華能海門電廠
鍋爐長周期運(yùn)行壽命管理模式應(yīng)用
華能海門電廠
海門電廠探索1000MW級(jí)機(jī)組鍋爐“四管”泄漏的特性與規(guī)律,能夠提前發(fā)掘潛在的隱患并治理,保障電廠4臺(tái)鍋爐不發(fā)生四管泄漏事故。通過防磨防爆管控管理體系循環(huán)有效運(yùn)作,對(duì)電廠鍋爐長周期運(yùn)行壽命管理,提高機(jī)組運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)效益具有重大借鑒和參考價(jià)值。
華能海門電廠通過創(chuàng)建適應(yīng)超超臨界百萬機(jī)組長周期防磨防爆品質(zhì)管理,通過8年來不斷探索、研究、總結(jié),強(qiáng)化多項(xiàng)預(yù)控體系建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)化管理體系建設(shè),提升在四管防磨防爆工作中加強(qiáng)和改善超超臨界防磨防爆管理的制度標(biāo)準(zhǔn)化、裝置規(guī)范化、流程程序化、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、行為規(guī)范化、四管可視化,形成了一套有效的PDCA(PLAN-DO-CHECK-ACT)閉環(huán)管理標(biāo)準(zhǔn)模式,使四管防磨防爆工作做到網(wǎng)格化、全覆蓋、無死角、定責(zé)任、定標(biāo)準(zhǔn)。
華能海門電廠一期4臺(tái)1036MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組。鍋爐主設(shè)備由東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司、BHK、BHDB制造。鍋爐型號(hào):DG3000/26.15-Ⅱ1型鍋爐。鍋爐型式為高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐、對(duì)沖燃燒方式、固態(tài)排渣、采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。
海門電廠從09年機(jī)組逐步調(diào)試投產(chǎn),至11年4臺(tái)機(jī)組全部正式商業(yè)運(yùn)行,不斷完善、總結(jié)、提升鍋爐長周期運(yùn)行管理水平,至12年已經(jīng)初步形成了標(biāo)準(zhǔn)化的預(yù)控和管理體系、可視化檢查菜單、可靠檢查工具及技術(shù)水平等,目前電廠摸清了1000MW級(jí)機(jī)組鍋爐“四管”泄漏的特性與規(guī)律,能夠提前發(fā)掘潛在的隱患并治理,確保電廠4臺(tái)鍋爐不發(fā)生四管泄漏事故,全面打造超超臨界百萬機(jī)組防磨防爆的“海門電廠”品牌和效應(yīng)。
鍋爐受熱面管防磨防爆工作是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù),需要全員參與,專業(yè)化技術(shù)團(tuán)隊(duì)共同努力,才能為機(jī)組安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。領(lǐng)導(dǎo)重視是做好防磨防爆的關(guān)鍵,預(yù)控體系是做好防磨防爆的基礎(chǔ),管理體系是做好防磨防爆的保證,PDCA體系運(yùn)作是做好防磨防爆的核心。這其中有四個(gè)主要點(diǎn):
(1)各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)高度重視。公司、分公司、電廠領(lǐng)導(dǎo)多次親臨現(xiàn)場指導(dǎo)鍋爐“四管”防磨防爆工作,電廠內(nèi)部成立以生產(chǎn)廠長為組長的三級(jí)檢查監(jiān)督網(wǎng)絡(luò),本著“逢停必查,查必徹底”的原則,認(rèn)真細(xì)致的組織開展鍋爐“四管”防磨防爆檢查工作。落實(shí)責(zé)任,劃分區(qū)域,確?!胺止っ鞔_,責(zé)任到人,檢查到位”。推行“四管”防磨防爆檢查標(biāo)準(zhǔn)卡模式和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),固化防磨防爆流程,閉環(huán)監(jiān)督,推動(dòng)該體系周期滾動(dòng)提升運(yùn)作。
(2)強(qiáng)化預(yù)控和管理體系建設(shè)。一是強(qiáng)化預(yù)控體系建設(shè),主要有:實(shí)時(shí)給水加氧控制、實(shí)時(shí)壁溫檢測(cè)分析(PSSS)調(diào)整、運(yùn)行燃燒調(diào)整控制、壁溫及氧化皮多級(jí)預(yù)控、停機(jī)氨水堿化烘干和真空干燥法保養(yǎng)、檢修鍋爐防磨防爆三維數(shù)字化虛擬仿真、檢修防磨防爆檢查、鍋爐技術(shù)監(jiān)督等;二是通過健全防磨防爆制度標(biāo)準(zhǔn)化、裝置規(guī)范化、流程程序化、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、行為規(guī)范化、四管可視化,摸索出一套行之有效的解決方案、技術(shù)措施,并形成了從計(jì)劃-執(zhí)行-檢查-行動(dòng)提升的PDCA閉環(huán)管理標(biāo)準(zhǔn)模式體系的運(yùn)作,使四管防磨防爆工作做到網(wǎng)格化、全覆蓋、無死角、定責(zé)任、定標(biāo)準(zhǔn),摸清1000MW級(jí)機(jī)組鍋爐“四管”泄漏的特性與規(guī)律,提前發(fā)掘潛在的隱患并治理,確保了電廠4臺(tái)鍋爐連續(xù)四年未發(fā)生一起四管泄露非計(jì)劃停機(jī)造成的經(jīng)濟(jì)損失。
表1 鍋爐四管爆漏機(jī)理分類
(3)電廠強(qiáng)化PDCA過程管控。舉一反三、杜絕任何可能,重視受熱面檢查中發(fā)現(xiàn)的問題,任何一臺(tái)爐發(fā)現(xiàn)的問題,必須立刻組織專業(yè)人員分析討論,尋找導(dǎo)致缺陷發(fā)生的原因,推廣至其中鍋爐加以普查,保證了在其他鍋爐不重復(fù)發(fā)生同類事件,嚴(yán)格控制檢修質(zhì)量,逐步提高設(shè)備的健康水平。結(jié)合東方鍋爐特性,重點(diǎn)處理的工作有:
1)所有受熱面進(jìn)口集箱的檢查清理;
2)水平煙道包墻與后豎井包墻過熱器交匯處鰭片結(jié)構(gòu)不合理,應(yīng)力集中導(dǎo)致管道開裂;
3)頂棚出口集箱疏放水管安裝不規(guī)范造成膨脹不暢拉裂管子;
4)水冷壁吹灰器讓管附近鰭片開裂,導(dǎo)致延伸至水冷壁管開裂;
5)燃燒器安裝偏差,導(dǎo)致鍋爐偏燒;
6)大包密封受熱面預(yù)埋件安裝質(zhì)量及結(jié)構(gòu)原因?qū)е鹿艿篱_裂;
7)鍋爐尾部半伸縮吹灰器設(shè)計(jì)不合理,槍管彎曲無法投運(yùn);
8)再熱器減溫器噴管開裂;
9)尾部煙道受熱面及爐內(nèi)吊桿吹灰器吹損區(qū)域加裝防磨瓦;
10)水冷壁燃盡風(fēng)區(qū)域高溫腐蝕部位防腐噴涂、高過高再區(qū)域防磨噴涂;
11)堅(jiān)持對(duì)高溫受熱面氧化皮脫落的監(jiān)督檢查。
(4)強(qiáng)化內(nèi)外協(xié)同合作。充分利用國內(nèi)科研單位經(jīng)驗(yàn)、設(shè)備有利優(yōu)勢(shì),與西安熱工院、國內(nèi)專業(yè)隊(duì)伍合作,起到交叉、互補(bǔ)的作用。各次檢修、調(diào)停期間對(duì)四管全面檢查。由西安熱工院,中國特檢院,上海電建,廣東拓奇(或安徽二建)、廣州帕理與我廠檢修部、策劃部共同完成。檢修人員嚴(yán)格按照“寧繁不簡,寧細(xì)不濫,全面檢查,把握重點(diǎn)”工作要求,做到“分工明確,責(zé)任到人,檢查到位”,發(fā)現(xiàn)吹灰器附近鰭片裂紋、水冷壁漏焊及鼓包、冷灰斗砸傷、防磨瓦翻轉(zhuǎn)等多處缺陷,檢修期間徹底消除,確保全年實(shí)現(xiàn)鍋爐零泄漏。
目前,火力發(fā)電廠鍋爐受熱面管爆漏是影響發(fā)電設(shè)備安全可靠性的一個(gè)主要因素。受熱面管爆漏造成的主設(shè)備非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)占火力發(fā)電機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)總次數(shù)的40-50%,有些機(jī)組比這個(gè)比例還要大。受熱面管爆漏直接威脅到電廠的安全運(yùn)行,同時(shí)也給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大的困難,特別是對(duì)于大容量高參數(shù)的超超臨界機(jī)組。隨著機(jī)組容量、運(yùn)行參數(shù)、使用材料等級(jí)的提高,機(jī)組的安全性尤為重要,特別是鍋爐受壓部件的防爆管已放在了電廠運(yùn)行安全運(yùn)行的首要位置。一臺(tái)超超臨界鍋爐一旦出現(xiàn)受熱面泄漏、爆管將給發(fā)電企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失:1000MW 機(jī)組鍋爐一次爆管造成停爐的直接經(jīng)濟(jì)損失在500 萬人民幣以上,若考慮發(fā)電量減少,損失將達(dá)超過千萬元人民幣,所以大容量超超臨界機(jī)組鍋爐防泄漏、防爆的重要性不言而喻。同時(shí),近年來進(jìn)口煤炭存在價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì),為了降低燃料成本,燃用煤種嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤種。這些外部因素加重了鍋爐受熱面的結(jié)焦程度、腐蝕程度和疲勞損傷程度,間接降低了受熱面管的安全可靠性。此外,超超臨界機(jī)組鍋爐受熱面采用了大量的新鋼種,比如T/P92、Super304H、HR3C等新型耐熱鋼,對(duì)于這些材料的使用性能和工藝性能的掌握還有待于提高,尤其是奧氏體不銹鋼的蒸汽氧化問題成為了影響鍋爐安全運(yùn)行的一大隱患。
鍋爐過熱器、省煤器、水冷壁、再熱器管(簡稱“四管”)爆漏,是影響火電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素之一。據(jù)近年來的統(tǒng)計(jì),我國大型電站因“四管”爆漏引起的停機(jī)事故,占機(jī)組非計(jì)劃停用時(shí)間的40%,占鍋爐設(shè)備非計(jì)劃停用時(shí)間的70%,而且隨機(jī)組參數(shù)的提高和新機(jī)組投運(yùn)的增加,這類事故還有上升的趨勢(shì)??梢钥闯?,鍋爐設(shè)備事故中“四管”爆漏的事故所占比例較大,在所發(fā)生的非計(jì)劃停運(yùn)事故中,有近一半是鍋爐“四管”爆漏造成的。鍋爐“四管”爆漏對(duì)機(jī)組可用率的影響,NERC(北美電力可靠性委員會(huì))的統(tǒng)計(jì)分析表明,每減少1%的可用率意味著3000-7000萬美元的經(jīng)濟(jì)損失。因此,如何更加有效地開展鍋爐“四管”爆漏防治工作,提高設(shè)備的可用率,進(jìn)而提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益是一個(gè)具有現(xiàn)實(shí)意義的課題。
在鍋爐的整個(gè)運(yùn)行周期中均存在爆管的可能性,但在試運(yùn)初期受熱面發(fā)生爆管事故的概率最大,投運(yùn)一到兩年之后爆管明顯減少。不同參數(shù)與爐型的鍋爐引起爆管的主要原因有所不同,在對(duì)東鍋近幾年內(nèi)投運(yùn)的42臺(tái)超臨界鍋爐爆管統(tǒng)計(jì),有23臺(tái)鍋爐發(fā)生過爆管事故,19臺(tái)爐未發(fā)生爆管。在這23臺(tái)爆管鍋爐中,共發(fā)生62次爆管,引起受熱面爆管的原因,排在第一位是異物堵塞,其次是制造缺陷包括安裝缺陷,再其次是母材相關(guān)因素。
從目前國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)或者在建的百萬機(jī)組電廠,具有幾個(gè)特點(diǎn):
(1)幾年內(nèi)一躍成為世界上擁有超超臨界機(jī)組最多的國家。機(jī)組溫度、壓力參數(shù)高,使用如Super304H,HR3C,T/P92等多種新型耐熱鋼材料,鍋爐“四管”部件等泄漏風(fēng)險(xiǎn)大,設(shè)備管理難度大。
(2)基礎(chǔ)薄弱,經(jīng)驗(yàn)較少,認(rèn)識(shí)不足等問題:舊防磨防爆管理模式、內(nèi)容、制度不能適應(yīng)超超臨界百萬電廠防磨防爆管理需要,一些電廠四管泄漏頻繁,檢修管理失控、受熱面高溫腐蝕嚴(yán)重,氧化皮剝落堆積導(dǎo)致超溫、爆管等等,造成非計(jì)劃停運(yùn)和機(jī)組不能長周期安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
(3)人員缺乏管理和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)等。特別是新建電廠定員少,隊(duì)伍精干,都沒有自己的檢修部門,日常維護(hù)和檢修工作基本外委。
海門電廠1~4號(hào)機(jī)組現(xiàn)階段運(yùn)行狀況良好,尤其是2012年下半年至今未發(fā)生因受熱面爆漏而導(dǎo)致的非停,鍋爐的安全可靠性良好。2012年以前出現(xiàn)過受熱面管爆漏導(dǎo)致的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn),主要是水冷壁吹灰器孔附近鰭片裂紋延伸至管子母材、水平煙道積灰結(jié)焦等問題。同時(shí),鑒于國內(nèi)其它早期投運(yùn)的1000MW超超臨界燃煤機(jī)組鍋爐出現(xiàn)一些新的問題,比如奧氏體不銹鋼管內(nèi)壁蒸汽氧化、水冷壁管的大面積腐蝕疲勞開裂問題,導(dǎo)致受熱面爆漏,給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來威脅。隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加,燃用煤種的參差不齊,鍋爐受熱面管的安全可靠性將會(huì)逐漸降低。
表2 百萬千瓦容量機(jī)組發(fā)生一次爆管損失效益估算表
因此,為減少和避免因受熱面爆漏導(dǎo)致的非計(jì)劃停運(yùn),保證機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性,間接為節(jié)能減排工作做貢獻(xiàn),必須加強(qiáng)管理,延長運(yùn)行周期,必須對(duì)鍋爐受熱面管的安全可靠性進(jìn)行研究并優(yōu)化,必須實(shí)現(xiàn)受熱面管防磨防爆工作的規(guī)范化、程序化、標(biāo)準(zhǔn)化、常態(tài)化。
為此,必須探索研究、總結(jié)強(qiáng)化超超臨界防磨防爆管理的制度標(biāo)準(zhǔn)化、裝置規(guī)范化、流程程序化、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、行為規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)體系和大數(shù)據(jù)挖潛化,形成了一套有效的PDCA閉環(huán)管理標(biāo)準(zhǔn)模式。最終實(shí)現(xiàn) “一個(gè)檢修周期內(nèi)不發(fā)生四管泄漏”的目標(biāo),保證機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性,延長機(jī)組運(yùn)行周期和安全壽命。
(1)數(shù)據(jù)的分析和歸類。
鍋爐“四管”失效的分布沒有顯著的分布規(guī)律;鍋爐“四管”爆漏分析及預(yù)防是一個(gè)復(fù)雜的問題,盡管鍋爐“四管”爆漏的機(jī)理復(fù)雜,目前已知的有20余種,但是基于對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析,發(fā)現(xiàn)絕大部分爆漏問題可以劃歸在3類型式中。
1)慢性、累積型爆管:包括由蠕變、疲勞、腐蝕和磨損等引起的爐管爆漏。這類問題一般與運(yùn)行時(shí)間相關(guān),隨著機(jī)組運(yùn)行累計(jì)時(shí)間的延長和設(shè)備的老化,這類問題呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。
2)先天缺陷引起的爆管:這往往由于制造、安裝或檢修等環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制問題引起,如焊接缺陷、缺陷部位的壽命因缺陷程度的大小變化很大。這類爐管爆漏隨時(shí)間的推移呈逐漸下降的趨勢(shì)。
3)快速、隨意型爆管:這類爆管往往是由于運(yùn)行中的短期異常問題引起,比如運(yùn)行中的汽水回路流量中斷、吹灰器異常吹損等。與前面兩類不同,這類爐管爆漏問題一般是由短期因素作用引起,它的發(fā)生機(jī)率和機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間無關(guān)。
由此,區(qū)分了以上3類爆管的特點(diǎn),就可以采用不同的處理方案。
第1類爆管數(shù)量上一般占總爆漏次數(shù)的50%以上。對(duì)于此類爆管,針對(duì)爆漏失效機(jī)理可采取相應(yīng)的預(yù)防、控制措施。第2類爆管問題可以通過加強(qiáng)質(zhì)量管理,抓好從管材采購到制造、安裝各環(huán)節(jié)的檢查和檢驗(yàn)工作得到控制。第3類爆管的發(fā)生雖然呈現(xiàn)一定的隨意性,但是通過加強(qiáng)設(shè)備技術(shù)管理工作也可以降低其發(fā)生的機(jī)率。
(2)爆漏機(jī)理分析。
國內(nèi)外在鍋爐管的失效機(jī)理方面進(jìn)行了大量的研究,引起四管爆漏的原因很多,包括設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修、運(yùn)行及煤種等多方面,某一四管爆漏故障往往非單一因素所致,而是多種因素同時(shí)存在并交互作用的結(jié)果。根據(jù)全國大機(jī)型鍋爐四管爆漏事故的統(tǒng)計(jì),磨損、焊縫、過熱、腐蝕、拉裂等是引起鍋爐四管爆漏的主要原因。通過故障事故的分析,引起鍋爐四管爆漏可歸納如下幾方面原因:
(3)四管爆漏故障診斷識(shí)別。
鍋爐“四管泄漏”通常不僅發(fā)生率高,而且危害性大,往往造成巨大損失。及時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)防及處理“四管泄漏”,有利于發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行,避免人員和財(cái)產(chǎn)損失。鍋爐爐管泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)鍋爐過熱器、再熱器、省煤器、水冷壁等鍋爐受熱面管道的早期水汽泄漏,以及吹灰運(yùn)行工況。鍋爐爐管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐爐管泄漏進(jìn)行監(jiān)視,在顯示器上以模擬圖等形式顯示各點(diǎn)傳感器在本體上的分布,并能以不同顏色實(shí)時(shí)顯示各點(diǎn)的正常運(yùn)行、報(bào)警、故障的狀態(tài)。通過對(duì)聲音強(qiáng)度、頻率和持續(xù)時(shí)間的分析及判斷,發(fā)現(xiàn)鍋爐的泄漏點(diǎn),根據(jù)趨勢(shì)圖監(jiān)視其發(fā)展和變化。
1)鍋爐爐管泄漏早期報(bào)警:自鍋爐四管(省煤器、水冷壁、過熱器、再熱器)發(fā)生砂眼、裂紋開始,裝置應(yīng)能逐級(jí)報(bào)警,并發(fā)出無源干接點(diǎn)報(bào)警信號(hào);自動(dòng)檢測(cè)泄漏過程中,顯示器上的“棒圖”應(yīng)能以顏色變化分別表示:正常(綠色)、異常(黃色)、泄漏(紅色)。
2)判定泄漏區(qū)域位置:通過泄漏點(diǎn)附近分布的“測(cè)點(diǎn)”所反映的泄漏程度,并結(jié)合各“測(cè)點(diǎn)”先后報(bào)警順序能綜合判斷出泄漏區(qū)域位置:分辨率≥4米的隔離范圍。
3)顯示泄漏噪聲頻譜:能顯示各測(cè)點(diǎn)所“聽到”的爐內(nèi)聲音頻譜,顯示譜段為1-15kHz。能明顯地判別出爐管泄漏及蒸汽吹灰的聲音。泄漏故障發(fā)生后,根據(jù)檢修經(jīng)驗(yàn)和故障特性,形成故障判別表,并記錄機(jī)組歷史事故具體檔案。
為降低機(jī)組泄漏風(fēng)險(xiǎn),提高機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性,積極采取各種管理措施,加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)分析、預(yù)控和檢修檢查、運(yùn)行控制,努力提高機(jī)組防磨防爆工作成效,確保了機(jī)組修后長周期穩(wěn)定運(yùn)行;著力打造超超臨界百萬機(jī)組防磨防爆的“海門電廠”品牌和效應(yīng);實(shí)現(xiàn)“新起點(diǎn)、新目標(biāo)、新超越”,為電力行業(yè)防磨防爆做出更大的貢獻(xiàn)。
每發(fā)生一次四管泄漏,電廠損失嚴(yán)重,據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算,主要包括三個(gè)方面:
1.四管泄漏電量損失計(jì)算:搶修時(shí)間5天,則直接減少發(fā)電,效益損失:1000000(千瓦)*0.75(75%負(fù)荷率)*24(小時(shí)/天)* 5(搶修天數(shù))*0.2(邊際貢獻(xiàn),元)*0.5(年次/臺(tái))*4(臺(tái))=3600萬元。
2.檢修、啟機(jī)費(fèi)用:按最低檢修費(fèi)用至少20萬/臺(tái)/次;主要包括檢修的人力、物力成本核算。
3.機(jī)組啟停直接費(fèi)用至少80萬/次。主要包括啟停機(jī)過程的燃料、電量、水量、低品質(zhì)參數(shù)等的工質(zhì)能源損耗。
以上三個(gè)方面,可以看出,以每臺(tái)機(jī)組0.5次/年的概率,見表2,電廠構(gòu)建實(shí)施超超臨界鍋爐防磨防爆管理體系效益至少達(dá)3800萬/四臺(tái)機(jī)組/年。
項(xiàng)目實(shí)施以來,通過管理創(chuàng)新、理念創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新等,有效避免了鍋爐“四管”及機(jī)組重要部件泄漏發(fā)生,降低了機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn),安全效益、經(jīng)濟(jì)效益、品牌效益明顯。
本刊保留所有文字、圖表版權(quán),未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載、摘編。
編輯郵箱:emiunited@163.com