鍋爐設(shè)備故障分析及其應(yīng)用

（沈陽(yáng)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110036）

鍋爐設(shè)備故障分析及其應(yīng)用

包鋼

（沈陽(yáng)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110036）

鍋爐是一種使用較為普遍的熱能交換設(shè)備，而在鍋爐設(shè)備的日常使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)許多的故障，本文就鍋爐設(shè)備故障分析及其應(yīng)用展開了探討與分析。

鍋爐設(shè)備；故障分析；應(yīng)用

隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，鍋爐設(shè)備在企業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，其安全生產(chǎn)也更受重視。這就需要對(duì)鍋爐設(shè)備的故障檢修以及日常維護(hù)工作進(jìn)行革新與發(fā)展。

1 鍋爐的工作原理

鍋爐設(shè)備是一種將水加熱的熱交換工具，在鍋爐進(jìn)行工作時(shí)，會(huì)通過燃料的燃燒產(chǎn)生熱力，并將熱力傳送給鍋爐中的水，再通過水沸騰汽化的過程。在鍋爐裝置中，大體上可以分為六個(gè)部分，即鍋爐的主體部分、燃料的供應(yīng)部分、制粉系統(tǒng)部分、除塵系統(tǒng)部分、燃燒部分以及煙風(fēng)系統(tǒng)部分。

在鍋爐的主體部分中，包含了預(yù)熱裝置、爐膛、燃燒裝置、煙道、再熱裝置、省煤器、汽包、過熱器、水冷壁等眾多的小的零件部分。在這些裝置中，鍋爐的爐膛是燃料進(jìn)行燃燒的地方，在爐膛中燃料進(jìn)行燃燒釋放出熱量，而在爐膛的內(nèi)側(cè)則安裝了受熱的裝置即水冷壁，其功能是用來收集燃燒時(shí)產(chǎn)生的輻射熱，在水冷壁的接口處會(huì)與鍋爐的汽包以及聯(lián)箱進(jìn)行銜接。省煤器是用來節(jié)約燃料的使用程度，主要由一組蛇形管道組成，利用在鍋爐煙道里的熱量重新給水加熱，可以極大程度的節(jié)約燃料，汽包是在爐膛的頂部，在汽包的內(nèi)部有著可以將水與汽進(jìn)行分離的裝置，可以將水蒸氣收集起來再次傳入過熱器中進(jìn)行加熱。而過熱器設(shè)置在爐膛的出口上，是用來為水蒸氣降溫重新還原冷卻成水，而再熱裝置布置在煙道的頂部，通過擋板進(jìn)行調(diào)整。

2 鍋爐故障的特點(diǎn)

在當(dāng)前的鍋爐設(shè)備中存在著許多不同的功能系統(tǒng)，例如供煤、蒸汽、供水等部分，而在這些部分中又細(xì)分為許多的設(shè)備。所以在進(jìn)行鍋爐設(shè)備的故障檢測(cè)時(shí)需要有很多相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行比較，同時(shí)由于設(shè)備內(nèi)部的零部件較多，也極易發(fā)生鍋爐設(shè)備的故障，在對(duì)鍋爐設(shè)備的故障進(jìn)行分析時(shí)可以總結(jié)出以下幾個(gè)特點(diǎn)。

2.1 分層性

在鍋爐設(shè)備的故障中，許多的故障都會(huì)表現(xiàn)出鮮明的層次特點(diǎn)，在鍋爐中出現(xiàn)的故障大多數(shù)都會(huì)與故障零件所在的系統(tǒng)有直接的聯(lián)系，許多較高層次的鍋爐故障是由于小故障沒有及時(shí)得到維修才逐漸演變成的，所以說在鍋爐設(shè)備中較高層次的故障大多數(shù)是由小故障引發(fā)的。

2.2 關(guān)聯(lián)性

在鍋爐設(shè)備中許多的故障都會(huì)引起同一系統(tǒng)中其他零部件出現(xiàn)故障，引起橫向性的連鎖故障，造成這一現(xiàn)象的主要原因是由于在鍋爐的各個(gè)系統(tǒng)中每個(gè)小的零部件的參數(shù)都是相互關(guān)聯(lián)的，所以一旦有一個(gè)零件出現(xiàn)故障就很容易導(dǎo)致其他的部件出現(xiàn)失靈。比如在鍋爐的加熱過程中，一旦爐膛的溫度過高，則所有與爐膛溫度相關(guān)的參數(shù)都會(huì)出現(xiàn)變化。

2.3 延時(shí)性

在鍋爐設(shè)備中許多的故障都并非立即發(fā)生的，通常鍋爐內(nèi)的故障在一開始的時(shí)候并不會(huì)顯現(xiàn)出來，而是經(jīng)過了一段時(shí)間的積累，使得零件的故障情況越來越嚴(yán)重才會(huì)突然的爆發(fā)出來。比如在鍋爐的汽包中，如果其氣壓過高的話并不會(huì)直接導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)故障，但是在一段時(shí)間之后，這一現(xiàn)象將造成整個(gè)水蒸氣系統(tǒng)的故障。

2.4 不確定性

在鍋爐的使用過程中，并不是所有的故障都是有著內(nèi)在的聯(lián)系，也有可能是其他的原因造成鍋爐零件出現(xiàn)故障，這些不確定的因素也極大程度的增加了鍋爐設(shè)備進(jìn)行維修檢測(cè)的難度。

3 在鍋爐故障中進(jìn)行分析的應(yīng)用

3.1 分層分析法

分層進(jìn)行鍋爐故障的分析可以有效的將定性檢測(cè)以及定量檢測(cè)結(jié)合起來，可以將原本復(fù)雜的分析方式變的直接明了。所謂的分層分析方式就是將鍋爐設(shè)備的故障進(jìn)行量化處理，并用數(shù)字予以表示出來。將鍋爐設(shè)備的各個(gè)零件出現(xiàn)故障的可能因素一一列舉出來。例如在鍋爐設(shè)備中可以使用一到九的標(biāo)注方式，將鍋爐的某一系統(tǒng)中的零部件分別列舉到表格中，然后用數(shù)字表示其中的重要程度。通過這種方式可以建立起一個(gè)有效的鍋爐設(shè)備故障的層次結(jié)構(gòu)，可以從整體的角度去分析鍋爐設(shè)備出現(xiàn)故障的所有原因。

3.2 鍋爐設(shè)備專家系統(tǒng)分析法的建立

在鍋爐設(shè)備的檢測(cè)中，也可以使用專家系統(tǒng)進(jìn)行鍋爐設(shè)備的檢查。在專家系統(tǒng)的檢查中通常是由一個(gè)較小卻相對(duì)結(jié)構(gòu)完善的系統(tǒng)開始的，而在專家系統(tǒng)進(jìn)行建立時(shí)，通常要經(jīng)過幾個(gè)步驟。

3.2.1 建設(shè)相關(guān)的知識(shí)庫(kù)

首先是將鍋爐設(shè)備中的相關(guān)知識(shí)轉(zhuǎn)化為進(jìn)行研究的問題，其次將這些知識(shí)進(jìn)行概念化的處理，例如在鍋爐設(shè)備專家系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)包括了相關(guān)的數(shù)據(jù)的種類，當(dāng)前已知的信息、針對(duì)問題的所得出的原因、以及系統(tǒng)中的控制方式等。接著將這些概念進(jìn)行形式化處理，在這一過程中需要將知識(shí)的結(jié)構(gòu)以及表達(dá)形式轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)中能夠識(shí)別的方式。再次，將這些形式化的知識(shí)編寫規(guī)則，即是指通過編程語(yǔ)言將這些數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中，使得這些知識(shí)可以被計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別。最后將這些規(guī)則合理化，通過檢查對(duì)這些規(guī)則進(jìn)行確認(rèn)。

3.2.2 原始知識(shí)庫(kù)的調(diào)整

在建設(shè)專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)之后，則要根據(jù)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行初始的調(diào)試，對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行推演。

3.2.3 進(jìn)行改良

在通過對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行多次的實(shí)驗(yàn)以及調(diào)整之后，不斷的總結(jié)修改，直到系統(tǒng)能夠到達(dá)專家的檢測(cè)能力。

3.3 鍋爐設(shè)備專家系統(tǒng)分析法的設(shè)計(jì)

在鍋爐設(shè)備的專家系統(tǒng)中，可以通過相關(guān)案例的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，在這系統(tǒng)中，可以根據(jù)鍋爐故障的編程語(yǔ)言描述，在知識(shí)庫(kù)中找到相似的案例進(jìn)行故障診斷。這種進(jìn)行檢測(cè)的方式主要是在知識(shí)庫(kù)中進(jìn)行檢索比對(duì)而進(jìn)行的。所以在知識(shí)庫(kù)中可以對(duì)鍋爐設(shè)備中各個(gè)系統(tǒng)各個(gè)零件可能出現(xiàn)的問題以及故障的表現(xiàn)形式進(jìn)行記錄，在出現(xiàn)鍋爐設(shè)備故障之后就可以根據(jù)故障的現(xiàn)象在知識(shí)庫(kù)中進(jìn)行逐一的對(duì)比，然后將與實(shí)際情況相匹配的案例列出，例如在鍋爐設(shè)備中會(huì)出現(xiàn)鍋爐水量降低的問題，在這一問題中表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是水蒸氣的溫度升高，供水量已經(jīng)小于水蒸氣的流量。而當(dāng)鍋爐中的水量充足時(shí)，則會(huì)表現(xiàn)出水蒸氣溫度的降低同時(shí)水蒸氣的含水量增長(zhǎng)等，在進(jìn)行比對(duì)時(shí)一旦出現(xiàn)與這些案例相類似的情況發(fā)生，系統(tǒng)就會(huì)顯示出相應(yīng)的故障名稱。同時(shí)對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的知識(shí)都會(huì)以二維表格的形式進(jìn)行存儲(chǔ)的，在所有的二維表格中，都會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的信息，對(duì)應(yīng)著唯一的一個(gè)案例，在專家系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)就是由診斷庫(kù)以及案例存儲(chǔ)庫(kù)組成的，在案例存儲(chǔ)庫(kù)中記錄著相應(yīng)的案例表現(xiàn)信息。在系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，會(huì)在案例存儲(chǔ)庫(kù)中找到對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象，再通過二維表格找到與之相應(yīng)的診斷信息。所以當(dāng)二者統(tǒng)一之后，在檢測(cè)結(jié)果中就會(huì)顯示出最后的檢測(cè)報(bào)告，在這一報(bào)告中將會(huì)出現(xiàn)七條故障的相關(guān)信息，即是系統(tǒng)編號(hào)，故障零件名稱、故障原因、發(fā)生時(shí)間、故障現(xiàn)象、處理意見、檢測(cè)者。而在數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)維護(hù)時(shí)，會(huì)根據(jù)實(shí)際的情況對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)里的案例進(jìn)行擴(kuò)充、減少等修改，保障鍋爐設(shè)備專家系統(tǒng)能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)新問題。

3.4 故障樹分析法的概念

故障樹分析法是一種將鍋爐設(shè)備中的故障以及原因從整體到各個(gè)零件的順序進(jìn)行樹狀的細(xì)化分析。這是針對(duì)鍋爐設(shè)備故障的層次性的一種分析方式，在故障樹分析法中，通常會(huì)對(duì)鍋爐設(shè)備中的問題進(jìn)行原因分析，所得出的結(jié)論將作為下一級(jí)分析的出發(fā)點(diǎn)，繼續(xù)進(jìn)行分析，從而一直找到故障發(fā)生的根本原因。

3.5 故障樹分析法的特點(diǎn)

3.5.1 直觀性

在故障樹分析法中，可以明確的發(fā)現(xiàn)在鍋爐設(shè)備系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障與原因之間的關(guān)系，同時(shí)也可以將鍋爐故障的現(xiàn)象以及故障的所有因素以邏輯圖形的方式表現(xiàn)出來。在進(jìn)行故障樹分析時(shí)，可以從樹狀圖的最頂點(diǎn)出發(fā)，然后依次找到鍋爐設(shè)備出現(xiàn)故障的原因以及與哪些系統(tǒng)、哪些零件有關(guān)，從而可以對(duì)鍋爐全面系統(tǒng)的進(jìn)行故障的檢查與排除。同時(shí)也可以從故障樹的最底端進(jìn)行分析，通過觀察哪些零件會(huì)對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障產(chǎn)生影響，再將零件的故障現(xiàn)象對(duì)于鍋爐設(shè)備的系統(tǒng)故障進(jìn)行對(duì)比。

3.5.2 靈活性

在故障樹分析法中，既能夠從鍋爐設(shè)備的零部件出發(fā)，對(duì)其能夠出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，同時(shí)也能夠從整體的角度進(jìn)行分析，考慮人為或者其他的原因會(huì)對(duì)鍋爐設(shè)備產(chǎn)生影響。同時(shí)這一模式相對(duì)比較方便簡(jiǎn)單，可以使檢修人員迅速進(jìn)行上手。在進(jìn)行故障診斷的同時(shí)，也能夠應(yīng)用與鍋爐設(shè)備的管理以及日常的維護(hù)工作。

3.6 故障樹分析法的應(yīng)用流程

在使用故障樹分析法時(shí)，第一，要對(duì)鍋爐設(shè)備有著系統(tǒng)的了解與熟悉，使用者應(yīng)當(dāng)掌握整個(gè)鍋爐設(shè)備的工作流程。第二，對(duì)出現(xiàn)的鍋爐故障進(jìn)行調(diào)查，包括對(duì)其發(fā)生過的故障以及可能發(fā)生的故障進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。第三，列舉出造成這一故障可能出現(xiàn)的原因。第四，采集鍋爐設(shè)備發(fā)生所有故障的機(jī)率。第五，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)制作故障樹圖，然后根據(jù)故障樹進(jìn)行分析。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在鍋爐設(shè)備的使用時(shí)需要選擇科學(xué)合理的故障分析方式，根據(jù)鍋爐的實(shí)際使用情況進(jìn)行系統(tǒng)排查以及檢修。對(duì)于鍋爐設(shè)備發(fā)生的故障應(yīng)當(dāng)進(jìn)行及時(shí)的處理恢復(fù)，避免出現(xiàn)鍋爐故障的連鎖式反應(yīng)，降低鍋爐出現(xiàn)故障的可能性，從而保障工作人員的生命安全以及企業(yè)的財(cái)產(chǎn)安全。

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[2]于龍.既有燃煤鍋爐安全性評(píng)價(jià)研究[D].天津大學(xué),2014.

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