優化鍋爐狀態檢修 確保發電機組正常運行

劉鴻國 侯召堂

超超臨界機組是設定在蒸汽壓力大于25MPa，蒸汽溫度高于580℃范圍的機組。華能國際電力股份有限公司玉環電廠（簡稱玉環電廠）的4臺裝機容量為1000MW的國產超超臨界燃煤汽輪發電機組，于2007年底全部建成投產。鍋爐是由哈爾濱鍋爐廠設計制造，三菱重工業株式會社提供技術支持的超超臨界參數，變壓垂直管圈直流爐、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架和全懸吊結構的Π型鍋爐。其最大連續蒸發量是 （B-MCR）2950t/h，出口蒸汽參數是 27.56MPa（a）/605/603℃，對應汽機的入口參數是26.25MPa（a）/600/600℃。從國際上已運行的超超臨界機組情況看，還沒有溫度和壓力同時選取較高參數的先例，例如，歐美國家選取的是低溫度參數，日本選取的是低壓力參數。玉環電廠在沒有技術資料參照及經驗借鑒情況下，摸索出了同時選用較高參數的方法，保證了機組安全和穩定運行。

一、采取的設備管理策略

1.設備結構及特點

機組鍋爐采用的是單爐膛、改進型主燃燒器、分級送風燃燒系統及反向雙切圓的燃燒方式，爐膛采用了內螺紋管垂直上升膜式水冷壁和循環泵啟動系統，一次中間再熱和調溫方式除采用煤/水比外，還采用了煙氣分配擋板、燃燒器擺動、噴水、等離子點火等方式。水冷壁管、頂棚管及尾部煙道包覆管均采用了板狀膜式結構，密封性能好。過熱器分為四級，一級（低溫）在尾部煙道后豎井上部，二級（分隔屏）、三級（屏式）在燃燒室上部，四級（末級）在水平煙道出口側。其中一級過熱器采用逆流布置，二三四級采用順流布置。再熱器分為二級，一級呈輻射式在尾部煙道前豎井上部，二級為懸吊式在燃燒室上部的水平煙道內。在尾部煙道的前后豎井下部，分別安裝了一、二級省煤器和2臺回轉式空氣預熱器。燃用的是神府東勝煤和晉北煤。

2.選擇的檢修管理模式

機組檢修采用的是“兩頭在外、核心在內”的管理模式，兩頭在外就是將設備檢修、維護保養及外圍設備的運行管理等，委托給了浙江火電公司和華能長興電廠，實施的是點檢定修制。核心在內是玉環電廠只負責機組的技術功能控制和主要設備的運行管理工作，定期組織專家對委外情況進行跟蹤、分析和評估，并根據檢修、運行及點檢人員的情況反饋，及時安排定期檢修和維護。對設備運行和巡檢時發現的異常或重大缺陷問題，及時制訂排除對策和預防措施。每月定期統計和下發設備缺陷月報，通報缺陷消除率及消缺系數指標完成情況。為保證消缺工作的及時性和可靠性，實現了設備缺陷從發現、下單、消除、驗收和總結等工作流程的計算機管理。

二、優化鍋爐設備檢修策略

1.堅持鍋爐受熱面風險評估及檢修策劃制

（1）實施鍋爐受熱面爆漏風險評估。鍋爐受熱面爆漏問題一直是國內外發電廠機組停機的主要原因，超超臨界機組在運行時溫度和壓力均較高，一旦發生鍋爐管失效等故障，不僅能造成巨大的經濟損失，而且會引發重大安全事故。根據中國電力企業聯合會及華能集團的歷年事故情況統計，鍋爐的非計劃停運約占全部停運事件的60%，而鍋爐四管泄漏事故又占鍋爐事故的60%，是影響機組安全運行的主要隱患之一。其中水冷壁管泄漏占33%，過熱器管泄漏占30%，省煤器管泄漏占20%，再熱器管泄漏占17%。為此，玉環電廠采取了對鍋爐受熱面風險進行評估的方法，不僅確保了受熱面安全和可靠運行，也降低了設備檢測費用和維修成本。

（2）實施受熱面風險評估應達到的階段性目標。通過實施檢修后的風險分析與研究，不但可核查檢修效果、高風險部位的風險等級是否降低等，也能進一步驗證風險評估方法的準確性及評估結果的真實性。對不同階段的風險實施不同的監管，是開展和做好此項工作的基礎和保障。檢修計劃制訂階段是通過風險評估分析，首先確定受熱面的風險等級，制定出合理的檢修計劃，使受熱面風險管理達到理想級別；檢修工作完成階段是檢修工作完成后，受熱面的技術狀態雖已提高，但還需要再次進行風險評估，并預測出下次需要檢修的周期間隔；受熱面爆漏失效分析階段是通過應用計算機受熱面失效原因分析程序，找出引起失效的根本原因，進一步驗證檢修計劃的有效性，修改和制定下次檢修計劃等。

（3）對設備檢修的要求。在制定鍋爐受熱面的檢修策劃時，應對機組的重點檢修部位進行修前、修中和修后情況的技術評價，以及檢修質量和運行效果驗收。不但要保證檢修工作安全可靠和無責任事故，而且要保證設備技術狀態及性能有所提高。重點檢修部位主要包括：局部機械磨損嚴重部位、易產生沖涮磨損部位、煙氣流速快和飛灰濃度高部位，以及異物容易聚集或節流孔易堵塞位置、異種鋼焊接部位和應力集中部位等。

2.實施在線監督與壽命評估

由于超超臨界機組的高溫部件采用了新型耐熱鋼，如過熱器和再熱器采用的是Super304H和HR3C新型奧氏體耐熱鋼，末級過熱器出口集箱采用的是ASTM A335 P122鋼，主蒸汽管道采用的是ASTM A335 P92鋼等，因長期在作業環境惡劣情況下運行，如高溫、高壓、火焰、煙氣、飛灰等，不但會使材料結構及性能發生變化，而且會隨運行時間的加長、機組的頻繁啟動等，在產生疲勞損傷同時，微觀組織也會產生劣化或蠕變損傷等情況，加大了鍋爐安全運行和檢修管理的難度。因此對高溫爐管實施狀態監測和壽命評估，以劣化狀態測量或評估值為基礎，對故障發生期進行正確的預測，是保證鍋爐安全運行和做好高溫部件劣化趨勢管理的較好方法。

三、實施在線動態評估和監測

根據1000MW超超臨界機組鍋爐的設計、制造、安裝、運行工況等技術資料，玉環電廠建立了鍋爐的材料、強度、性能等技術參數數據庫，并結合生產實際需求完成了鍋爐狀態監測模型、壽命評估模型、氧化皮脫落預測模型等內容的研究與開發，研制出一套適宜機組實際運行要求的設備可靠性壽命預測管理系統，以及設備保養和檢修工作質量控制集成系統，不但實現了可在線動態評估高溫爐管的工作狀況，還可進行其他高溫部件的技術狀態監測。為保證機組的安全運行和適時進行檢修工作，提供了科學依據，有效降低了四管發生泄漏的風險，提高了設備運行的安全性，實現了以狀態監測為基礎的設備維修管理。

1.采取離線診斷技術

實施鍋爐設備離線診斷技術，是玉環電廠在實施在線監督技術基礎上逐步建立的，需要檢查和監測的內容主要有：宏觀檢查、無損檢測、理化分析、支吊架管系統的檢查等。通過進行現場檢驗和實驗室分析，進一步掌握設備的性能情況和技術狀態數據等。開展離線診斷應提前做好以下工作：摸清鍋爐設備運行時的基本情況和特點，特別是重點零部件，如主蒸汽管道、熱力管道、過熱器出口集箱，三四級過熱器及其他新材料部件等，都應逐一進行檢驗；對施工中的遺留缺陷或運行中的新生缺陷等，不但要認真檢查和分類，還應采取措施及時進行消缺；可根據類似鍋爐設備發生缺陷情況，及時采取有針對性的防范措施，以防止類似事故發生。

2.優化檢修模式

玉環電廠優化設備檢修模式的基本思路，主要是通過以“管”為主的檢修策略及針對發電設備特點，制訂出能進行優化檢修的管理模式，使設備的可靠性和經濟性得到最佳結合。

（1）能及時提供設備技術狀態信息。玉環電廠根據生產系統龐大和連續生產等特點，將全部設備按照不同的重要程度進行分類，實施了對不同類別設備采用不同的檢修與管理，即根據狀態監測和診斷技術提供的設備技術狀態信息，正確判斷設備異常情況，預知設備故障或劣化發展趨勢，在故障發生前就進行檢修的方式。例如，有的設備采用的是定期檢修方式，有的采用的是狀態檢修方式，還有采用故障檢修方式等，無論采用那種檢修方式，都應達到使設備檢修方法能逐步形成一套融定期檢修、狀態檢修、改進性檢修和故障檢修為一體的優化檢修模式的目的，使檢修目標更加明確，檢修人員的工作效率得到提高。

（2）是一個不斷補充和變化的過程。例如，在今天看來是比較好的優化方案，也許會隨時間的推移、生產狀況的不斷改變，以及設備狀態診斷和劣化傾向管理工作的逐步深入，為滿足生產實際需求，原來制定的檢修方案可能要修改。同時，隨著企業的設備動態管理工作水平不斷提高，以及設備技術改造工作速度的逐步加快，原來制定的檢修周期也可能會延長等，檢修方案也會隨之發生改變。所以優化檢修模式管理是一個動態的、需要不斷組合的過程，只有不斷的修改和不斷的完善，才能不斷提高檢修水平和實現優化檢修模式的目的。

3.取得的效果

玉環電廠的超超臨界機組，通過實施優化檢修模式，對各層次管理、維修人員不斷進行有針對性的技術培訓，進一步貫徹和樹立優化鍋爐狀態檢修思想的重要性和必要性，使員工在更加了解優化檢修工作內涵及重要性基礎上，能更加明確自己的工作職責和目標。例如，實施優化檢修需要投入哪些技術和物質資源，需要掌握哪些必要的專業技能，在職責范圍內實施優化檢修，企業和個人會獲得哪些潛在的經濟利益等。使各級管理人員在深入了解開展優化檢修意義的同時，在檢修策略調整和推廣實施中都能充分發揮主觀能動性作用。員工之間的工作能更加相互支持與配合，在各自的職責范圍內，共同促進了優化檢修工作的順利開展。通過對設備實施恰到好處的檢修，不但節約了檢修成本，也極大提高了設備運行的可靠性。企業每年僅此產生的經濟效益高達8000多萬元，實現了在設備管理工作中追求最佳經濟效益的目的。

四、結論

筆者認為，發電機組設備的維修周期制定，應根據本廠發電機組的設備結構特點和實際運行情況來定，不能完全照搬他人經驗或相關規程，否則就會出現檢修資源的浪費或不足，以及維修費用上升和設備利用率下降等問題。有些設備從表面上看，其安全性好象是提高了，但是以提高設備檢修成本和降低設備可用率為代價的，不值得仿效。玉環電廠在超超臨界機組的鍋爐設備管理中，主要做好了以下工作。

（1）作為國內首座超超臨界機組，鍋爐的高溫、高壓部件制造，采用的是新型耐熱鋼材料，因此加強對新材料部件的運行前和運行后的技術性能掌控，以及進行技術指標檢驗等十分重要。

（2）由于爐管在鍋爐運行時的重要性，在使用過程中應堅持進行全面細致的監控、診斷、管理和評估工作，使受熱面的風險分析與預控措施管理能長期、有效和合理地開展，形成以風險評估技術為基礎的設備風險管理體系。

（3）將風險管理、壽命評估、在線監督和離線診斷等結合在一起實施，對促進超超臨界機組鍋爐檢修技術及檢修模式的優化，提高鍋爐的安全運行狀態等，必將起到積極的推動和保障作用。