大唐寶雞第二發(fā)電有限責(zé)任公司 陳小強(qiáng)

根據(jù)中電聯(lián)發(fā)布的可靠性年度報(bào)告，300MW以上火電機(jī)組年度非停次數(shù)在0.5次/臺(tái)年徘徊，汽輪機(jī)本體故障引發(fā)的非停占比達(dá)到11.61%，是除鍋爐以外第二大非停影響因素。在汽輪機(jī)本體故障非停中，汽輪機(jī)高壓缸故障占比1.2%，也是排名第二位的影響因素。分析非停因素可以看出，火電機(jī)組可靠性不能得到有效提升的原因在于，整機(jī)系統(tǒng)可靠性未能隨近年來(lái)火電主、輔機(jī)設(shè)備制造技術(shù)發(fā)展、單一設(shè)備制造水平和可靠性的不斷提升而有效進(jìn)步，設(shè)備和系統(tǒng)交叉點(diǎn)等綜合性問(wèn)題在火電機(jī)組實(shí)際可靠性管理中還有較大提升空間。

失效分析（FMA）是一種用來(lái)研究引發(fā)問(wèn)題的潛在失效及其產(chǎn)生原因，進(jìn)而通過(guò)管理等手段提升可靠性的方法[1]。應(yīng)用于火電廠這種持續(xù)進(jìn)行的生產(chǎn)線模式，就是通過(guò)分析管理、組織與制度、人員因素、物品因素等存在的達(dá)不到預(yù)定壽命或預(yù)設(shè)管控能力的一種實(shí)用性管控方法，達(dá)到既提升可靠性又避免過(guò)度投入的目標(biāo)，以適應(yīng)當(dāng)前市場(chǎng)形勢(shì)下火電企業(yè)經(jīng)營(yíng)需求。

某公司裝機(jī)4×300MW亞臨界濕冷汽輪發(fā)電機(jī)組，已在役運(yùn)行近20年，采用東方系列鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，國(guó)電智深DCS系統(tǒng)。其中，汽輪機(jī)曾進(jìn)行高中壓缸通流改造，汽輪發(fā)電機(jī)組熱耗率處于同類型機(jī)組較好水平，年等效利用系數(shù)連續(xù)超年度計(jì)劃、平均非停次數(shù)處于火電機(jī)組先進(jìn)水平，表明該公司管理失效與組織失效方面得到了有效控制，處于低頻度。但實(shí)際上通過(guò)一起強(qiáng)迫停運(yùn)事件深入分析看出，無(wú)論管理、組織或制度、人員因素、物品因素仍然存在失效風(fēng)險(xiǎn)。

1 應(yīng)用失效分析進(jìn)行非計(jì)劃停運(yùn)事件分析的必要性與模式

1.1 必要性在于非計(jì)劃停運(yùn)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和可靠性、經(jīng)濟(jì)性績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)損失

一是直接經(jīng)濟(jì)損失（以極熱態(tài)啟動(dòng)點(diǎn)火到并網(wǎng)、報(bào)調(diào)管階段直接費(fèi)用計(jì)算）。燃煤消耗：統(tǒng)計(jì)值消耗原煤500噸，按平均入爐煤低位發(fā)熱量18.5MJ/kg計(jì)算，折合標(biāo)煤316噸標(biāo)煤，按標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)1000元/噸計(jì)算，燃煤成本31.6萬(wàn)元。燃油消耗：極熱態(tài)啟動(dòng)，為控制主汽溫度盡快滿足沖轉(zhuǎn)需求，需投入高位的大油槍系統(tǒng)助燃，需消耗0號(hào)柴油25噸左右，按油價(jià)4200元/噸計(jì)算，燃油成本10.5萬(wàn)元。蒸汽成本：給水泵汽輪機(jī)、除氧器加熱、輔汽供軸封系統(tǒng)合計(jì)用汽115噸，按120元/噸蒸汽售價(jià)計(jì)算，蒸汽成本1.38萬(wàn)元。耗電成本：極熱態(tài)激動(dòng)總耗廠用電40000kWh左右，按單價(jià)0.4元/kWh計(jì)算，耗電成本1.6萬(wàn)元?；举M(fèi)用成本44.5萬(wàn)元，加其他原水消耗、除鹽水消耗等，合計(jì)記作50萬(wàn)元/次。

二是損失電量收益。按平均負(fù)荷率70%計(jì)算，從滅火到缺陷消除完成點(diǎn)火需要N小時(shí)，則總損失電量=N×70%×30=2.1N萬(wàn)kWh，按缺陷消除需要2小時(shí)計(jì)算，損失電量造成間接損失1.68萬(wàn)元。

三是其他間接損失。年度等效可用系數(shù)下降0.05%，年度供電煤耗上升0.26g/kWh，公司可靠性評(píng)價(jià)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)均受到明顯影響，一方面影響集團(tuán)對(duì)公司的績(jī)效評(píng)級(jí)，另一方面績(jī)效評(píng)級(jí)下降會(huì)直接影響員工年平均收益。

1.2 應(yīng)用失效分析進(jìn)行非計(jì)劃停運(yùn)事件分析的模式

火電生產(chǎn)從燃料到產(chǎn)品連續(xù)性完成的性質(zhì)，決定了任一不安全事件都是由于各種因素疊加產(chǎn)生。因此，在查明某次非計(jì)劃停運(yùn)的直接原因時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行流程重建，把問(wèn)題放在管理流程、生產(chǎn)流程當(dāng)中去分析，才能最大限度查找原因，以提升整體可靠性水平。

一是建立引起事件的關(guān)鍵環(huán)節(jié)流程。二是對(duì)每一個(gè)關(guān)鍵流程點(diǎn)進(jìn)行失效性質(zhì)分析（包括管理失效、組織制度失效、人因失效、物因失效）。三是針對(duì)失效性質(zhì)，對(duì)照失效模式庫(kù)進(jìn)行失效模式分析，再進(jìn)行擴(kuò)展分析，檢查是否存在觸發(fā)同類失效模式的其他原因，綜合制定改進(jìn)措施。四是針對(duì)失效點(diǎn)失效模式，進(jìn)行發(fā)生概率和改進(jìn)措施成本評(píng)價(jià)，確定整改計(jì)劃、整改方案、整改時(shí)間。五是對(duì)整改后的系統(tǒng)可靠性進(jìn)行評(píng)估。

圖1

2 調(diào)節(jié)級(jí)壓力故障引發(fā)非計(jì)劃停運(yùn)的案例分析

2.1 事件現(xiàn)象

20:16:57，機(jī)組負(fù)荷291MW，AGC方式，磨煤機(jī)BCDEF運(yùn)行，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)級(jí)壓力由10.03MPa突降至3.60MPa，汽泵AB轉(zhuǎn)速指令由4655/4657rpm突降至3576/3578rpm。3.6MPa對(duì)應(yīng)給水流量需求為276T/h，實(shí)際汽泵AB出口流量由480t/h迅速下降至0，汽包水位快速下降，立即減負(fù)荷并投入機(jī)組深調(diào)模式擴(kuò)展水位，啟動(dòng)電泵加轉(zhuǎn)速。20:18:31，汽包水位-314mm，鍋爐MFT保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘。

圖2

2.2 原因分析

2.2.1 調(diào)節(jié)級(jí)壓力突降原因

測(cè)點(diǎn)引壓管法蘭密封發(fā)生泄漏，引起引壓管螺紋接頭爆裂，致使調(diào)節(jié)級(jí)壓力突降。調(diào)節(jié)級(jí)壓力取樣管關(guān)鍵部位技術(shù)參數(shù)：高壓內(nèi)缸測(cè)壓孔直徑φ19.8mm。法蘭齒形墊φ38×3.5，材質(zhì)12CrMoG代用GF101678，配件出廠檢驗(yàn)合格，有合格證。爆裂的引壓管螺紋接頭材質(zhì)12Cr1MoVA，螺紋規(guī)格M39×2，螺紋長(zhǎng)度36mm。經(jīng)過(guò)光譜分析：調(diào)速級(jí)測(cè)壓管螺紋部分材質(zhì)確為12Cr1MoVA，符合設(shè)計(jì)要求。

發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題包括：一是檢查殘留測(cè)壓管件發(fā)現(xiàn)螺紋部分可見(jiàn)3處1～3mm的空洞。二是測(cè)壓管內(nèi)壁存在較深的切削痕跡，形成了應(yīng)力集中源。三是查閱手冊(cè)，M39×2的外螺紋的小徑為37mm，測(cè)量?jī)?nèi)壁直徑為32mm，通過(guò)計(jì)算，最薄弱處（牙底處）厚度僅剩余2.5mm的壁厚，且內(nèi)壁存在較深的粗糙的切削刀具痕跡，進(jìn)一步降低有效壁厚。

2.2.2 調(diào)節(jié)級(jí)壓力取樣管泄漏原因

測(cè)壓管與調(diào)節(jié)級(jí)后高壓內(nèi)缸連接方式為焊接方式，穿過(guò)高壓外缸處為螺栓結(jié)構(gòu)，取樣管道布置不合理，在機(jī)組啟停或頻繁深度調(diào)峰引起機(jī)組內(nèi)外缸溫差大存在溫差應(yīng)力的情況下，取樣管結(jié)構(gòu)未能有效避開(kāi)其他固定件約束，產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，調(diào)峰深度大、調(diào)峰頻次高的情況下，應(yīng)力集中部位易發(fā)生疲勞，在A修后300天以內(nèi)發(fā)生局部減薄或裂紋，最終引發(fā)泄漏。

2.2.3 主給水流量突降原因

大型汽輪機(jī)主蒸汽管道管徑較大，壓力高溫度高，裝設(shè)節(jié)流件進(jìn)行主汽流量監(jiān)測(cè)，會(huì)造成節(jié)流損失過(guò)大，機(jī)組整體經(jīng)濟(jì)性影響很大。因此，一般大型汽輪機(jī)主汽流量根據(jù)弗留格爾公式（即多級(jí)汽輪機(jī)變工況運(yùn)行排汽口未達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，通過(guò)汽輪機(jī)的蒸汽流量與級(jí)組前后壓力平方差的平方根成正比），因?yàn)闄C(jī)組排汽壓力變化幅度較小，工業(yè)應(yīng)用上忽略其影響不會(huì)產(chǎn)生較大誤差，所以由汽輪機(jī)廠家給出的“調(diào)節(jié)級(jí)壓力與主汽流量關(guān)系曲線”作為主汽流量模擬計(jì)算的依據(jù)[2]，即：

其中G——主汽流量；

P0——調(diào)節(jié)級(jí)壓力；

T——調(diào)節(jié)級(jí)絕對(duì)溫度。

2.2.4 汽包水位突降原因

當(dāng)調(diào)節(jié)級(jí)壓力測(cè)點(diǎn)或管線發(fā)生故障時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力由14.03MPa突降至3.60MPa甚至更低。根據(jù)汽包水位三沖量調(diào)節(jié)邏輯，在水位作為主調(diào)目標(biāo)的同時(shí)，以給水量和主汽流量作為主汽流量突降將瞬時(shí)附加一個(gè)較大的前饋減給水量指令，以確保汽包水位平衡，造成給水流量突降至0，而汽包輸出的實(shí)際主汽流量未變情況下，汽包補(bǔ)水流量突降，按汽包水位0線（低于汽包中心線100mm）以下-250mm鍋爐MFT的水位低低保護(hù)設(shè)置，不同負(fù)荷下18～25s內(nèi)均會(huì)發(fā)生鍋爐MFT跳閘。

2.2.5 失效模式流程分析

從圖3可以看出，在整個(gè)故障發(fā)生的可控流程中[3]，至少有一個(gè)管理失效問(wèn)題，兩個(gè)組織或制度失效問(wèn)題，一個(gè)人員因素失效問(wèn)題，四個(gè)物品因素失效問(wèn)題。按發(fā)生概率分析，1、6、7項(xiàng)失效點(diǎn)概率較大，3、4、5失效點(diǎn)概率較小。按整改難度分析，3、4、6失效點(diǎn)容易徹底治理，2、7、8失效點(diǎn)徹底治理難度較大。

圖3

2.3 其他隱患可能性拓展分析

2.3.1 引壓管結(jié)構(gòu)隱患

一是考慮頻繁深調(diào)引起內(nèi)外缸溫差波動(dòng)對(duì)間隔內(nèi)管道膨脹要求，存在可能性較高，整改難度一般。二是考慮引壓管熱膨脹結(jié)構(gòu)有無(wú)應(yīng)力集中區(qū)域，存在可能性高，整改難度一般。是引壓管膨脹后有無(wú)與其他結(jié)構(gòu)碰麼可能，存在可能性低，整改難度一般。四是引壓管穿過(guò)外缸處密封結(jié)構(gòu)磨損，存在可能性低，更改難度高。五是引壓管材料有無(wú)基礎(chǔ)性隱患和材質(zhì)不合格問(wèn)題，存在可能性一般，整改難度低。

表1 記錄高壓調(diào)節(jié)級(jí)壓力、一段抽汽壓力與主汽流量數(shù)據(jù)表

2.3.2 壓力測(cè)點(diǎn)誤動(dòng)隱患

一是DCS系統(tǒng)DPU板件有無(wú)冗余設(shè)置，存在可能性低，整改難度高。二是DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié)級(jí)壓力是否通過(guò)“三取二”等方式實(shí)現(xiàn)冗余配置，存在可能性低，整改難度高。三是取壓管路是否與測(cè)量回路一樣采用了獨(dú)立的冗余結(jié)構(gòu)，存在可能性低，整改難度一般。四是否有其他干擾因素可能誘發(fā)誤報(bào)，存在可能性低，整改難度高。

2.3.3 測(cè)點(diǎn)誤動(dòng)后的事故擴(kuò)大隱患

查閱DCS邏輯控制系統(tǒng)，以主汽流量作為輸入信號(hào)的調(diào)節(jié)器應(yīng)用共9處，其中影響較大的是給水自動(dòng)控制系統(tǒng)和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、鍋爐熱量控制系統(tǒng)等。其中，協(xié)調(diào)控制方面和鍋爐熱量控制系統(tǒng)均造成熱負(fù)荷計(jì)算值增加，進(jìn)而產(chǎn)生與現(xiàn)有電負(fù)荷指令不匹配，AGC方式運(yùn)行時(shí)均會(huì)造成鍋爐主動(dòng)減負(fù)荷，但由于電負(fù)荷穩(wěn)定及熱量平衡系統(tǒng)綜合判斷，CCS方式會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)拉回作用，不會(huì)造成極端危險(xiǎn)工況。存在可能性較低，整改難度一般。

2.4 失效點(diǎn)管控提升措施

基于上述幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)失效分析以及衍生的失效危害，制定管理提升措施。

2.4.1 針對(duì)技改中新技術(shù)應(yīng)用的管理失效

一是提升技術(shù)改造管理水平，對(duì)第三方可研報(bào)告進(jìn)行認(rèn)真審核，落實(shí)崗位責(zé)任和問(wèn)題追究機(jī)制。二是對(duì)新技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行重點(diǎn)審查，包括原理、工藝、材質(zhì)等，列入年度可靠性重點(diǎn)管控項(xiàng)目。

2.4.2 針對(duì)三級(jí)驗(yàn)收未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的組織失效

一是提升項(xiàng)目監(jiān)理責(zé)任制落實(shí)，監(jiān)理合同監(jiān)理質(zhì)保金制度。二是A修期間必須安排對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)壓力引壓管進(jìn)行金屬監(jiān)督檢查，確保管材質(zhì)量處于穩(wěn)定可靠期，否則對(duì)缸內(nèi)部分進(jìn)行整體換管。

2.4.3 針對(duì)主汽流量突變引發(fā)給水流量突變、邏輯設(shè)計(jì)上該處風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不足的組織失效

一是增加調(diào)節(jié)級(jí)壓力突變抑制回路，監(jiān)測(cè)到5s內(nèi)變化值大于門(mén)檻值，切換至備用回路。二是以一段抽汽壓力為基礎(chǔ)，結(jié)合調(diào)節(jié)級(jí)壓力曲線，測(cè)算函數(shù)，（ki為一段抽汽壓力對(duì)應(yīng)主汽流量模擬曲線），實(shí)現(xiàn)保護(hù)冗余。

分析上述模擬測(cè)點(diǎn)，相對(duì)誤差4%以內(nèi)，額定工況下最大絕對(duì)偏差25t/h，可滿足自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和監(jiān)視需要。

2.4.4 針對(duì)給水流量突降、汽包水位引發(fā)MFT的人因失效

一是強(qiáng)化技術(shù)培訓(xùn)，提升監(jiān)盤(pán)質(zhì)量，提升復(fù)雜情況下的分析判斷和事故處理能力。二是DCS上增加主汽流量突變報(bào)警，提醒人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并處理。

2.4.5 針對(duì)四點(diǎn)物因失效

一是改善工藝設(shè)計(jì)，避免膨脹受限引起的局部應(yīng)力集中；二是完成引壓管特別是彎管、穿缸等重點(diǎn)區(qū)域材質(zhì)金屬檢測(cè)，確保應(yīng)用中的管材處于壽命可控范圍內(nèi)；三是綜合分析評(píng)估，鑒于缸內(nèi)引壓管路布置難度，不考慮增加獨(dú)立冗余引壓管路；四是利用一段抽汽壓力折算流量設(shè)置，降低調(diào)節(jié)級(jí)壓力與主汽流量強(qiáng)關(guān)聯(lián)性，提升可靠性。

2.5 整改后的系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)

落實(shí)上述措施后，該公司4臺(tái)機(jī)組徹底杜絕了此類非停。受廠家結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因（未到大修周期無(wú)法徹底改造引壓管路）影響發(fā)生引壓管泄漏的極端情況下也能利用壓力保護(hù)回路的可靠冗余，避免了非計(jì)劃停運(yùn)事件的發(fā)生。

3 結(jié)論

通過(guò)FMA法進(jìn)行系統(tǒng)性分析與治理，能擴(kuò)大和發(fā)散非計(jì)劃停運(yùn)事件的調(diào)查思路，提升失效問(wèn)題分析的準(zhǔn)確性，有助于在經(jīng)濟(jì)性與可靠性均衡中取得最有效的整改措施和方案，有效提升機(jī)組可靠性管理水平。同時(shí)，促進(jìn)各級(jí)技術(shù)人員、管理人員從管理、組織、制度、人員、設(shè)備方面正確認(rèn)識(shí)失效模式，從定期維護(hù)、檢修工藝、技術(shù)監(jiān)督等方面提升可靠性管理意識(shí)，確保了機(jī)組長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)4臺(tái)機(jī)組零非停1000d，其中3號(hào)機(jī)獲得2019年度可靠性標(biāo)桿機(jī)組稱號(hào)。