锅炉的预防维护和检修新技术

锅炉的预防维护和检修新技术1前言设备的维护和检修是指在设备使用期内，为使其最大限度地发挥自身功能而进行的一系列工作。它并不等同于故障发生后以补修为主的设备修理。由于经济的低迷，电力需求增长较慢；同时，为适应市场的自由化必须降低成本。在这种背景下，新厂建设只好暂缓。此外，为减少C02排放量，发电电源主体转向核能发电，使得火力发电的设备投资逐渐减少。然而，对旧设备的维护而言，掌握保养和维修的最佳投资是非常重要的，因为削减投资正成为用户的永久性研究课题。虽然如此，但发电厂毕竟已成为社会资本构成的基础。如果一味地以削减设备修缮成本为前提，压缩修补工作量，必然会招致意外停机，从而造成极大损失。这样说并不夸张，1996年美国大规模停电和最近的加里佛尼亚电力危机就是实例。随着IT时代的到来，在对待修补用的设备投资问题上，对停机带来的损失的评价越来越重要。尤其值得注意的是，有些设备要求如动态后援系统(DSS)的使用等，已经超出了当初的建设预想。为满足用户这种变动的需求，一些老龄火力发电设备正被过度使用着。另外，对于那些长期处于高启动次数状态的多年老厂，如果不在适当时期采取适当对策，势必会因设备功能下降而导致经济损失增大。根据2000年7月修正的〈电力事业法〉规定.设备维护属于设备制造者的自主责任。延长定检周期，有助于削减定检成本等固定费用。这样，满足设备使用需要的保养和维修就变得非常重要口因此，对旧设备的预防保修来讲，如何在减少投资的基础上找出最佳技资，如何把维修成本降低所引起的损伤危险控制在最低，成为关键所在，如图1所示。2老火电设备的保养和维护面临的环境2.1日本国内不同电力来源的发电量构成根据资源能源厅HP公布的不同电力来源的发电量，在最新的1996年数据中，火力发电占全部发电量的55%(见图2)。同以前相比，液化天然气(LNG)和燃煤火力的比例有所增加，燃油(石油)火力的比例下降。今后，随着核能发电量的增加，预计全部火力发电量的比例在2010年将下降到41%左右。尽管如此，火力发电今后仍将是负荷调整的主体，这一点不会改变。2.2本公司制造锅炉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设备已超过70套。在这些设备的使用状况中，运行时间和启动次数如图3所示。图中大小不同的困点儿即代表各设备启动次数的多少。启动次数最高的达3700次。同燃煤火力相比，重油和LNG火力设备启动次数多，运行时间短。此外，老龄火力发电设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年代开始运行的多年燃油火力发电设备(图3虚线框内所示)，同20世纪70年代之后投运的火力发电设备相比，虽然运行时间未变，但启动次数却增加了。多年的燃油火电设备年启动次数增加的例子如图4所示。该设备在建成之后承担基本负荷，近年来则承担着调峰任务，故启动次数增加。自投运至今共启动约300次，已超出当初的设计条件。今后，有必要做出针对将来形势的预防损伤计划。多年的火力发电设备，正处于如下所述的得到过度使用的状态。a.正在进入老化期。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，负荷变化增大。d.希望与新设备有相同的可信度。e.希望有与延长定检周期相匹配的措施。3多年火电设备的保养和维修针对旧设备的保养和维修工作，需要建立一套能把建设当初的部位和更新部位综合考虑的保养维修计划。该计划的制定，取决于以电力来源构成变化为依据的设备使用方针(剩余使用寿命、预想启动次数、负荷变化率)和设备本身的状态(历史管理、状态监视、检查结果)等因素。此外，对于将来可能出现的损伤影响的预测、现状确认检查以及监控等持续监视，也变成建立保养维修计划的决定性因素。从这一角度出发，为实施高效化的保养和维修，在对当前设备状态进行监视的同时，还要看准设备将来的使用方向，合理分配维修预算。这一点关系到设备寿命周期成本的优化问题，如果对剩余寿命诊断不准确，就不能确定更换时间，也就无法确立最佳计划。3.1剩余寿命诊断的必要性美国曾报导过一家多年老厂，因高温厚壁管的焊接部损伤而造成了人身事故。据称损伤原因是配管内压的应力和配管系统的热应力引起蠕变老化，在焊接热影响部位出现的空穴变成了裂纹。在日本，由于实行定期检查，定检过程中如发现损伤，在轻度状态下就采取对策，所以未造成重大事故。但是，今后随着多年火力发电设备的增加，为防止类似事故发生，必须认识到剩余寿命诊断工作的重要性。高效率的保养和维修计划，除了为延长定检周期而进行剩余寿命诊断外，还需要进行更广泛意义上的剩余寿命诊断，如各部位的持续检查、历史管理、状态监视等。剩余寿命诊断，分为破坏性检查和非破坏性检查。根据检查部位母材或热影响区)及损伤发生原因(蠕变或疲劳)，可选用适当的检查方法。图5为剩余寿命诊断适用图。3.2剩余寿命诊断技术在剩余寿命诊断技术方面，本公司为实现寿命预测高精度化，检查快速化，省力化及费用减少化，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利用激光显微镜进行蠕变寿命自动评价对于锅炉高温构件(尤其是焊接部位)金属组织中出现的蠕变空穴，以往都是从诊断部位采集复制试样后带回，再用肉眼对显微图像进行检测和断定，这种诊断不仅时间长，还需要熟练的检查员来做判定。为此，开发出孔穴现场自动辨认系统(图6)。即用小型激光显微镜直接观察诊断部位，通过图像处理自动辨认。这样，在现场的短时间内就能对损伤度做出评价。空穴自动辨认系统与以往复制试样方法的顺序比较见图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周完成的作业，现在只需2周现场作业即可完成。与旧方法相比，可减少约60%的工作量(图8)。而且，使用这种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，扩大了寿命评价的范围，诊断结果也能快速反馈，有利于提高对策作业的效率。该空穴自动辨认系统的特点如下：a.能在现场确认空穴；b.能自动实施视野变换等连续作业；c.能自动计算，出空穴面积；d.能控制因个人差异引起的偏差。岂3.2.耍2证超声波噪野音法超声用波噪音法需就是在诊裕断部位表倒面设置信衡号发生器摆，对表航面波营与第一次竿底旗面波醒回波之间晨的信号进偷行色谱分恳析，从其腐结果检测恢出材料中柄存在的夹止杂惜物婆(评空义穴酸)恨，见钱图补9锁。蠕变损赌伤，有时根是构件内贺部损伤先草于表面损幸伤而发生午、发展，五因此，材桶料内部的欣空穴检测漏同表面空颗穴检测一列样，都是唱提高诊断肯精度的必弄需技术。亏超声波噪膏音法的特修点是：不闯使用底面毕回波，故受不受内部视状态的影泉响；通过都门电路设蚊定，能对紫某些特定苹深度的部馆位进行评悲价。蝴超声波噪换音法，在屡对易损伤热的多年材透料的检查慕方面有显飞著优点。蠢对包括新桶材料在内穗的致密材拢料进行诊橡断时，噪庆声强度较酱低，而对予于多年材弯料的空穴贤或者有微直小裂纹的妨诊断部位支，噪声强挑度较高。闹假定新材耍料噪声强汇度稻为唤1截，以此测蹈定出诊断亡部位的噪丛声强度比担值徒(挂噪声值锦比间)荡，并计算栗出蠕变损酸伤比。散在焊接部不位蠕变坑断裂桑试验中，岁实施超声拥波噪音法功诊断的结之果见伶图哥1逆0舱。在毒母材井部、热影踩响部及焊衰接金属上奶的蠕变损黎伤比与噪育声值比的甘关系中，畏在蠕变试赴验引起空朱穴发生盟的廉B天侧热影响棋部，噪声胞值比升高蜻，从而得尸出与空穴芝发生相关盟的结果。险3.2.逐3杰超声纪波细TOF敲D场法每超声究波明TOF守D代法，是英键国陶HARW穴EL矩L荷研究所开继发的一种崖检查方法走，它与原垃来的超声志波脉冲反定射法相比梁，检测精逼度高，能低用于溪龟裂党进展的时菊效观察。占此方法作级为新的管剂壁内部检竟查法，也抗适用于前甜述的高温危厚壁管发唇生的损伤略。有暂关寒TOF忘D消法，本公辽司开发出教一种超声桃波图像模扇拟技术，叼即通过超厚声波的纵园波各/祖横波模式嘴转换，排剑除有悟缺陷存的叠影图折像，根据选人为上缺陷宿的测量值央进行超声匪波图像模忘拟。璃图炎1币1搅是谜2遵处人为达缺陷非的实测值读与模拟值耳的比较结消果。除缺折陷处外，睬在底部较柱近处还捕城捉到与缺叠陷图相似窑的反射图恨像，即在垄实际缺陷战上，通过锡纵哭波骂/足横波模式肌转换而捕适捉到的超守声波叠影缘图像。通闻过测量可乱以事先把滑握所发生括的图像，尺从而提高竹测定精度出。反3.证3脸剩余寿命三诊断过程构在进行剩什余寿命诊扒断时，如务果对所有芝部位都实出施诊断，权虽然对致扔密性的确披认比较理躲想，但经含济性坤较溉差。为此蜂，需要对腊诊断部位骆加以选择粉。选择时骂考虑的因战素有设备博使用条件议、应力解弊析、保养摘维修履历俊以及同类坦设备的损宝伤情况。亚关于剩余哥寿命诊断坝，本公司猴在以往经谜验的基础旦上总结出嘉了剩余寿幸命诊断流钞程纸(古图策12舍)恨。为确保张诊断的可伪信度，不反只要检查愉表面，对诊管壁内部洗也必须检旅查。其判把定方法有滔空穴面积辨率法和超可声波法。乓对裂纹的门判定更有榜TOF絮D龙法纤和得M波T僵法姐;瞧针对不同辆母材习可使用结滋晶粒私变形法或属碳化物组也成测定法猴。另外，棕作为材料逝劣化指标袍，还需要剑掌握材料金中不纯物隆所占比例摇。下面以奏易发生损况伤的焊接膜部为例对铁剩余寿命们的诊断方已法加以介观绍前(握图模13合)朵。按照诊待断的顺序达，分别在搬诊断部位服的表面和公内部实施从诊断，再推根据诊断嗽结果决定滔对策口关岛于图中所逝高的状态厘用点表别示责;榴发生率低闭时，用白紧色表示。敲根据诊断膊部位表面炊及内部空丘穴发生状虎况的组合坛，可把空队穴发生形民态分柱为亿4辽种类型。静要针对不哨同的发生良形态，分泼别实施对您策，有时匆还需追加范诊断。下兽面按剩余遵寿命从长旨到短的顺党序，分别奏介绍几种棉情况下的隔判定基准进和实施对料策。耳情禽况烫④衣：在诊断恼部位表面船和内部，她都检测到辉基准值以锹下的空穴链，包括没待有检测到胖空穴的情适况在内，团均可按照窝诊断出的千剩余寿命呢确定下次布的剩余寿寿命诊断时孙间。禽情呜况益③紧：在诊断演部位内部词检测出超后过基准值晨的空穴。歪可以从内备部损伤部杀位判断该逝空穴是制举造时留下忙的缺陷还扬是损伤引梦起的缺陷肿。如果是身损伤引起纳的缺陷，睡要进一步公判迁断裂拆纹的进展水性。当判界断为无进志展性时，招可同制造按时的缺陷册一样，等驴到下次检斑测时重新呀诊断。另卷一方面，辣如果确认拘裂纹有进唇展时，就咏要采取应绵急措施或页在下次检缠测时采取车永久措施届。耐情袍况货②督:眠在诊断部伍位表面检佩测出超过劈基准值的信空穴。此俯时可在表雀面部位取现一薄层，府进行再次窑诊断。根梢据诊断结秤果进行焊仆接修补，估并在下次写检测时重柔新诊断。悲情供况霸①揉:壳在表面和乌内部均检堪测到超过拜基准值的范空穴。这可种情况可周断定为构嗓件整体出判现老化，尤一方面采辛取补强等饲应急措施瑞，另一方供面立即制旧定计划，装待下次检变测时更换夸。腾3.4.诱1鄙预防维护块支持系统现要制定出欠最合理的农维修计划弦，实施维滥护状态支票援维护作义业，开发院了锅炉信督息数据库贱化的一元拦管理系羞统灿—泡—烫预防维护抄支援系茂统条(击锅炉维护咐管理系虽统剃)霉。数据库爷的项目厕有斥:被锅炉各部晕位的设计兼信息，设诵备经历信备息，锅炉简规格，图症纸信息等驾。利用这杠些信息，禽配合剩余比寿命诊断知结果，使是维护作业局达到快速绪对应化和谅省力化。产在对部位应图与数据伪的相关处据理方面，惠采用了地糖理信息系抖统技术，甘即在画面票上一点击千，就会展拨开下一个怎画面。笔3.4.赵2填远距离监研视系统食目前，本飞公司的一址套远距离塞监视系统衡正在运行酸中。公司讽可实时接潮收工业锅哥炉的运行令数据，并绢进行远距障离的运行绕状态监视镰、异常迹早象检测和番趋势管理后等。此外傅，还对照内累积的运阴行事例，豆研究最适闹合的运行守方法，以烟便实现高拦效的设备攀使用和维厕护管理。菠现在，对奉于设备使俯用的数据建正在积累岁之中。破3.甩5水低危险度掌维产修悟(躬RBM)已危险管理箭的本质在涂于，对某合种程度上堪能控制结塔果的领域密尽量使其肾最大化；测而对于那价些因果关缎系不定或偿完全不能设控制结果棉的领域，望则进行最责小化处理跪。现在，白管理方面惧还有一套寸低危险度轻维修理论跃，即以提聪高安全性粒和降低成粉本为目的袭，对前面售所述的预王防维护支蚊持系统和洁远距离监怎视系统的逃数据进行蹄危险评价猎，反映设栋备维修经淡验，从而苍实现对薄菜弱部位进除行有效的脖、最大限权度的维修无投资。携即举RB积M廉是把维修肌的危险控春制在最小肃的一种手已段。这种承手段一直俘作为奇设备管理瓦的一个思招路，大多眨还停留在蛇发生概率锤的概念阶蓄段。拔在秋ASM矮E佩和服AP虚I研的导向线积上，标明凯了抗RB延M苗的标准化局思路。瞧所四谓虹RB辣M霉，不只是希简单地根员据设备制嚼造年月、其设备涌构造乱和组成等浑情况，统剧一规定管千理内容和境顺序，而筋是对设备要更换的协赞调情况、耳缺陷检测怒精度、缺吊陷的补修夏去除等存睡在必然危男险的环节削，通过设笨备检查和闸补修实绩怕等对设备廉进行评价个，从而确惰定危险最丑低的维修柴计划。唉在日本，匙由于规定持放农宽刺(堵电力事业辉法中规定钥了法定自田主检胸查启)耍和电力市卵场自由化淡的进展，赞也开始面茄临与欧美气相同的环照境。本公写司在国内捏率先引进持了欧美采羞用并取得嫌成果虑的科RB圈M灿系裳统俘(习与承担全园球断2判1猎家电疤厂算RB悉M拼顾问的英民国馒AEAT摩echn论olog辆y州公司联驱合纤)竟，用于火另力发电厂卷及其它的馅工厂和机师械设备。剩这样，不斩仅是设计互上的数据欧，就连迄地今为止的胸运行历史伪、修缮历疼史等也都荒考虑在内敌，做出符隐合设备现堵状的评价棵，所以，筋今后准备哨在国内各谈种设备维及修计划中湖推广。在往欧美未，决RB掠M南作为设备啊保险评定棉基准，其揭适用例子洲较多续。百RB血M煎的捧“产危帽险办”厕可以瞒用粒“贤该部位的附损伤发生裂概颂率遇”肺与起“篮损伤发生削时修理与假补偿的价世格构”溜之积来表激示。该计电算方法与截保险签约慧时保险金输的计算方萄法相同。杆3.5.巩1RB班M钱实施方法梁（作业顺笑序）棍RB它M摇的实施，废根据诊断庸部位的损五伤机理，齿定出破损桐易发生度谜的大小和员危险大小撒，根据危段险大小，闪在矩阵图蔑上定纲出俭“脾容许不禽可什”买、伍“张带条件容季许唉”朴、丸“精计划变透更拼”傍和标“搂容许可鞋能狗”油4豆个阶段的鲁危险等级京。判定结宿果在矩阵认图上标绘况，根据危唯险等级，患按照同一艺基准决定喝各部位的咽对策。阵RB虎M均系统按以池下作业顺横序实延施膊(件图道17密)分。忧a选.稳制定目垃录起(膀制定目录子以防止评灭价项目遗除漏油)浴。亮b佛.渗设备规格猫值言(墙运行历史伴、评价期槐限、经济玉性评价数寿据痛)荡。浙c夏.相立性评级级尾(施损伤机理漏定义与现茶条件下损展伤发生危币险的评区定唱)巡。评价数吸据汇总后具，开始进把行具体的兄危险评价抓工作。实慎施时，削以滔EPR瞧I曾指导、英笨国秤CEG且B纳数据泪、绸AEAT顽echn藏olog难y希的经验锅及舱IH城I腰的实绩为昏基准。根挪据危险评倦级结果，翠分成安全冻性方探面诉(碑人员危震害才)迟和经济性弹方究面次(洁经济危蛮害铺)个，再用矩言阵图对各屯部位的危顷险进行比轿较，将其情中危害程当度最重的键方面作为够该设备评固级判定的丧依据。将新经济性和宰安全性的违危害在危革险评级图出上标示。纸d意.翠再次危险烘评怠级晃(胃查验对策叨实施后发扇生损伤的附危杆险袋)尝。针对定货性危险评盛级，更改耍对策或使岂用条件，事实行危险赚再次评级鞭。将经济到性和安全炸性危害的租再评价结袄果分别标岂示在危险恒评级图上观。检e盼.剧补修检查寇计划的拟遮定和优票化杯(坚设备修缮兵、检查实泪施计葡划逼)鸦。哭通过以上侵作业的经辩常实晕施名(律实行定期悲检查滤等世)黑和反复实背施，可将东危险控制燕在最低恐限路(物图弃18乒)丈。锦3.5.抓2敏实施例束目前，对赚国内累计购运行时间搜超宅过担1押0叮万额h湖的绒600M膛W恒锅炉实施绣了危险评贩价，结果声见酱图瘦1吓9级。图模上侧表示屿按现行检杠验基准进深行的评价骂结果，部席位售A瓣、对B涌、阵C刷的趋5煤点标在争了椒"霜变更计两划业"筛和早"映容许不扭可熊"内栏内。饥图钢1厚9若的下侧表赢示按照实乡施对策后执检查基准奔重新评级傅的结果。卷对楼于架A千、辅C猛部位出现歼的危便险稼(港高温氧化庭引起材料份缺策损妨)纽，还没有旅对策，需城要更新构如件早。世(慌该评价是拔以建设后亡一直没修厦缮作为前祸提条件实闭施的，该知部位现已镇根据检查牲结果做了旧更新处理拜，从而降笼低了危校险晋)纤。对于部钩位妹B降，从只做春致密性确坊认锯的澡P敞T医检查改为馅能确认构雅件内部缺忘陷摆的居U番T扒检查，所狭以危险愧从膀"废带条件容贼许虏"避降绍到达"醋容许可托能虹"谎的等级。世由吩于醋RB句M伤评价与实盗际维修一牵致，加上胆检查方式唱的改变，懒使危险得蠢到崇降低。另沈外，由于倘设备连续魂运行时间添从杯2鄙4帖个月变稳为需4氏8待个月，部职位裁D夫的危险增面加了一级海，危险等孟级虎是钞"铃带条件容捡许耳"银，经过继傍续检查，缓可达纽到草"交容许可开能悉"王的状态。要当检查精靠度较低时奶，会使那抛些同以前香一样的危影险存留下连来。这样稻，想在总灶检查成本岂不变的情同况下降低称危险，就帐需把高危耗险部位作哨为检查重雾点，对不按必要的检菜查部位做县省略或适奉当处理，阻从整体上躬降低危蹲险承(岩图改20钢)泊。在美国监，由于这析种芳RB鼻M洗的引进，榆设备的非愤运行率下丛降颜口讨198邀8耻年，通过牌引进危险印管理办法黑，因再热薄器和过热泼器事故造要成的设备柱停机下降鸽了子1/激3初，运行率旁提高，取脂得实氏效倍(词图为21旦)拌，引省进派RB认M计的优点见丘图巩2绑2平。墨3.怪6辆多年材料弯的修补焊随接同当检测到池多年材料背中的缺陷尸时，作为绘对策首先麦要更换材倍料，除此章之外还可企根据材料半的交货期负、工期等延条件，选将择应急补印修方法。招在对多年攀老化