1前言
装备的维护和检修是指在装备使用期内,为使其年夜限度地阐扬自身功能而进行的一系列工作。它其实不同等于故障发生后以补修为主的装备修理。由于经济的低迷,电力需求增加较慢；同时,为顺应市场的自由化必需下降成本。在这类布景下,新厂建设只好暂缓。此外,为削减C02排放,发电电源主体转向核能发电,使得火力发电的装备投资逐渐削减。然而,对旧装备的维护而言,掌控调养和维修的好投资长短常重要的,由于削减投资正成为用户的性研究课题。
虽然如斯,但发电厂事实已成为社会资本组成的根蒂根基。假设一味地以削减装备修缮成本为条件,压缩修补工作,必然会招致意外停机,从而造成极年夜损失。这样说其实不夸张,1996年美国年夜规模停电和比来的加里佛尼亚电力危机就是实例。随着IT时代的到来,在看待修补用的装备投资问题上,对停机带来的损失的评价越来越重要。尤其值得注重的是,有些装备要求如动态后援系统(DSS)的使用等,已超越了当初的建设预想。为知足用户这类变更的需求,一些老龄火力发电装备正被过度使用着。另外,对于那些持久处于高启动次数状态的多年老厂,假设不在适那时期接纳适当对策,势必会因装备功能下降而致使经济损失增年夜。
凭据2000年7月批改的〈电力事法〉划定.装备维护属于装备制造者的自立责任。延长定检周期,有助于削减定检成本等固定费用。这样,知足装备使用需要的调养和维修就变得很是重要口是以,对旧装备的预防保修来说,若何在削减投资的根蒂根基上找出好技资,若何把维修成本下降所引发的损伤危险控制在低,成为要害所在,如图1所示。
2老火电装备的调养和维护面临的情况
2.1日本国内分歧电力来历的发电组成
凭据资本能源厅HP公布的分歧电力来历的发电,在新的1996年数据中,火力发电占全数发电的55(见图2)。同之前相比,液化自然气(LNG)和燃煤火力的比例有所增加,燃油
(石油)火力的比例下降。从此,随着核能发电的增加,预计全数火力发电的比例在2010年将下降到41左右。虽然如斯,火力发电从此仍将是负荷调整的主体,这一点不会改变。
2.2本公司制造汽锅的运行时间和启动次数
由本公司交货的、以重油、煤和LNG为燃料,面向电力公司的成套装备已跨越70套。在这些装备的使用状态中,运行时间和启动次数如图3所示。图中年夜小分歧的困点儿即代表各装备启动次数的几多。启动次数高的达3700次。同燃煤火力相比,重油和LNG火力装备启动次数多,运行时间短。此外,老龄火力发电装备已从建设当初的基本负荷运行转向近年来的调峰运行,所以启动次数增加。20世纪50、60年月起头运行的多年燃油火力发电装备(图3虚线框内所示),同20世纪70年月以后投运的火力发电装备相比,虽然运行时间未变,但启动次数却增加了。
多年的燃油火电装备年启动次数增加的例子如图4所示。该装备在建成以后承当基本负荷,近年来则承当着调峰使命,故启动次数增加。自投运至今共启动约300次,已超越当初的设计条件。从此,有需要做出针对未来形势的预防损伤计划。多年的火力发电装备,正处于以下所述的获得过度使用的状态。
a.正在进进老化期。
b.成为因电力市场自由化而实施成本削减的对象。
c.因调峰而增加了启动频率,负荷变化增年夜。
d.希看与新装备有不异的可信度。
e.希看有与延长定检周期相匹配的措施。
3多年火电装备的调养和维修
针对旧装备的调养和维修工作,需要建立一套能把建设当初的部位和更新部位综合斟酌的调养维修计划。该计划的制定,取决于以电力来历组成变化为依据的装备使用方针(残剩使用寿命、预想启动次数、负荷变化率)和装备自己的状态(历史治理、状态监视、检查成效)等身分。
此外,对于未来可能泛起的损伤影响的猜想、现状确认检查和监控等延续监视,也酿成建立调养维修计划的决议性身分。从这一角度动身,为实施高效化的调养和维修,在对当前装备状态进行监视的同时,还要看准装备未来的使用标的目的,合理分配维修预算。这一点关系到装备寿命周期成本的化问题,假设对残剩寿命诊断不准确,就不能肯定更换时间,也就没法确立好计划。
3.1残剩寿命诊断的需要性
美国曾报道过一家多年老厂,因高温厚壁管的焊接部损伤而造成了人身事故。据称损伤缘由是配管内压的应力和配管系统的热应力引发蠕变老化,在焊接热影响部位泛起的空穴酿成了裂纹。在日本,由于实行定期检查,定检进程中如发现损伤,在轻度状态下就接纳对策,所以未造成重年夜事故。可是,从此随着多年火力发电装备的增加,为避免类似事故发生,必需熟悉到残剩寿命诊断工作的重要性。高效率的调养和维修计划,除为延长定检周期而进行残剩寿命诊断外,还需要进行更普遍意义上的残剩寿命诊断,如各部位的延续检查、历史治理、状态监视等。残剩寿命诊断,分为破坏性检查和非破坏性检查。凭据检查部位母材或热影响区)及损伤发生缘由(蠕变或疲钝),可选用适当的检查方式。图5为残剩寿命诊断适用图。
3.2残剩寿命诊断技术
在残剩寿命诊断技术方面,本公司为实现寿命猜想高精度化,检查快速化,省力化及费用削减化,开发使用了以下新技术。
a.用激光显微镜做自动蠕变寿命评价；
b.超声波噪声分析法；
c.超声波TOFD法。
3.2.1哄骗激光显微镜进行蠕变寿命自动评价
对于汽锅高温构件(尤其是焊接部位)金属组织中泛起的蠕变空穴,以往都是从诊断部位收集复制试样后带回,再用肉眼对显微图像进行检测和判定,这类诊断不仅时间长,还需要熟练的检查员来做判定。为此,开发出孔穴现场自动识别系统(图6)。即用小型激光显微镜直接观察诊断部位,经由过程图像处置自动识别。这样,在现场的短时间内就能对损伤度做出评价。
空穴自动识别系统与以往复制试样方式的顺序比力见图7。同以往的复制试样法相比,诊断时间能缩短1/3,原来在现场和分析室需7周完成的作,现在只需2周现场作即可完成。与旧方式相比,可削减约60的工作(图8)。而且,使用这类小型激光显微镜可以直接观察短管管座焊接部等一些狭窄的部位,扩年夜了寿命评价的范围,诊断成效也能快速反馈,有益于提高对策作的效率。
该空穴自动识别系统的特点以下：
a.能在现场确认空穴；
b.能自动实施视野变换等接连作；
c.能自动计较,出空穴面积；
d.能控制因小我差异引发的误差。
3.2.2超声波噪音法
超声波噪音法就是在诊断部位概况设置旌旗灯号发生器,对概况波与次底面波回波之间的旌旗灯号进行色谱分析,从其成效检测出材料中存在的夹杂物(空穴),见图9。蠕变损伤,有时是构件内部损伤先于概况损伤而发生、成长,是以,材料内部的空穴检测同概况空穴检测一样,都是提高诊断精度的必需技术。超声波噪音法的特点是：不使用底面回波,故不受内部状态的影响；经由过程门电路设定,能对某些特定深度的部位进行评价。
超声波噪音法,在对易损伤的多年材料的检查方面有显著点。
对包括新材料在内的致密材料进行诊断时,噪声强度较低,而对于多年材料的空穴或有细小裂纹的诊断部位,噪声强度较高。假定新材料噪声强度为1,以此测定出诊断部位的噪
声强度比值(噪声值比),并计较出蠕变损伤比。
在焊接部位蠕变断裂实验中,实施超声波噪音法诊断的成效见图10。在母材部、热影响部及焊接金属上的蠕变损伤比与噪声值比的关系中,在蠕变实验引发空穴发生的B侧热影响部,噪声值比升高,从而得出与空穴发生相关的成效。
3.2.3超声波TOFD法
超声波TOFD法,是英国HARWELL研究所开发的一种检查方式,它与原来的超声波脉冲反射法相比,检测精度高,能用于龟裂进展的时效观察。此方式作为新的管壁内部检查法,也适用于前述的高温厚壁管发生的损伤。有关TOFD法,本公司开发出一种超声波图像模拟技术,即经由过程超声波的纵波/横波模式转换,破除有缺陷的叠影图像,凭据工钱缺陷的丈值进行超声波图像模拟。图11是2处工钱缺陷的实测值与模拟值的比力成效。除缺陷处外,在底部较近处还捕捉到与缺陷图相似的反射图像,即在现实缺陷上,经由过程纵波/横波模式转换而捕捉到的超声波叠影图像。经由过程丈可以事前掌控所发生的图像,从而提高测定精度。
3.3残剩寿命诊断进程
在进行残剩寿命诊断时,假设对所有部位都实施诊断,虽然对致密性简直认比力理想,但经济性坤较差。为此,需要对诊断部位加以选择。选择时斟酌的身分有装备使用条件、应力解析、调养维修履历和同类装备的损伤情况。
关于残剩寿命诊断,本公司在以往经验的根蒂根基上总结出了残剩寿命诊断流程(图12)。为确保诊断的可信度,不只要检查概况,对管壁内部也必需检查。其判定方式有空穴面积率法和超声波法。对裂纹的判定有TOFD法和MT法;针对分歧母材可以使用结晶粒变形法或碳化物组成测定法。另外,作为材料劣化指标,还需要掌控材料中不纯物所占比例。下面以易发生损伤的焊接部为例对残剩寿命的诊断方式加以介绍(图13)。依照诊断的顺序,划分在诊断部位的概况和内部实施诊断,再凭据诊断成效决议对策口关于图中所高的状态用点暗示;发生率低时,用白色暗示。凭据诊断部位概况及内部空穴发生状态的组合,可把空穴发生形态分为4种类型。要针对分歧的发生形态,划分实施对策,有时还需追加诊断。下面按残剩寿命从长到短的顺序,划分介绍几种情况下的判定基准和实施对策。
情况④：在诊断部位概况和内部,都检测到基准值以下的空穴,包括没有检测到空穴的情况在内,都可依照诊断出的残剩寿命肯定下次的残剩寿命诊断时间。
情况③：在诊断部位内部检测出跨越基准值的空穴。可以从内部损伤部位判定该空穴是制造时留下的缺陷仍是损伤引发的缺陷。假设是损伤引发的缺陷,要进一步判定裂纹的进展性。当判定为无进展性时,可同制造时的缺陷一样,等到下次检测时重新诊断。另外一方面,假设确认裂纹有进展时,就要接纳应急措施或在下次检测时接纳措施。
情况②:在诊断部位概况检测出跨越基准值的空穴。此时可在概况部位取一薄层,进行再次诊断。凭据诊断成效进行焊接修补,并在下次检测时重新诊断。
情况①:在概况和内部均检测到跨越基准值的空穴。这类情况可判定为构件整体泛起老化,一方面接纳补强等应急措施,另外一方面立即制定计划,待下次检测时更换。
3.4.1预防维护支持系统
要制定出合理的维修计划,实施维护状态支援维护作,开发了汽锅信息数据库化的一元治理系统——预防维护支援系统(汽锅维护治理系统)。数据库的项目有:汽锅各部位的设计信息,装备履历信息,汽锅规格,图纸信息等。哄骗这些信息,配合残剩寿命诊断成效,使维护作到达快速对应化和省力化。在对部位图与数据的相关处置方面,采用了地舆信息系统技术,即在画面上一点击,就会展开下一个画面。
3.4.2远距离监视系统
今朝,本公司的一套远距离监视系统正在运行中。公司可实时接收工汽锅的运行数据,并进行远距离的运行状态监视、异常迹象检测和趋向治理等。此外,还对照累积的运行事例,研究适合的运行方式,以便实现高效的装备使用和维护治理。现在,对于装备使用的数据正在堆集之中。
3.5低危险度维修(RBM)
危险治理的本在于,对某种水平上能控制成效的领域尽使其年夜化；而对于那些因果关系不定或完全不能控制成效的领域,则进行小化处置。现在,治理方面还有一套低危险度维修理论,即以提高平安性和下降成本为目的,对前面所述的预防维护支持系统和远距离监视系统的数据进行危险评价,反映装备维修经验,从而实现对亏弱部位进行有用的、年夜限度的维修投资。即RBM是把维修的危险控制在小的一种手段。这类手段一直作为装备治理的一个思绪,年夜多还停留在发生几率的概念阶段。在ASME和API的导向线上,标了然RBM的尺度化思绪。
所谓RBM,不只是简单地凭据装备制造年月、装备机关和组成等情况,统一划定治理内容温柔序,而是对装备更换的协调情况、缺陷检测精度、缺陷的补修往除等存在必然危险的环节,经由过程装备检查和补修实绩等对装备进行评价,从而肯定危险低的维修计划。
在日本,由于划定放宽(电力事法中划定了法定自立检查)和电力市场自由化的进展,也起头面临与欧美不异的情况。本公司在国内率先引进了欧美采用并取得功效的RBM系统(与承当21家电厂RBM顾问的英国AEATechnology公司联合)，用于火力发电厂及其它的工场和机械装备。这样，不仅是设计上的数据，就连迄今为止的运行历史、修缮历史等也都斟酌在内，做出合适装备现状的评价，所以，从此豫备在国内各类装备维修计划中推行。在欧美，RBM作为装备保险评定基准，其适用例子较多。RBM的“危险”可以用“该部位的损伤发生几率”与“损伤发生时修理与抵偿的价格”之积来暗示。该计较方式与保险签约时保险金的计较方式不异。
3.5.1RBM实施方式（作顺序）
RBM的实施，凭据诊断部位的损伤机理，定出破损易发生度的年夜小和危险年夜小，凭据危险年夜小，在矩阵图上定出“允许不成”、“带条件允许”、“计划变更”和“允许可能”4个阶段的危险品级。判定成效在矩阵图上标绘，凭据危险品级，依照统一基准决议各部位的对策。
RBM系统按以下作顺序实施(图17)。
a.制定目录(制定目录以避免评价项目漏掉)。
b.装备规格值(运行历史、评价刻日、经济性评价数据)。
c.立性评级(损伤机理界说与现条件下损伤发生危险的评定)。评价数据汇总后,起头进行具体的危险评价工作。实施时,以EPRI指导、英国CEGB数据、AEATechnology的经验及IHI的实绩为基准。凭据危险评级成效,分成平安性方面(人员风险)和经济性方面(经济风险),再用矩阵图对各部位的危险进行比力,将其中风险水平重的方面作为该装备评级判定的依据。将经济性和平安性的风险在危险评级图上标示。
d.再次危险评级(检验对策实施后发生损伤的危险)。针对定性危险评级,更改对策或使用条件,实行危险再次评级。将经济性和平安性风险的再评价成效划分标示在危险评级图上。
e.补修检查计划的拟定和化(装备修缮、检查实施计划)。
经由过程以上作的经常实施(实行定期检查等)和频频实施,可将危险控制在低限(图18)。
3.5.2实施例
今朝,对国内累计运行时间跨越10万h的600MW汽锅实施了危险评价,成效见图19。图
上侧暗示按现行检验基准进行的评价成效,部位A、B、C的5点标在了"变更计划"和"允许不成"栏内。图19的下侧暗示依照实施对策后检查基准重新评级的成效。对于A、C部位泛起的危险(高温氧化引发材料缺损),还没有对策,需要更新构件。(该评价是以建设后一直没修缮作为条件条件实施的,该部位现已凭据检查成效做了更新处置,从而下降了危险)。对于部位B,从只做致密性确认的PT检查改成能确认构件内部缺陷的UT检查,所以危险从"带条件允许"降到"允许可能"的品级。由于RBM评价与现实维修一致,加上检查方式的改变,使危险获得
下降。另外,由于装备接连运行时间从24个月变为48个月,部位D的危险增加了一级,危险品级是"带条件允许",经过继续检查,可到达"允许可能"的状态。
当检查精度较低时,会使那些同之前一样的危险存留下来。这样,想在总检查成本不变的情况下下降危险,就需把高危险部位作为检查重点,对没必要要的检查部位做省略或适当处置,从整体上下降危险(图20)。在美国,由于这类RBM的引进,装备的非运行率下降口1988年,经由过程引进危险治理法子,因再热器和过热器事故酿成的装备停机下降了1/3,运行率提高,取得实效(图21)，引进RBM的点见图22。
3.6多年材料的修补焊接
当检测到多年材料中的缺陷时，作为对策首先要更换材料，除此之外还可凭据材料的交货期、工期等条件，选择应急补修方式。在对多年老化部位进行更换和补修焊接时，要综合斟酌建造时就有焊接部位和多年材料堆集的损坏等身分。在欧美国家，实行允许裂纹存在的寿命治理方式，对该方面的研究较为深进，而日本处于合理补修焊接技术还没有成熟阶段，是以，对多年老厂STPA24的报废材料进行了补修焊接，并做出断裂评价。
焊接后的热处置，对该部位蠕变断裂强度的影响不年夜，可是，从焊接后热处置对焊接残余应力的往除、焊接热影响部位的软化、韧性的恢复等方面斟酌，就需要判定热处置的需要性了。另外，还对多年材料的母材、焊接金属的补修焊接部进行了蠕变断裂实验。成效讲明，向旧金属的传热，轻易发生在组织的蠕变强度低的部门。
以上实验成效讲明，对多年材料进行修补焊接时，蠕变强度较着下降，所以实施焊接时，尽往失落旧的焊接金属很是需要。
3.7修缮作高效率（炉膛中心踏梯）
本系统初是作为塔式汽锅运用而开发的，即在炉膛上部设置检查梯，检查梯的支持梁由电动输送装配从炉外送至炉内并架设。本系统对普通汽锅也能适用。在进行定期检查货修缮施工时，假设工期较短，那末架设通往炉膛上部的架梯就会遭到作时间的限制，这样，在炉膛中心设置一中心踏梯，会使通往炉膛上部的架梯从设置到撤除都能缩短工期，并有助于提高作的平安性。
4结语
本文介绍了运行多年汽锅的本体调养和维修技术，即以残剩寿命诊断为主的检查技术和RBM维修支援技术。多年火力发电装备使用条件的改变和电力市场自由化的成长，致使装备维修成本削减，这将对火电装备的维修造成很年夜的饿影响。在这类布景下，若何进行装备调养和维修，确保装备运行的高靠得住性，是年夜家普遍关心的问题。