電廠金屬鍋爐表面缺陷故障分析及預防措施

邢天彪

（浙江浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江 金華 321100）

火力發電是利用可燃物在燃燒時產生的熱能，通過發電動力裝置轉換成電能的一種發電方式，根據動力裝置的不同，火力發電可分為燃煤汽輪機發電、燃油汽輪機發電、燃氣-蒸汽聯合循環發電以及內燃機發電。在整個電力產生的來源上來看，火力發電仍占領電力絕大部分市場，隨著社會新材料、新技術的發展，以及互聯網+、新一代信息技術、人工智能技術的發展，火力發電過程的安全性進一步提高，適應我國從制造大國向制造強國轉變。

電站鍋爐是整個火力發電企業三大主機設備之一，由于鍋爐是由鍋爐本體、煙道、爐膛、通風道等幾個關鍵部分組成，特別是超臨界直流鍋爐[1]。發電企業鍋爐應當從安裝、使用、維護都需要智能化管理，從全生命周期的角度提升鍋爐安全可靠運行的性能[2]。清華大學王傳峰等人[3]基于概率魯棒性理論，針對過熱汽溫這類工況參數對模型參數有較大影響的對象，提出了一種固定參數的串級魯棒PID控制器設計方法。燕山大學牛培峰[4]從人工智能角度出發，提出了新的機器學習方法（相關向量機）對某330MW煤粉汽包鍋爐的一、二次風速以及含氧量等26個輸入參數和NOx輸出結果進行建模研究。劉瑋[5]針對超超臨界機組在線化學儀表運行情況，并且通過對某電力公司下屬8家發電企業16臺超臨界機組在線化學儀表運行進行普查，從維護方式及人員資質、校驗標準規范及校驗標準器具、維護制度規范方面論證了維護管理對整個體系可靠性的關鍵性作用。

以某電廠中的金屬鍋爐表面缺陷作為研究對象，分析金屬鍋爐表面缺陷產生的原因，再針對鍋爐表面缺陷深層次原因，采用魚骨圖分析方法，再針對產生鍋爐表面缺陷建立的故障樹，根據故障樹提出表面缺陷故障的預防措施，能夠進一步地減少鍋爐發生故障的幾率，提高鍋爐的安全可靠性。

1 魚骨圖分析模型與分析

魚骨圖從人、機、料、法、環五個方面系統全面地分析鍋爐表面缺陷故障產生的原因。由于鍋爐在制造過程以及后期使用過程中，金屬表面出現諸多裂紋缺陷，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這類裂紋缺陷，而裂紋的產生、變化等數據均屬于安全管理的范圍。例如，焊接裂紋，由于鍋爐焊接過程中，由于焊接生產工藝特點，產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時間使用，導致的疲勞裂紋和腐蝕性疲勞裂紋。

表面缺陷故障的產生原因眾多，例如，鍋爐的水冷壁管是鍋爐受熱部件，設置再鍋爐爐膛四周，作用是吸收膛中高溫火焰的熱量，在管內產生蒸汽或熱水，由于在實際作業過程中，膛中的火焰溫度過高導致爐管向火面表面出現斷裂、腐蝕、磨損等問題。

根據實際情況建立魚骨圖分析模型，針對鍋爐表面出現的腐蝕等故障問題進行分析，從人、機、料、法、環五個方面進行分析。

例如，在檢查鍋爐表面的傳統方法不能很好地滿足表面缺陷微量的變化，檢測的精度往往不能很好地見微知著，從而導致很多隱形的問題一直處在“忽視的狀態”，采用精度更高的CCD工業相機檢測等方法可以較好地避免這類問題。并且人員的不定期檢查往往不能實時地反映出鍋爐的微量變化，建立在線的監測信息系統，實時地將數據傳輸至控制中心。

圖1 魚骨圖模型

2 鍋爐表面缺陷與故障樹分析

根據不同的故障類型，建立故障樹，故障樹節點之間能夠反映出故障產生的原因以及故障的層次關系，能夠不斷地豐富故障的“葉”，進而能夠建立更為系統的故障診斷的數據庫，不斷地完善鍋爐表面缺陷產生的原因，借助5Why的方法，不斷地層層遞進分析故障產生的原因。

圖2 故障樹模型

通過故障樹層次遞進，通過步驟S1到步驟S8的層層遞進，可以更好地分析出故障產生的原因。

步驟S1，識別問題，在方法的第一步，盡可能地清楚表達問題的本身，例如，鍋爐表面的缺陷的具體表現形式。

步驟S2，澄清問題，更清楚地理解和發現，實際發生了什么，應該發生了什么。

步驟S3，分解問題將問題分解為小的、獨立的元素，是否有子問題，可以借助故障樹中先分解為子問題，然后進一步進行問題的求解。

步驟S4～S8，查找焦點集中的實際要點，掌握有關問題的關鍵信息，把握問題的傾向，例如：發生故障的頻次等，確定異?，F象的直接原因，從而建立一個“原因-效果”關系鏈，采取明確的措施去解決。

根據分析出來的原因后，建立一系列預防措施，預防故障發生，例如，需要對鍋爐及受壓元件的制造材料上予以更為嚴格控制，企業內部建立重點區域的安全隱患排查制度。建立更為科學系統的監測系統平臺，針對系統分析出的故障點進行重點排除。

3 結論

通過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行，建立以魚骨圖與故障樹的分析方法和模型。能夠將多方位的多維地對鍋爐表面缺陷故障的原因進行系統和深入地分析，建立企業級的鍋爐有可能出現故障的位置以及故障類型、故障具體信息。

由于鍋爐子系統較多，建立系統地故障樹和故障地圖需要更多的數據和時間的積累，并且目前鍋爐的技術也在進一步地突破，建立有效地電廠內的鍋爐故障分析方法學，并能夠提出有效的預防措施，能夠對整個電廠起到至關重要的作用，未來進一步努力的方向即為通過互聯網、數字化的手段更好地監測整個電廠的運行和鍋爐的健康，乃至生命周期的健康狀態監測。