RCM在发电厂状态维修中的应用-徐鸿课件

1、以可靠性为中心的状态检修在发电厂设备维修决策中的应用电力可靠性管理工程技术人员持证上岗培训班（北京）2002年8月华北电力大学（北京）动力系主任Dr.-Ing. 徐 鸿 教授Website: Email: xuhong 以可靠性为中心的状态检修在发电厂设备维修决策中的应用 概述 国内外研究现状理论依据和研究路线 主要工作内容 美国EPRI的优化维修介绍德国ALIAS维修软件介绍概述 维修理论的发展历史国内发电设备“状态维修”研究工作RCM在“状态维修”中的重要地位RCM在国内推广、应用急需解决的问题 分析结论维修理论的发展历史事后维修。 定期预防维修（Time-directed mainten

2、ance,简称TDM）。 以可靠性为中心的维修（Reliability-centered maintenance,简称RCM）。国内发电设备“状态维修”研究工作以设备故障诊断为基础，实施设备的预知性维修。 CMMS（计算机化的维修管理系统）。利用先进的维修理论：RCM优化维修决策，降低维修成本。点检工程。RCM在国内推广应用急需解决的问题 培训出一批既懂专业又懂RCM的维修技术人员 编写RCM和各专业结合的各专业RCM实施细则 开发出RCM辅助分析软件（帮助维修人员建立RCM分析文档和数据库）和维修辅助决策软件。建立落实RCM维修措施的管理制度 分析的目标研究实施RCM的技术分析流程和技术分析

3、方法，将其应用于发电厂设备系统维修决策，编写出具有指导意义的“发电厂设备系统RCM实施细则”，对降低发电设备的维修成本具有重要意义。理论依据和研究路线维修决策的数学分析RCM确定维修策略的技术分析流程RCM的技术分析方法研究路线维修决策的数学分析RCM确定系统维修需求的技术分析流程 设备划分：建立设备树，按功能逐级编码 分系统和设备重要度评级FMEA总体规划：关联矩阵法，FSI选取FMEALTA：根据故障后果类型、设备可靠性特性确定维修工作类型 系统划分分系统和设备重要度初步评级FMEA总体规划FMEALTA用故障后果修正重要度评级和FMEA规划RCM的技术分析方法系统的设备划分 分系统维修需

4、求评级的基本方法FMEA：功能、故障、故障模式、故障后果分析方法LTA：确定维修项目及维修工作类型的科学方法，RCM逻辑决断图划分的目的分析元素在系统中的功能；分析元素故障对系统可靠性、可用率的影响；分析元素维修方式改变对系统维修费用的影响。设备划分的基本原则功能相关。即把联合起来共同实现某一完整功能的机件群划分为集合的一个元素。 相互独立。即集合内元素之间没有重叠，一个元素不能同时属于两个集合（如分系统）。 属性相近。即设备内流动的介质相近（同为高温、高压，或中温、中压），或机件的机构复杂程度相近。RCM主要的技术分析方法之二分系统重要度评级分系统重要度评级目的:合理分配维修资源;确定FME

5、A的最终层次。FMEA分析层次：系统、分系统、设备、部件。根据各分系统的重要度，确定各分系统的最终分析层次，重要度等级越高，FMEA的最终分析层次越低。 分系统重要度评级的方法系统可用性分析模型系统安全性分析模型系统可用性分析模型 统计各分系统的故障率和维修时间。统计一定时期内分系统故障导致的全厂可用率下降值占系统故障导致的全厂可用率下降值的百分比，根据百分比对分系统的重要度进行分类：百分比10% ， 一类；1%百分比10%， 二类；0.01% 百分比 1% ， 三类；百分比0.05 ， 一类； F-V0.05， 二类 。FMEA的目的分析设备主要故障模式和故障直接原因及故障后果。为制定维修策

6、略提供重要故障模式列表。FMEA的主要步骤确定各分系统的最终分析层次。（规划1）在各分析层次上，分析功能与故障的对应关系，用矩阵法建立故障与系统构成元素之间的关联索引 。 （规划2）以系统构成元素与故障的一个关联为分析单位，分析系统构成元素的主要故障模式和故障直接原因及故障后果。将具有安全性后果、隐蔽性后果和对整个系统有使用性后果的故障分析结果列入重要故障模式汇总表。RCM主要的技术分析方法之四RCM逻辑决断图针对重要故障模式，按照故障后果的 类型和设备可靠性特性确定维修工作类型维修工作类型状态监控（事后维修）预防性维修工作（视情维修、隐患检测、定期维修）更改设计确定维修工作类型的步骤分析故障

7、后果的类型，故障后果分为隐蔽性后果、安全性后果、环境性后果、使用性后果、非使用性后果。按故障后果的类型和可靠性特性，确定预防性维修工作是否技术可行、有效。不可行，考虑更改设计或状态监控。可行，则确定合适的预防性维修工作。定时维修的技术可行设备有确定的耗损期。设备大部分能工作到耗损期。定时维修能将设备恢复到规定的状态。视情维修的技术可行设备功能的退化是可探测的。设备必须存在一个可定义的潜在故障状态。设备从潜在故障发展到功能故障之间必须有一段较长的时间。“有效”的含义安全、环境、隐蔽性后果。能降低故障概率。使用性后果。PM费用小于故障后果损失和修理费用。非使用性后果。PM费用低于事后维修的费用。发

8、电厂设备系统实施RCM的原则性方法发电厂设备系统划分的一般原则和依据 ，建立发电厂设备系统的设备树发电厂设备系统的重要度评级（分系统及设备）发电厂设备系统的FMEA发电厂设备系统的LTA发电厂设备系统的重要度评级根据功能和故障后果对两类分系统评级。根据故障后果和可用率统计数据进行设备的重要度评级发电厂设备系统的FMEAFMEA的分析层次发电厂设备系统的FMEA FMEA的主要技术文件FMEA的分析层次系统分系统设备部件重要部件的重要部位发电厂设备系统的FMEA 功能、故障的分析故障模式（原因）和故障后果的分析功能、故障的分析本体及大型设备构成的分系统功能、故障的分析方法和描述原则。管、阀类分系

9、统功能、故障的分析方法和描述原则设备的功能、故障分析方法和描述原则。复杂、重要设备部件的功能、故障分析方法和描述原则故障模式（原因）和故障后果的分析两类分系统的故障模式（原因）和故障后果的描述原则。设备故障模式（原因）和故障后果的描述原则。复杂、重要设备部件的故障模式（原因）和故障后果的描述原则FMEA的主要技术文件功能的分析：功能结构框图和功能索引表。故障的分析：功能、故障分析表。总体规划：故障、元素关联索引表。故障后果分析：元素故障模式、故障后果、故障原因分析表重要故障模式汇总表发电厂设备系统的LTALTA的起点：重要故障模式汇总表以分系统为分析单元，确定维修工作类型的基础研究工作以设备为

10、基本分析单元，LTA确定维修工作类型以分系统为分析单元，确定维修策略的主要研究工作汽轮机本体的维修策略：定时维修和视情维修的“技术可行”和“有效”的研究，影响大、小修周期的因素分析。高、低加，除氧器的维修策略：视情维修的“技术可行”的研究备用设备和保护装置的维修策略：隐患检测的“技术可行”的研究管、阀类分系统的维修策略：“陪修策略”和“状态监控”策略的经济性分析。美国EPRI的优化维修介绍MODERN RELIABILITY现代可靠性Most equipment does not become more likely to fail as it gets older: 许多设备不会随着使用时间

11、的增加而更容易产生故障History shows majority of equipment does not follow all parts of classic bathtub curve. Approximately 60% only show 1 & 2. 历史数据表明，大多设备并不完全依照经典的“浴盆曲线”发展，约60的设备只有时期1和2。Time 时间Failure Prob.故障率1.Infant Failures1.早期故障期2. Externally Caused, or “Random” Failures2. 外因故障，或偶然故障期3. Wearout3. 耗损期MODE

12、RN RELIABILITY现代可靠性Most equipment does not reach wearout portion in normal operating life (due either to failure or survival), or does not undergo “wearout” mechanisms. 在正常运行寿命中，因为或者失效或者保持正常运行，许多设备不会达到耗损期，即不会经历耗损机制。The danger of time based intrusive maintenance 基于时间的侵入维护危险性Failure Prob.故障率Time 时间Int

13、rusive Maintenance侵入维护Necessity for Streamlining the Classical RCM Approach精简经典RCM 方法的必要性Classical RCM made sense for airline industry because of wide spread application of results (hundreds of the same plane model)经典RCM对航空工业很有意义，这是由于其结果(数以百计的相似飞机模型)的广泛应用。Power plants initially utilized classical RC

14、M and proved to derive good results but found too costly - SRCM requires less than 1/3 of the resources needed for classical RCM for the same components电力电厂最初利用经典RCM 并证实能产生好的结果，但同时发现成本太昂贵。对同一元件SRCM只 需要比经典RCM 少1/3的资源。Power industry validated streamlined process that derived essentially identical resu

15、lts as classical approach but requiring only 1/4 to 1/3 the resources (SRCM) 电力工业验证了精简过程，从本质上都源于经典方法，然而只需1/4到1/3的资源 (SRCM)Other industries have now adopted SRCM because it is more cost effective and can be implemented; SRCM does require a higher level of experience to perform initially.目前，由于SRCM 本轻利

16、厚及其可实施性的优点，其它工业也已经采用SRCM；SRCM 确实需要更多经验进行初始化运行。 SRCM IS PROVEN BY APPLICATION 精简经典RCM 已通过应用验证。四种基本的设备维修策略事故维修预防维修预知维修状态维修事故维修又称故障维修1950年代前占主导地位运行人只负责运行，维修人员专门负责维修有故障修，没有故障不修预防维修又称定期维修前苏联(中国)的计划预修制美国的预防维修制（补充了维修的经济性）理论基础：摩擦学、磨损理论减少事故停机，消除部分潜在故障预知维修产生于预防维修之后，改进了定期维修方式，向传统的以时间为基础的预防维修体制提出了挑战。预知维修依赖于硬件和软

17、件来记录故障和评价系统的早期阶段。由于缺乏完整、连续的数据采集系统，故预测不够准确从预知维修到状态维修随着监测手段的进步和计算机的发展，80年代形成了更为完善的体制，即状态维修。状态维修是相对事后维修和以时间为基础的预防维修而提出的，其定义是：在设备出现了明显的劣化后实施的维修，而状态的劣化是由被监测的机器状态参数变化反映出来的。生产维修体制 四种具体的维修方式：维护预防：在设计制造阶段就考虑设备的可靠性和维修性，从根本上防止故障和事故的发生，减少和避免维修。事后维修：最早期的维修方式，出了事故再修；对于简单或不重要的设备，采用这种维修方式比较经济。改善维修：不断利用先进的工艺方法和技术，对设

18、备进行改造，改正设备的某些缺陷和先天不足，提高其先进性、可靠性及维修性，提高设备的利用率。预防维修：包括定期维修和预知维修两方面的内容。全员生产维修体制Total Productive Maintenance，1970年由日本提出。对美国生产维修体制的继承，有英国综合工程学的思想，吸收了中国鞍钢宪法中工人参加、群众路线、合理性建议及劳动竞赛的做法。定义：以最高的设备综合效率为目标；确立以设备一生为目标的全系统预防维修；设备的计划、使用、维修等部门都参加；企业最高管理层到第一线职工都参加；开展小组的自主活动来推动生产维修。特点：全效率、全系统和全员参加。点检对设备进行定人、定点、定项、定法、定量

19、、定标、定期的检查。找出设备的异状，发现隐患，组织维修，将故障消灭在萌芽阶段的一种管理方法。9/18/20223一、定人传统设备检查维修，具有巡回性质或人员不固定性；现代化设备机件复杂、种类繁多，检查人员的流动性，会使检查效果降低；巡回检查的时间间隔，常常不能发现设备隐患；人员的流动性，常常带来责任不明、职责不清的毛病。而点检管理，是固定点检区内的人员，作到定区、定人、定设备，设备的一切故障维修均由点检人员负责。二、定项它是点检管理的核心。一台设备由众多部件组成，对每个组成部分，定期检查显然并不必要，也不可能。这就需要对其主要的易损部分、关键部件进行检测，以保证整个设备的正常运行。定点就是经技

20、术分析确定每台设备的主要维护点、经常性故障点，点检人员按标准有计划地对确定的部件逐点进行预防性检查。这些“点”得到保障，整台设备就不会有问题。三、定点确定每一个检查点、维护点及主要检查、维修项目，每一个点可能检查一个项目或多个项目。四、定法固定检查的方法：是人工观察还是工具观察，是普通仪器还是精密仪器。五、定量在点检的同时，对会产生的磨损、变形、腐蚀等损耗量的点，把技术诊断和趋势性管理结合起来，根据维修技术标准的要求，进行裂化趋势的定量化管理，以确定其裂化趋势程度，达到预知维修的目的。六、定标规定点检标准是检查设备是否正常的依据和是否裂化的尺度。如油温的控制，若设备运行时的油温超标，将可能有问

21、题，应找出原因并采取必要措施，消除隐患，恢复正常状态。七、定期固定点检的周期，按不同部位、不同项目、内容，分为不同的周期进行点检，如油温为三日检、油量为周检、泄露时日检、油质品质的劣化为年检等，点检的周期随着点检人员的水平、素质的提高、经验的积累，可不断进行优化，确定最佳周期。RCM以后果评价作为维修方法选择的依据对潜在故障使用强制性的预防维修。对危害安全的故障使用强制性的预防维修方法；若没有降低故障灾害的维修方法，则应考虑设备或部件的重新设计。或非运行的经济性故障，应根据经济合理性来决策。维修策略包括：状态维修、预防维修、事后维修和技术改造。RCM的维修模式如故障特征是以磨损为主，而状态监测

22、又比较困难或费用较大，且平均故障间隔期较长，则应首选定期维修。如同样是磨损故障，或状态监测容易、费用小，或平均故障间隔较短，则应把状态监测放在首位。对于随机故障为主的故障，如平均故障间隔较长，应首选定期维修；对于处于耗损区，则应首选状态维修。如随机故障发生频繁，不论平均故障间隔长短，均应首先考虑改进维修；其中故障间隔较长的故障，还可以依次选择事后、状态维修；而频繁发生的故障，还可以依次选择状态、事后维修方式。RCM应用（排序）收集各类信息：运行要求、限制条件、主系统、子系统部件的功能和位置、关联性和独立性。系统功能划分：构造代表电厂功能系统的可用性图（ABD），表明子系统和各系统之间的独立性和

23、相关性。故障树分析：在ABD上标明每系统故障之间的关系，故障模化做到每一个部件。按可用性排序：计算平均故障时间（MTBF）和平均停机时间（MDT）；根据每一部件对系统可用率的贡献，进行排队，排在前列的部件对系统运行的影响大；最有效的维修应集中于排在前面的设备。RCM应用8个火电厂、1个核电厂；1985年开始RCM。第一阶段的原则：逐步开展；RCM人员培训；分析电厂运行和维修的数据，发现空气系统存在阀门卡涩、湿度太大和带油问题，给水泵存在机械密封、电动机和泵的轴承故障等问题。首选锅炉给水泵和空气系统实施RCM，它们对系统的影响大和维修成本高。 1987年初完成了8个电厂给水泵和空气系统的RCM分

24、析。RCM应用第二阶段从1987年中开始：对整个电厂（Arthur Kill）进行RCM分析；开始开发RCM专家系统；完成RCM高级培训课程；开始输配网的RCM。RCM辅助手段：开发振动数据采集系。1988年后，在Indian Point Nuclear Plant 开展燃油泵和Hotwell泵的RCM，在应急柴油发电机开展RCM，也考虑锅炉和汽轮机主要设备RCM应用实例85年第一例：Turkey Point (Florida Power & Lingt）#3 和#4机（1973年投运）的冷却水系统（包括管道、泵、阀门、换热器等设备和部件）；86年第二例：McGuire Nuclear（Duk

25、e Power）# 1机（1982年投运）的给水系统（汽动给水泵和汽轮机、管道、阀门、高压加热器、调节器和相关设备及控制系统）；RCM比PM降低了3040的人力和材料消耗。RCM应用实例在美国之外，法国电力公司应用RCM改进了核电站的维修程序；1992年ASME会议报道，共有36家核电站采用RCM技术；有一些公司考虑成本和测量方面的困难，最后没有采用RCM。RCM应用基本程序设备的选择；功能和功能故障的确定；确定每一故障的后果，根据故障后果选择最有效的维修；按RCM规定程序完成维修。RCM应用的益处1、减少预防性维修；2、减少校正性维修；3、更多的状态监测；4、维修成本的降低；5、更多的系统性

26、维修； 6、更少的维修时间；7、备品备件的降低；8、维修计划质量的提高；9、维修记录的更有效利用；10、计划和管理系统的改进；11、更综合的文件；12、决策更为有效；13、运行性能的改进；14、更长的电厂使用寿命；15、电厂可靠性的改进；16、有效性的改进；17、更大的安全性；18、环境影响的减少；19、维修的优化；20、员工积极性的提高；21、更好的小组活动；22、更多的机会引入新的综合技术；23、知识的交叉利用；24、更有效的技术员工的培训；25、更高的长期效益；26、改进的运行反馈； 27、改进的电厂设计。RCM应用可量化的效益1、直接维修劳动力的减少；2、间接运行人员的减少；3、备品备

27、件的减少和购买劳动力的减少；4、办事人员、计划和管理人员的减少；5、加班费的减少； 6、人员培训费用减少；7、转包商的费用减少；8、维修的一般消耗减少；9、废品及其处理减少；10、成本降低；11、更可靠的消费服务；12、更高的产品质量；13、更高的生产率；14、更长的使用寿命；15、资本消耗降低；16、维修技术和服务的投资减少。概括起来：人力节余；材料节省；销售改进；运行费用降低。返回设备五项指标 必须停掉主机才能隔离的设备或主机运行期间可隔离，但隔离后如主机再故障可能造成严重后果的设备 系统或设备隔离后， 虽不影响主机连续 运行，但影响机组 出力的系统或设备 系统或设备隔离后， 虽不影响主机

28、连续 运行，但降低安全 系数、影响经济运行系统或设备隔离后，与机组的安全、经济运行无关或关系不大的系统或设备 环保费用效率安全性可靠性综合评估确定分级A级B级C级D级设备实行分级管理 根据分级确定检修策略计划检修为主，加强状态检测检修策略状态检修为主，适当采用计划检修检修策略故障检修检修策略状态检修检修策略全面设备质量管理系统(TMMS)设备主帐检修计划缺陷处理状态检测备件库存备件采购成本分析保修索赔领 导 查 询系 统 维 护技术监督管理TMMS中维修工作单处理流程人力安排工单计划物料清单完工工时安技措施维修记录检测记录工单完成 工单反馈 工单打印发放 领用物料财务总帐输出 检修工艺工作票打

29、印设备维修成本设备维修历史电气诊断小组汽机诊断小组化学诊断小组状态监测诊断小组锅炉诊断小组热工诊断小组领导小组组长：生产副厂长 工作小组组长：检修副总 燃料诊断小组灰水诊断小组状 态 检 修 组 织 机 构精密诊断小组汽轮机重要部件寿命管理系统主界面寿命监测系统图之一实时高中压转子瞬态温度差分计算实时高中压汽缸瞬态温度差分计算高中压转子温差和热应力实时计算汽轮机重要部件寿命管理系统菜单界面华北电力大学振动及强度实验室汽轮机重要部件寿命管理系统显示华北电力大学振动及强度实验室汽轮机重要部件寿命管理系统显示汽轮机重要部件寿命管理系统显示汽轮机失效部件分析模块主界面汽轮机失效部件分析模块分析功能汽轮

30、机失效部件分析模块分析功能汽轮机失效部件分析模块分析功能 二、以可靠性为中心的状态检修 三、材料劣化的研究 四、机组设备性能监测与分析 一、状态检修的概述 五、以可靠性为中心的状态检修的应用 六、火电厂部件状态评估系统(ALIAS)火电厂部件状态评估系统（MPA STUTTGART开发，德国 ）Advanced Life Assessment System (ALIAS)火电厂部件状态评估系统（1）火电厂部件状态评估系统（2）火电厂部件状态评估系统(ALIAS) ALIAS是欧洲开发的最大的火电厂部件状态评估及寿命管理软件包, 1990年德国国家材料检测院MPA STUTTGART开发，199

31、6年完成。该软件的目的是希望变成寿命管理软件的微软Microsoft”。 目前主要用于高温管道、锅炉部件和汽机静止部件等。目标: 支持工程师进行发电站的重要和高温部件寿命及状态管理，支持电厂的年度检测。 支持使用者所有工作步骤：数据和文件管理、工程分析、决策和报告的准备。 火电厂部件状态评估系统(ALIAS)ALIAS的技术优点电厂数据采集、追忆、数据挖掘，提供优化管理，且随时了解电厂部件状况。提供决策依据，如运行/维修/更换等。根据部件重要性列出维修部件清单并排序。经济性的优势增加效率-迅速的途径来处理收集到的信息。降低成本-由于建立在新技术基础上的优化决策而减少了成本。优化的性能-价格比-通过完全可升级的模块来实现。ALIAS的应用领域剩余寿命评估;检修和决策;维护和检测。传统的剩余寿命评估与ALIAS完整的剩余寿命评估的比较传统的剩余寿命评估仅评估单一部件，它是无组织的且不可比的。而ALIAS所提供的综合的方法使得这些模块相匹配。它们通过将一些单一的模块，如背景信息、部件数据、材料数据、咨询、监测、计算和无损检测等有机地组合起来（如同智力拼图玩具一样）。