電廠金屬鍋爐表面缺陷故障分析及預(yù)防措施

邢天彪

（浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 金華 321100）

火力發(fā)電是利用可燃物在燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能，通過(guò)發(fā)電動(dòng)力裝置轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電方式，根據(jù)動(dòng)力裝置的不同，火力發(fā)電可分為燃煤汽輪機(jī)發(fā)電、燃油汽輪機(jī)發(fā)電、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電以及內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。在整個(gè)電力產(chǎn)生的來(lái)源上來(lái)看，火力發(fā)電仍占領(lǐng)電力絕大部分市場(chǎng)，隨著社會(huì)新材料、新技術(shù)的發(fā)展，以及互聯(lián)網(wǎng)+、新一代信息技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，火力發(fā)電過(guò)程的安全性進(jìn)一步提高，適應(yīng)我國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。

電站鍋爐是整個(gè)火力發(fā)電企業(yè)三大主機(jī)設(shè)備之一，由于鍋爐是由鍋爐本體、煙道、爐膛、通風(fēng)道等幾個(gè)關(guān)鍵部分組成，特別是超臨界直流鍋爐[1]。發(fā)電企業(yè)鍋爐應(yīng)當(dāng)從安裝、使用、維護(hù)都需要智能化管理，從全生命周期的角度提升鍋爐安全可靠運(yùn)行的性能[2]。清華大學(xué)王傳峰等人[3]基于概率魯棒性理論，針對(duì)過(guò)熱汽溫這類工況參數(shù)對(duì)模型參數(shù)有較大影響的對(duì)象，提出了一種固定參數(shù)的串級(jí)魯棒PID控制器設(shè)計(jì)方法。燕山大學(xué)牛培峰[4]從人工智能角度出發(fā)，提出了新的機(jī)器學(xué)習(xí)方法（相關(guān)向量機(jī)）對(duì)某330MW煤粉汽包鍋爐的一、二次風(fēng)速以及含氧量等26個(gè)輸入?yún)?shù)和NOx輸出結(jié)果進(jìn)行建模研究。劉瑋[5]針對(duì)超超臨界機(jī)組在線化學(xué)儀表運(yùn)行情況，并且通過(guò)對(duì)某電力公司下屬8家發(fā)電企業(yè)16臺(tái)超臨界機(jī)組在線化學(xué)儀表運(yùn)行進(jìn)行普查，從維護(hù)方式及人員資質(zhì)、校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)器具、維護(hù)制度規(guī)范方面論證了維護(hù)管理對(duì)整個(gè)體系可靠性的關(guān)鍵性作用。

以某電廠中的金屬鍋爐表面缺陷作為研究對(duì)象，分析金屬鍋爐表面缺陷產(chǎn)生的原因，再針對(duì)鍋爐表面缺陷深層次原因，采用魚(yú)骨圖分析方法，再針對(duì)產(chǎn)生鍋爐表面缺陷建立的故障樹(shù)，根據(jù)故障樹(shù)提出表面缺陷故障的預(yù)防措施，能夠進(jìn)一步地減少鍋爐發(fā)生故障的幾率，提高鍋爐的安全可靠性。

1 魚(yú)骨圖分析模型與分析

魚(yú)骨圖從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)方面系統(tǒng)全面地分析鍋爐表面缺陷故障產(chǎn)生的原因。由于鍋爐在制造過(guò)程以及后期使用過(guò)程中，金屬表面出現(xiàn)諸多裂紋缺陷，裂紋缺陷是屬于鍋爐的最大安全隱患。鍋爐本體和受壓組件表面容易出現(xiàn)這類裂紋缺陷，而裂紋的產(chǎn)生、變化等數(shù)據(jù)均屬于安全管理的范圍。例如，焊接裂紋，由于鍋爐焊接過(guò)程中，由于焊接生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，產(chǎn)生焊接熱裂紋和焊接冷裂紋。其次還涉及苛性脆化堿腐蝕裂紋這類腐蝕裂紋以及由于鍋爐長(zhǎng)時(shí)間使用，導(dǎo)致的疲勞裂紋和腐蝕性疲勞裂紋。

表面缺陷故障的產(chǎn)生原因眾多，例如，鍋爐的水冷壁管是鍋爐受熱部件，設(shè)置再鍋爐爐膛四周，作用是吸收膛中高溫火焰的熱量，在管內(nèi)產(chǎn)生蒸汽或熱水，由于在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，膛中的火焰溫度過(guò)高導(dǎo)致?tīng)t管向火面表面出現(xiàn)斷裂、腐蝕、磨損等問(wèn)題。

根據(jù)實(shí)際情況建立魚(yú)骨圖分析模型，針對(duì)鍋爐表面出現(xiàn)的腐蝕等故障問(wèn)題進(jìn)行分析，從人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)方面進(jìn)行分析。

例如，在檢查鍋爐表面的傳統(tǒng)方法不能很好地滿足表面缺陷微量的變化，檢測(cè)的精度往往不能很好地見(jiàn)微知著，從而導(dǎo)致很多隱形的問(wèn)題一直處在“忽視的狀態(tài)”，采用精度更高的CCD工業(yè)相機(jī)檢測(cè)等方法可以較好地避免這類問(wèn)題。并且人員的不定期檢查往往不能實(shí)時(shí)地反映出鍋爐的微量變化，建立在線的監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)，實(shí)時(shí)地將數(shù)據(jù)傳輸至控制中心。

圖1 魚(yú)骨圖模型

2 鍋爐表面缺陷與故障樹(shù)分析

根據(jù)不同的故障類型，建立故障樹(shù)，故障樹(shù)節(jié)點(diǎn)之間能夠反映出故障產(chǎn)生的原因以及故障的層次關(guān)系，能夠不斷地豐富故障的“葉”，進(jìn)而能夠建立更為系統(tǒng)的故障診斷的數(shù)據(jù)庫(kù)，不斷地完善鍋爐表面缺陷產(chǎn)生的原因，借助5Why的方法，不斷地層層遞進(jìn)分析故障產(chǎn)生的原因。

圖2 故障樹(shù)模型

通過(guò)故障樹(shù)層次遞進(jìn)，通過(guò)步驟S1到步驟S8的層層遞進(jìn)，可以更好地分析出故障產(chǎn)生的原因。

步驟S1，識(shí)別問(wèn)題，在方法的第一步，盡可能地清楚表達(dá)問(wèn)題的本身，例如，鍋爐表面的缺陷的具體表現(xiàn)形式。

步驟S2，澄清問(wèn)題，更清楚地理解和發(fā)現(xiàn)，實(shí)際發(fā)生了什么，應(yīng)該發(fā)生了什么。

步驟S3，分解問(wèn)題將問(wèn)題分解為小的、獨(dú)立的元素，是否有子問(wèn)題，可以借助故障樹(shù)中先分解為子問(wèn)題，然后進(jìn)一步進(jìn)行問(wèn)題的求解。

步驟S4～S8，查找焦點(diǎn)集中的實(shí)際要點(diǎn)，掌握有關(guān)問(wèn)題的關(guān)鍵信息，把握問(wèn)題的傾向，例如：發(fā)生故障的頻次等，確定異?，F(xiàn)象的直接原因，從而建立一個(gè)“原因-效果”關(guān)系鏈，采取明確的措施去解決。

根據(jù)分析出來(lái)的原因后，建立一系列預(yù)防措施，預(yù)防故障發(fā)生，例如，需要對(duì)鍋爐及受壓元件的制造材料上予以更為嚴(yán)格控制，企業(yè)內(nèi)部建立重點(diǎn)區(qū)域的安全隱患排查制度。建立更為科學(xué)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，針對(duì)系統(tǒng)分析出的故障點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)排除。

3 結(jié)論

通過(guò)分析電站鍋爐表面裂紋缺陷，為了能夠使得鍋爐更為安全可靠地運(yùn)行，建立以魚(yú)骨圖與故障樹(shù)的分析方法和模型。能夠?qū)⒍喾轿坏亩嗑S地對(duì)鍋爐表面缺陷故障的原因進(jìn)行系統(tǒng)和深入地分析，建立企業(yè)級(jí)的鍋爐有可能出現(xiàn)故障的位置以及故障類型、故障具體信息。

由于鍋爐子系統(tǒng)較多，建立系統(tǒng)地故障樹(shù)和故障地圖需要更多的數(shù)據(jù)和時(shí)間的積累，并且目前鍋爐的技術(shù)也在進(jìn)一步地突破，建立有效地電廠內(nèi)的鍋爐故障分析方法學(xué)，并能夠提出有效的預(yù)防措施，能夠?qū)φ麄€(gè)電廠起到至關(guān)重要的作用，未來(lái)進(jìn)一步努力的方向即為通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化的手段更好地監(jiān)測(cè)整個(gè)電廠的運(yùn)行和鍋爐的健康，乃至生命周期的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)。