基于鍋爐四管管理的防磨防爆系統應用研究

太倉港協鑫發電有限公司 陳春雷

一、前言

太倉港協鑫發電有限公司系中外合資企業，成立于2002年5月15日。已經建有六臺燃煤發電機組，2×135MW發電供熱機組（已于2014年關停），2×330MW發電機組，2×320MW發電機組，總裝機容量1570MW。此外，公司擁有國華太倉發電有限公司2×600MW機組50%的股權，公司主營燃煤發電、供熱及其附屬產品。公司占地2000畝，建有一座雙泊位煤炭專用碼頭，最大靠泊能力分別為5萬和7萬噸級貨輪，年最高設計通過能力900萬噸。

公司營運以來，煤耗、廠用電率等主要經濟技術指標逐年優化，大部分指標已達或超過國家電力公司一流火力發電廠標準。自2005年以來，在全國火電300MW級大機組競賽中，連續獲獎。自2004年以來，公司連續被江蘇省政府授予“電力迎峰度夏有功單位”榮譽稱號。

二、實施背景

近年來，特別是2010年以后，隨著公司各臺鍋爐四管進入劣化高發期，泄漏現象時有發生。

公司機組非停主要原因為四管泄漏引起。據統計，全國范圍內發電機組各類事故停運原因中，四管泄漏占最主要原因。在全國火力發電站生產過程中鍋爐事故占據總事故的63.2%；在全部鍋爐事故中承壓部件泄漏占據86.7%，嚴重影響電站的安全經濟運行。

1、火力發電機組出現鍋爐受熱面爆漏事故，造成電廠非計劃停機，嚴重影響發電機組安全經濟運行；

2、供熱機組冬季發生爆裂事故，將嚴重影響居民的采暖問題；

3、大容量/超臨界/超超臨界機組發生爆漏事故，將嚴重影響電網的安全運行，甚至會造成電網的整體解裂。

三、系統理論綜述——鍋爐四管全壽命周期管理理論

鍋爐四管全壽命周期屬于火力發電廠資產全壽命周期理論的重要組成部分，資產全壽命周期理論為：

CC--設備全壽命周期成本（Life Cycle Cost）

CI--投資成本（cost of investment）

CO--運行成本（cost of operation）

CM--檢修維護成本（cost of maintenance）

CF--故障成本（cost of failure）

CD--退役處置成本（cost of discard）

企業資產全壽命周期管理理論引用于：（《ISO55000：2014資產管理體系標準》；帥軍慶，2010，《電力企業資產全壽命周期管理理論、方法及應用》，中國電力出版社）

表1 公司歷年四管泄漏匯總

資產壽命周期主要指資產從規劃設計開始到退役為止所經歷的全部時期，一般要經歷規劃設計、基建、運行維護和退役處置四個階段。壽命周期費用主要指設備在它預期的壽命周期內用于設計、研究與開發、投資、使用、維修與保障、直至報廢所需要的直接、間接、重復性、一次性和其他的費用之和。

全壽命管理是從公司的長期經營利益出發，通過一整套的措施，對設備的策劃、設計、制造、采購、安裝、調試、投運、維保、改造、優化、直到報廢的整個過程的綜合管理，并發生的費用進行控制，使壽命內費用最小的一種管理理念。這套措施包括經濟層面、技術層面和組織管理層面的措施。

資產全壽命周期管理傳承了傳統的設備管理成功經驗，吸取現代的管理理論，主要目標就是在設備安全可靠性運行的基礎上，來實現設備壽命周期內的經濟性和最大效能。這套管理模式一般通過狀態評價、風險評估、壽命評估成本分解等關鍵技術來執行。

四、主要原理

公司3、4號機組防磨防爆專家管理系統匯集兩臺鍋爐關鍵數據：超溫/超壓/檢修記錄/缺陷記錄/事故記錄等。結合鍋爐1∶1三維模形，使得鍋爐防磨防爆檢查工作更加直觀，用戶能夠快速顯示設備的基本信息和過程檢查記錄；利用系統的三維模型進行鍋爐培訓工作。

1、系統主界面

系統首頁主界面集中展現各臺鍋爐設備超限、缺陷信息，便于設備預警提醒。

2、設備管理

通過鍋爐設備管理模塊，以樹狀的菜單形式展現設備信息，細化到管子和焊口。設備的類型可以分為本體、管組、管排、管子、屏、彎頭、焊口等，實現對鍋爐設備的專業化管理。

管理人員通過設備管理可以清晰了解鍋爐系統，提供鍋爐設備數據、超溫、超壓記錄及下一個檢修周期前設備蠕漲、壁厚趨勢圖，分析鍋爐設備的安全狀態，提供趨勢分析。

3、三維模型

三維模型可以將鍋爐各受熱部件，通過三維圖形的方式展現，為鍋爐管理人員及檢修人員帶來方便，同時提供鍋爐結構培訓的平臺。

三維模型將鍋爐受熱面通過三維圖形的方式展現，可進行平移、旋轉、拉伸、透視等操作，大到鍋爐本體與四大管道，小到每一根管子與焊口，都可以清晰地展現。

系統通過不同顏色區分不同管件材質；通過模塊化管理，拆分鍋爐不同系統，通過選擇不同設備部件，顯示設備的臺賬信息，檢修記錄，缺陷信息等。

圖1 系統主界面

圖2 樹形結構設備總圖

圖3 蠕漲趨勢圖

圖4 三維模型總貌

提供主蒸汽系統/再熱蒸汽系統/水系統的三維汽水走向圖。

鍋爐三維模型提供磨煤機/風機的設備基礎參數，吹灰器位置及編號/壁溫測點/泄漏監測點位置，方便掌握測點分布位置與設備基本參數。

系統提供三維模型焊口動態維護平臺，可自定義焊口增刪改查。

4、檢修管理

提供設備的檢查、測量和消缺記錄維護，按缺陷性質和處理方式統計圖表；根據蠕漲、磨損的歷史測量值，預測蠕漲、磨損變化趨勢。

5、超限監測

維護鍋爐“四管”設備的溫度、壓力測點，監控超限情況，提示超限/蠕脹/磨損預警。

6、泄漏分析

記錄日常發生的泄漏事件，是否造成非停等情況。按鍋爐和泄漏原因進行次數和比例統計對比分析。提供設備日常運行中發現的問題及處理方法臺賬管理。

7、事故分析

維護設備事故信息；提供設備事故分析經驗庫。

8、文檔管理

文檔管理模塊，整編檢修文件包、檢修、金屬工藝規程及鍋爐防磨防爆會議紀要等鍋爐防磨防爆工作所需的各類資料，提供文檔系統管理。

五、實施效果

（一）項目創新點

1、通過建立鍋爐防磨防爆統一規范管理平臺，實現鍋爐防磨防爆基礎執行環節的全過程規范化標準化管理。建立以設備為基礎結合業務需求實現規范、統一的的鍋爐設備臺賬、檢修記錄、泄漏記錄等防磨防爆工作的基礎數據。并對數據進行準確的分析、總結與管理。2、通過三維建模對鍋爐結構進行1：1高保真模擬，可以全面直觀地瀏覽鍋爐設備構造以及設備基礎數據，使得鍋爐防磨防爆檢查工作和數據展示更加直觀。利用系統的三維模型進行鍋爐培訓工作，避免對于新員工鍋爐結構的培訓多以視頻、圖紙為主，缺乏直觀的鍋爐培訓模型。

圖5 分系統圖1

圖6 分系統圖2

圖7 分系統圖3

3、在檢修前制定檢修計劃時，確定鍋爐重點檢查部位是關鍵，該系統根據超溫情況、設備遺留缺陷等提供數據支持，降低檢查點漏項、缺項的現象。

4、在設備運行過程中，實時提醒超溫情況，方便運行及時調整，降低由于運行操作造成設備健康指數減弱的程度。

（二）經濟效益的有關說明及各欄目的計算依據

太倉港協鑫發電有限公司3、4號鍋爐防磨防爆系統突破了傳統的方式，通過對鍋爐設備管段、焊口等進行編碼、三維建模和實時監測，可以直觀地瀏覽鍋爐設備構造，檢查、檢修歷史記錄(adsfasd)和實時運行狀態等信息，全面掌握鍋爐運行狀態。結合數據分析功能，可以及時掌握缺陷和事故發生規律，預測設備壽命情況，有效的指導重點的檢查部位及檢修工藝，真正做到事前預防、事中管控、事后分析的全面管理，鍋爐狀態檢修提供科學指導，降低爆管次數，實現機組安全經濟運行。

通過該系統的投入使用，至少減少四管泄漏一次：影響電量1500萬kW.h（計150萬利潤），減少一次非停考核30萬，減少社會影響、人工材料等計20萬。綜合節省公司效益200萬/年。

（三）項目推廣前景

圖8 分系統圖4

圖9 焊口管道維護界面

圖10 設備臺賬圖

鍋爐防磨防爆系統具備行業全面推廣的條件與環境。

1、大部分電廠鍋爐防磨防爆已經建立管理組織、基本管理流程，只是管理手段處于初級階段，落地方式屬于粗放式落地，不夠精細。

2、大部分鍋爐防磨防爆過程數據管理粗放，數據規范性差、數據利用率低，數據可視化程度低。

3、鍋爐防磨防爆設備量級大，十幾萬根管件、幾十萬焊口，通過人工方式很難管理到位、很難系統分析鍋爐各設備健康情況。

4、鍋爐檢修往往以經驗為主，缺少數據的準確對比與指導。鍋爐檢修工作更應該以數據為基礎，客觀有效的組織鍋爐檢修工作的進行。在整個檢修工作過程中應保證檢修數據的完整性、統一性及準確性。提高檢修工作分析、總結的客觀性和準確性。

圖11 設備臺賬柱狀圖

圖12 設備預警總表

圖13 泄漏分析圖

圖14 事故分析檢驗庫

4、四管泄漏多是事后管理，需要在運行管理中建立針對鍋爐各個受熱面的實時監控，并且電廠DCS具備溫度、壓力測點實時數據，具備實時數據利用的前提。

5、防磨防爆管理涉及鍋爐檢修、運行、化學、金屬、熱工、燃料等多個專業，需要建立統一的管理平臺，增加管理工作的有效執行，保證各專業、部門工作的整體協調性。

6、三維系統可以有機拓展至地下管網系統，甚至全廠建模，推廣前景廣闊。