx 根据大型火电站锅炉送 引风机的等效可用 系数可靠性统计数据 可以得到ti 和 t i 的n 对观测数据 即 ti t i i 1 2 n 从而得 到 x i yi 的系列数据 运用最小二乘法 得到a b的统计值如下 b Lxy Lxx a y b x 式中 上标 表示统计值 x 1 n n i 1 xi y 1 n n i 1 yi Lxx n i 1 x2i n x 2 Lxy n i 1 xiyi n x y 故可靠性增长模型的参数估计为 b e a 7 213 电站风机可靠性增长模型的拟合检验 建立可靠性增长模型后 需要检验该模型 验 证模型可靠性统计数据是否符合双对数线性关 系 按照概率与数理统计原理 计算检验统计 量 3 F bLxy n 2 Lyy bLxy 8 其中 Lyy n i 1 y2i n y 2 在给定的显著性水平 下 查F分布上侧分 位数F 1 n 2 当F F 1 n 2 时 接受式 3 的可靠性增长模型 否则拒绝 214 电站风机可靠性增长预测 结合式 3 和 5 通过可靠性模型的参数估 计 得到电站锅炉送 引风机的EAF点估计值 EAF t 1 1 t 9 根据现场统计数据 结合该模型 可以确定模 型中参数 的数值 根据式 9 预测电站锅炉 送 引风机的可靠性增长趋势 同时 根据文献 3 预测电站锅炉送 引风机的双侧置信区间 EAFL t i EAFR t i 的计算公式近似如下 EAFL t i 1 t F 2 2m 2m 1 EAFR t i 1 t F 1 2 2m 2m 1 式中 EAFL t i EAF的置信下限 EAFR t i EAF置信上限 显著性水平 1 置信度 m 风机统计台数 3 火电站锅炉送 引风机可靠性增长实例分析 311 送 引风机可靠性增长分析结果 根据文献 4 以电力可靠性管理中心统计的 2000年200MW及以上容量火电机组主要辅助设 备运行可靠性指标的送风机数据 1996至2000年 数据见表1 为例进行可靠性增长分析 运用前4 年的数据对模型中参数进行估计 最后一组数据 保留作为模型预测结果比较的对象 通过上述模 型计算可以得到 01902895 01809278 F 181518551 查表得 F0105 1 2 181512821 因 为F F0105 1 2 故200MW机组锅炉送风机可 靠性增长符合式 3 的模型 从而可以得到 200MW机组锅炉送风机可靠性增长模型为 EAF ti 1 1 01809278t 01902895 从表1可以计算出等效可用系数的实际值 EAF ti 和预测值EAF t i 的相对误差 12Vol 30 No 8 2002 FLUID MACHINERY EAF t i EAF ti EAF ti 100 的 最 大 值 小 于 014 如果按照1996年到1999年电站锅炉送风 机的等效可用系数的增长规律 到2000年等效可 用系数的预测值为 EAF 14 1 1 01809278 14 01902895 100 9310501 而2000年实际统计数值为9218180 相对误差 为0125 同样 通过相应的数据 引风机的可靠性增长 模型为 EAF ti 1 1 01887567t 01938273 其它的分析结果详见表2 表1 200MW及以上容量火电机组送风机1996 2000年的EAF的统计值和预测值比较 m 687 年 份19961997199819992000 ti a 1011121314 EAF ti 90184709116270911736092179209218180 EAF t i 90180969115030921094392160479310501 相对误差 010412011353013905012019012500 EAFL 89188779016435911288991184679213339 EAFR 91165529212903921831093129739317038 参数估计值 01902895 01809278 拟合检验结果F 181518551 F F 1 2 181512821 故接受该增长模型 表2 200MW及以上容量火电机组引风机1996 2000年的EAF的统计值和预测值比较 m 696 年 份19961997199819992000 ti a 1011121314 EAF ti 90174609115820911706092177509217840 EAF t i 90171849114444921061992159379310567 相对误差 010304011502013881011954012939 EAFL 89179479015855911259091183999312830 EAFR 91156639212317921796992134609317058 参数估计值 019382730 01887567 拟合检验结果F 201303163 F F 1 2 181512821 故接受该增长模型 312 分析和讨论 从以上分析可以看出电站锅炉送 引风机的 可靠性呈增长趋势 其原因是风机的有关设计 制 造和使用采取了以下几项正确措施 1 正确的选型 电站锅炉风机的类型一般有 离心式 静叶可调轴流和动叶可调轴流风机 应根 据具体使用场合 经技术经济比较确定风机类型 如选择轴流风机时 设计点应落在效率最高处 在 此基础上 动叶角度再开大10 15 这样 即使机 组在低于额定工况下运行 风机仍可在最高效率 区内运行 对于燃煤锅炉 由于动叶可调轴流风 机圆周速度高 考虑到磨损问题 宜采用中速 不 宜选用过高转速 2 正确的设计 运行及维护 在选择动叶可 调轴流风机的参数时 除了按有关规定给出裕度 外 还要依据电厂实际情况和点火工况以及风机 安全并车工况 合理地运行与维护 防止风机喘 振 3 可靠性管理 电力部门从1984年起开展 电力可靠性管理工作 从规划 设计 设备选用 安 装施工 运行维护 检修 改造 人员培训等方面入 手来改善电力系统的可靠性 从1994年起 电力 部门每年召开新闻发布会 定期公布电力设备的 可靠性指标 对提高电力设备的可靠性起到了推 动作用 提高了火电站锅炉送 引风机的可靠性 4 结束语 1 本文提出的可靠性增长模型符合大型火 电站锅炉送 引风机的可靠性的增长规律 2 要提高风机运行可靠性 除了提高风机 本身设计 制造质量外 设计选型 运行及维护方 式也至关重要 通过本文的分析 机械和电力行 业的制造和使用部门采取的可靠性完善和改进措 施是有效的 使得200MW以上的火电站锅炉送 引风机的可靠性呈增长趋势 下转第14页 22 流 体 机 械 2002年第30卷第8期 气口的流速Vin为选用准则 Vin Q 106 15 D2 m s 式中 Q 压缩机公称容积流量 m3 s D 吸气控制阀通径 mm Vin应控制在10 20m s范围 以12 16m s 为最佳 吸气控制阀Vin过小 会使排气量不足和 吸气噪声增大 吸气控制阀Vin过大 又会增加机 组空间体积 这是某些使用场合不允许的 412 油气分离器的设计 整体式油气分离器的设计主要是筒体的设 计 筒体的大小一般由压缩机的排量来决定 根 据压缩机的排量来选择滤芯 再由滤芯的尺寸确 定筒体的大小 经验认为 筒体的体积约为滤芯 体积3倍左右 滤芯还应设一保护架 起保护滤 芯的作用 另外也起到粗分的作用 油气分离器 进口气体的流速应控制在15m s左右 分体式油气分离器主要用于结构要求紧凑 过滤元件要求便于维护 机组各部分便于布置的 情况下 粗油分基本上不需要维护 而精油分要 定时更换 精油分目前主要是选用成品 粗油分 的设计必须保证其分离效果 如其分离效果不好 势必会加大精油分的负荷 影响精油分的使用寿 命 要求粗油分的分离效率须达到9919 以上 试验样机采用的是分体式油气分离器 精油 分外购 粗油分自行设计 采用了撞击 旋分和节 流式的组合分离结构 经过测试 粗分效率达到 了991993 由于粗油分设计合理 精油分选择 得当 试验样机的油分效果很好 样机的润滑油耗 远远低于设计要求 413 精油分回油装置的设计 不论是整体式还是分体式油气分离器都应从 滤芯底部引一回油管 将滤芯过滤下来的油引入 螺杆主机的吸气腔 回油管通径不能过大 过大 则会影响压缩机的排气量 因压缩过的气体进入 吸气腔后膨胀 减小吸气量 也会增大功耗 所以 需在回油管路中加一限流小孔 减小回油管流道 面积 小孔也不能过小 过小会使积存的油不能 通畅导出 影响精油分效果 限流孔的直径应在 015 2mm之间为宜 排量大的压缩机取大值 反 之取小值 样机为 018mm 5 结论 螺杆空压机的机组性能不仅取决于主机 或 机头 的设计 制造和装配 辅助设备的设计和选 配正确与否也很关键 1 吸气控制阀的选择一般以进气口的流速 Vin为准则 Vin应控制在10 20m s范围内