论文部分内容阅读
摘要：电力事业高速发展的今天，无论是生产还是生活，对于电力的需求和消耗都在日益增大，所以机组锅炉整体的寿命管理成为了行业热点。机组锅炉的健康运行关乎电力事业发展的稳定，不容忽视。本文将运用电厂检测检修数据、机组运行记录，结合金属材料的各种性能，针对国产300MW机组锅炉提出一套关于其关键部件寿命的评估管理方案，希望此管理方案能够对指导电厂的科学合理运行、保证机组寿命稳定长久产生深远的意义。
关键词：300MW锅炉；关键性部件；寿命损耗；管理系统；寿命评估
根据我国目前的能源结构来看，利用大容量火电机组进行电网调峰已经成为长期常规的任务。而由于我国用电结构的特殊性，电网负荷存在较大的峰谷差，这就需要火电机组及时调整加快自身的启停速度来满足电网调峰的需要。但是，加快机组启停速度会给设备带来损耗，缩短机组寿命。
一、部件分类和损伤类型
（一）部件分类
设备部件详见表1。
（二）部件损伤的类型
对于机组锅炉部件来说，常常出现的部件损伤类型基本上有三种，即目前损伤程度、损伤积累速度、引起发生损坏所必须的损伤程度。
对部件的寿命要进行准确的预测和妥善的管理，就必须了解部件的损伤积累速度和发生损伤的机理。部件的损伤一般由腐蚀、蠕变、磨损、疲劳、等因素造成。往往同一个部件要经受两种或以上的损耗。而当多种损伤机理作用于同一个部件时，损伤程度又决定于机组本身，所以如果想保护机组的寿命，也要了解机组的设计构成、材料性质、运行方式、燃料特性等。
二、寿命管理的基础理论
（一）寿命管理所具备的材料
想要对机组实行寿命管理，就必须了解每个部件的使用材料以及各方面的性能。在机组初级阶段的运行中如果要对部件进行管理，那么就应该根据标准要求选取材料数据的下限值。当机组在运行一定时间而老化之后，应该对部件进行合理抽样检查，对材料金相及力学性能进行分析。假如直接取样存在困难，就可以选取与部件材料牌号工艺相同的传统材料并以此来进行试验。除此之外，还需要考虑其性能随高温时间的延长而逐渐劣化的现象。
（二）部件受力状态的计算
对于锅炉汽包来说，在没有超标缺陷的前提下，应该按照相关的标准规定，试验方法或有限元法对下降管处的应力进行具体分析，其中包含了热应力以及内压应力；对于具备超标缺陷的汽包而言，使用有限元和解析法对应力进行计算。除此之外，还需要分析其弯曲应力以及焊接残余应力，同时还需要对残余应力进行实时检测，并且还应该顾及到筒体角度的变化与焊缝周边所引起的集中应力。
其蒸汽管道是依据管道在实际中的支吊架情况和相关的管系设计、安装传统资料进行应力分析的，应找出最大的受力部和应力水平。
内压应力和热应力应该是三通和集箱具体应该考虑的计算变量。
（三）预测寿命方法
其高温蒸汽管道以及高温集箱都是以蠕变为主要失效方式的部件，在蠕变的第二阶段，材料持久性较强的最小二乘法拟合曲线公式则是：
蠕变孔洞法是根据材料的金相组织来决定的，按照蠕变孔洞的构成、大小以及密度，并将其分为各个级别，通过判断材料蠕变损伤的程度，来确定部件寿命的管理。
对于低合金钢而言，同样可以使用定量金相的方法，以此来计算孔洞的百分数A，随后按照工程进行估算部件的余下寿命。其公式为：
在公式中，t为运行的时间，A为比值
但是对于汽轮机、发电机以及汽包来说，他们的失效特点基本为低周疲劳，应该实行对低周疲劳寿命的管理。然而对调峰运行机组而言，其高温蒸汽管道以及高温集箱也同样需要考虑疲劳问题。
三、电厂机组部件寿命管理系统的设计
（一）系统构成
机组部件的寿命管理系统是由实时数据采集、动态数据分析、静态数据输入以及信息查询四部分组成。
实时数据采集统计是在服务器上运行，它从HP-LS-3的实时服务器中的DAS1数据库中来采取实时数据，随后通过分析再将结果转存入WGQSMDBS数据库。而动态数据分析同样也是在服务器中运行，并用中文VB 6.0进行开发。其分析数据会转存入WGQSMDBS数据库中。所谓静态数据输入是在设备人员的工作站中运行，静态数据输入运用Delphi5.0来进行开发，通常输入信息都会存到WGQSMDBS数据库中。而WGQSMDBS数据库则是用中文MS SQL SERVER 7.0开发。信息查询部分是用户以浏览器来进行查询信息，同时信息查询部分是用中文FRONTPAGE 2000、中文VB 6.0等工具所开发形成的。
（二）系统功能
机组部件寿命管理数据库由三层表格组成，它是机组部件寿命管理系统的核心所在。它们分别是部件静态信息层、部件动态信息层和管理考核信息层。
部件静态信息层包含了编码、名称、具体位置、重要程度等相关部件的不变信息。这一信息在进行第一次人工输入之后只需要改变部件的管理范围，并不需要时常更改其中的某项信息。
部件动态信息划分为实时信息以及检验信息两部分，其中实时信息包括了从实时数据库所采集的数据；其检验检修信息则包括了部件的检验日期、检修结果等人工输入的相关信息。这一信息会持续增加，同时需要不定期的进行维护。
管理考核信息包括了运行考核的系列信息、部件剩余的应用时间以及部件檢修意见相关信息等，这些信息能够自动产生，并且进行长期的保存。
（三）金属监督提升机组的寿命
考虑到机组金属材质的运用较为成熟，不需要单单从金属材质的角度出发，其主要在于部件结构及机组运行工况，从这两方面进行金属监督以提升机组的寿命。一要对结构存在的大应力梯度进行消除，只有大应力相对集中，并且对脆弱部分进行加强，从而完善结构的设计；二要严格控制机组的运行状况，防止金属部件超温及温度波动过大，除此之外应该对金属表面的光洁度进行加强，使其不易形成初始裂纹，其实质是提升疲劳的寿命。
结束语
综上所述，对锅炉汽包的实际应用实施全程的控制，并对其的运行温度，压力以及寿命进行一定的管理，从而保证机组锅炉的正常运行是相当必要的。通过智能化数据采集分析与自动化机械运行管理来维护机组关键部件的运行，是目前机组锅炉寿命管理方式的主要发展方向，这种管理系统简单、安全且高效，以理论和实际相结合的方式完成了对机组锅炉部件的状态监控与维护，为电网稳定正常的供电提供了有力的保障。
参考文献
[1] 陆云，徐俊，段鹏等.300 MW机组锅炉部件寿命管理系统[J].华东电力，2012，33（10）.
[2] 史进渊，施俊，杨宇等.4台300MW火电机组寿命管理系统的设计与应用[J].动力工程学报，2010，30（6）.
[3] 孙献斌，王智微，徐正泉等.国产300 MW循环流化床锅炉的设计研究[J].热力发电，2011，30（6）.
[4] 宋先林，张涛，虞旭清等.300 MW机组调峰运行金属部件检测重点[J].中国电力，2011，34（4）.
[5] 刘兵，郑坊平，张磊等.亚临界300 MW机组锅炉水冷壁爆管原因分析[J].热力发电，2012，37（10）.
[6] 龙会国，龙毅，陈红冬等.300 MW机组锅炉"四管"泄漏检修分析[J].热力发电，2010，39（4）.
关键词：300MW锅炉；关键性部件；寿命损耗；管理系统；寿命评估
根据我国目前的能源结构来看，利用大容量火电机组进行电网调峰已经成为长期常规的任务。而由于我国用电结构的特殊性，电网负荷存在较大的峰谷差，这就需要火电机组及时调整加快自身的启停速度来满足电网调峰的需要。但是，加快机组启停速度会给设备带来损耗，缩短机组寿命。
一、部件分类和损伤类型
（一）部件分类
设备部件详见表1。
（二）部件损伤的类型
对于机组锅炉部件来说，常常出现的部件损伤类型基本上有三种，即目前损伤程度、损伤积累速度、引起发生损坏所必须的损伤程度。
对部件的寿命要进行准确的预测和妥善的管理，就必须了解部件的损伤积累速度和发生损伤的机理。部件的损伤一般由腐蚀、蠕变、磨损、疲劳、等因素造成。往往同一个部件要经受两种或以上的损耗。而当多种损伤机理作用于同一个部件时，损伤程度又决定于机组本身，所以如果想保护机组的寿命，也要了解机组的设计构成、材料性质、运行方式、燃料特性等。
二、寿命管理的基础理论
（一）寿命管理所具备的材料
想要对机组实行寿命管理，就必须了解每个部件的使用材料以及各方面的性能。在机组初级阶段的运行中如果要对部件进行管理，那么就应该根据标准要求选取材料数据的下限值。当机组在运行一定时间而老化之后，应该对部件进行合理抽样检查，对材料金相及力学性能进行分析。假如直接取样存在困难，就可以选取与部件材料牌号工艺相同的传统材料并以此来进行试验。除此之外，还需要考虑其性能随高温时间的延长而逐渐劣化的现象。
（二）部件受力状态的计算
对于锅炉汽包来说，在没有超标缺陷的前提下，应该按照相关的标准规定，试验方法或有限元法对下降管处的应力进行具体分析，其中包含了热应力以及内压应力；对于具备超标缺陷的汽包而言，使用有限元和解析法对应力进行计算。除此之外，还需要分析其弯曲应力以及焊接残余应力，同时还需要对残余应力进行实时检测，并且还应该顾及到筒体角度的变化与焊缝周边所引起的集中应力。
其蒸汽管道是依据管道在实际中的支吊架情况和相关的管系设计、安装传统资料进行应力分析的，应找出最大的受力部和应力水平。
内压应力和热应力应该是三通和集箱具体应该考虑的计算变量。
（三）预测寿命方法
其高温蒸汽管道以及高温集箱都是以蠕变为主要失效方式的部件，在蠕变的第二阶段，材料持久性较强的最小二乘法拟合曲线公式则是：
蠕变孔洞法是根据材料的金相组织来决定的，按照蠕变孔洞的构成、大小以及密度，并将其分为各个级别，通过判断材料蠕变损伤的程度，来确定部件寿命的管理。
对于低合金钢而言，同样可以使用定量金相的方法，以此来计算孔洞的百分数A，随后按照工程进行估算部件的余下寿命。其公式为：
在公式中，t为运行的时间，A为比值
但是对于汽轮机、发电机以及汽包来说，他们的失效特点基本为低周疲劳，应该实行对低周疲劳寿命的管理。然而对调峰运行机组而言，其高温蒸汽管道以及高温集箱也同样需要考虑疲劳问题。
三、电厂机组部件寿命管理系统的设计
（一）系统构成
机组部件的寿命管理系统是由实时数据采集、动态数据分析、静态数据输入以及信息查询四部分组成。
实时数据采集统计是在服务器上运行，它从HP-LS-3的实时服务器中的DAS1数据库中来采取实时数据，随后通过分析再将结果转存入WGQSMDBS数据库。而动态数据分析同样也是在服务器中运行，并用中文VB 6.0进行开发。其分析数据会转存入WGQSMDBS数据库中。所谓静态数据输入是在设备人员的工作站中运行，静态数据输入运用Delphi5.0来进行开发，通常输入信息都会存到WGQSMDBS数据库中。而WGQSMDBS数据库则是用中文MS SQL SERVER 7.0开发。信息查询部分是用户以浏览器来进行查询信息，同时信息查询部分是用中文FRONTPAGE 2000、中文VB 6.0等工具所开发形成的。
（二）系统功能
机组部件寿命管理数据库由三层表格组成，它是机组部件寿命管理系统的核心所在。它们分别是部件静态信息层、部件动态信息层和管理考核信息层。
部件静态信息层包含了编码、名称、具体位置、重要程度等相关部件的不变信息。这一信息在进行第一次人工输入之后只需要改变部件的管理范围，并不需要时常更改其中的某项信息。
部件动态信息划分为实时信息以及检验信息两部分，其中实时信息包括了从实时数据库所采集的数据；其检验检修信息则包括了部件的检验日期、检修结果等人工输入的相关信息。这一信息会持续增加，同时需要不定期的进行维护。
管理考核信息包括了运行考核的系列信息、部件剩余的应用时间以及部件檢修意见相关信息等，这些信息能够自动产生，并且进行长期的保存。
（三）金属监督提升机组的寿命
考虑到机组金属材质的运用较为成熟，不需要单单从金属材质的角度出发，其主要在于部件结构及机组运行工况，从这两方面进行金属监督以提升机组的寿命。一要对结构存在的大应力梯度进行消除，只有大应力相对集中，并且对脆弱部分进行加强，从而完善结构的设计；二要严格控制机组的运行状况，防止金属部件超温及温度波动过大，除此之外应该对金属表面的光洁度进行加强，使其不易形成初始裂纹，其实质是提升疲劳的寿命。
结束语
综上所述，对锅炉汽包的实际应用实施全程的控制，并对其的运行温度，压力以及寿命进行一定的管理，从而保证机组锅炉的正常运行是相当必要的。通过智能化数据采集分析与自动化机械运行管理来维护机组关键部件的运行，是目前机组锅炉寿命管理方式的主要发展方向，这种管理系统简单、安全且高效，以理论和实际相结合的方式完成了对机组锅炉部件的状态监控与维护，为电网稳定正常的供电提供了有力的保障。
参考文献
[1] 陆云，徐俊，段鹏等.300 MW机组锅炉部件寿命管理系统[J].华东电力，2012，33（10）.
[2] 史进渊，施俊，杨宇等.4台300MW火电机组寿命管理系统的设计与应用[J].动力工程学报，2010，30（6）.
[3] 孙献斌，王智微，徐正泉等.国产300 MW循环流化床锅炉的设计研究[J].热力发电，2011，30（6）.
[4] 宋先林，张涛，虞旭清等.300 MW机组调峰运行金属部件检测重点[J].中国电力，2011，34（4）.
[5] 刘兵，郑坊平，张磊等.亚临界300 MW机组锅炉水冷壁爆管原因分析[J].热力发电，2012，37（10）.
[6] 龙会国，龙毅，陈红冬等.300 MW机组锅炉"四管"泄漏检修分析[J].热力发电，2010，39（4）.