火电厂维修优化技术发展模式的探讨

　　摘要：文章简要介绍了热工研究院维修优化和管理技术开发与应用的基本模式与作法。
　　
　　一、背景资料
　　
　　随着机组不断向高参数、大容量、高度自动化发展,设备维修费用逐渐升高;同时，随着我国电力工业改革的发展和需要与竞价上网方案的进一步推行,逐步降低发电成本已成为各电厂的竞争关键。通过采用一系列维修优化和管理新技术，将明显提升设备管理的水平，这一点已在国内电力行业形成共识。
　　
　　进入20世纪80年代以来，美国等发达国家逐步开始在火力发电厂推广应用一系列现代维修优化和管理技术，采用设备分析评估技术和状态监测手段，及时掌握设备的真实状态和寿命，合理地安排检修项目与检修间隔，从而有效地降低了检修成本，提高了设备可用性。近年来国内电厂通过运行优化技术的应用已产生明显效果，而进一步采用维修优化技术将产生更大效果。
　　
　　在美国，电力设备的风险评估（RiskBasedMain-tenance,RBM），可靠性分析（ReliabilityCenteredMain-tenance,RCM），寿命管理（LifeManagement，LM），预知性维修（PredictiveMaintenance，PdM）等技术发展较快,已形成较成熟的成套维修优化和管理技术。在各电力公司的实际应用中，往往根据设备和管理特点有所侧重。如田纳西电力主要实施的是设备长期寿命管理策略，一些其他电力公司实施的是以辅机状态监测为主的预知性维修技术（一般模式为RCM+PdM）;而在日本，则主要推行以设备点检为主要方式的全面计划质量维修管理（TotalProductiveMa-intenance,TPM）和寿命管理为基础模式，结合RBM、RCM等方法的综合预防性维修策略，如三菱重工、石川岛播磨、川崎重工等在电厂推行的预防性维修技术;在欧洲国家，则主要采用风险评估结合寿命管理（一般模式为RBM+LM）为主、重点在主机设备开展的维修优化和管理策略，如英国AEA公司、德国MPA在欧洲和亚洲实施的实例;由此可知，在国内通称为“状态检修”的修方式，实际上是一个相当宽泛的概念，在国外并没有统一的模式和定义，也不特意在主机和辅机之间加以区别。
　　
　　国外电厂的实践证明，这些检修管理方式和维修优化技术，进一步丰富和发展了针对具体电厂和具体设备的灵活维修方式，能有效地克服定期检修造成设备过修或失修等问题。通过借鉴这些先进技术和方式，结合我国电厂管理实践，逐步实施检修管理方式改革和维修优化技术，是企业实现管理现代化、提高综合实力的有效途径之一。
　　
　　在国内火力发电领域，开展设备状态检修还处于起步阶段，尤其在实施状态检修的理念和总体策略方面的研究，在设备评估技术、状态监测技术和软件系统开发方面还相对落后于国外。
　　
　　二、开展设备状态检修的意义
　　
　　实际上，不同的理解和采用不同的技术，对状态检修的概念叙述是不同的。普遍的设备状态检修的定义为:依据设备的实际状况，通过科学合理地安排检修工作，以zui少的资源消耗保持机组（设备）的安全、经济、可靠的运行能力。由此可见，状态检修实际上是电厂实现设备维修管理现代化所追求的一个长远目标，其实施计划是一个长期解决方案。
　　
　　状态检修并不是要减少检修，也不是要取消计划，其关键是如何科学合理地安排检修工作。国内电厂以往的维修方式主要采取计划维修的模式，这种模式在相当长一段时间内仍将是我们的主要维修管理模式。状态检修与计划检修的根本差别是:维修工作的科学性和合理性，而不是计划性。传统的计划检修主要是依据规程和以往经验来安排维修计划，大多数是日历式的。而状态检修则主要是根据各自真实的设备状况监测结果和科学的设备评估方法来安排计划，力图改变过去依据规程和以往经验来安排计划带来的设备"过修"和设备"欠修"的弊端。因此状态检修的准确含义应当是"维修优化"，即使维修活动进一步科学化、合理化。
　　
　　如上所述，国外开展状态检修的模式有很多，其中主要有3种方式，即以设备可靠性分析为中心的维修（RCM）、以设备状态监测为基础的预知性维修（PdM）、以高温关键设备状态和寿命评估为基础的设备寿命管理（LM）等技术。这些模式的理论基础不同，使用范围和特点也不同。电厂采用时一般要根据自己的机组特点和设备维修重点，选择一种模式或将不同模式组合，产生出适合电厂自身的状态检修模式。
　　
　　三、状态检修技术的基本内容
　　
　　经过近年来的研究和实践，热工研究院已初步形成自主的状态检修技术模式，开发了维修管理、设备评估、状态监测等方面的系列技术、导则、硬件、软件等，特别在机组寿命管理技术开发和应用方面有较大突破。
　　
　　3.1设备维修评估技术
　　
　　这是状态检修综合技术中的核心技术，也可称为"理论平台"。重点是解决部件、系统、机组维修工作的科学性、合理性问题。热工研究院重点开发的评估技术包括:设备风险分析技术RBM;设备可靠性分析技术RCM。采用这些技术，通过对设备的功能、失效模式等的深入分析评估，可进行以下工作:①确定需进行（和不需进行）预防性维修的设备和系统;②确定需维修设备（或系统）要实施的预防性维修工作类型;③确定各项预防性维修工作的间隔期，包括工作期;④确定实施每项预防性维修工作的维修级别。
　　
　　热工研究院还开发了其他设备评估技术——根本原因分析技术（RootCauseAnalysis，RCA），开发了设备评估有关的工具软件——锅炉管失效分析专家系统等，以应用于电厂提高其设备评估和维修决策的能力。
　　
　　3.2设备维修管理系统
　　
　　这是状态检修技术在电厂实施的基础技术工具，也可称为"技术平台"，是电厂实施设备现代化管理的基础工具软件。它重点解决维修工作的计划性、数据存储性问题。采用设备维修管理系统（ComputerizedMaintenanceManagementSystem,CMMS），可将设备评估的结果、设备状态监测的结果与维修计划的制定有机结合起来，保证维修信息的综合性管理。主要功能包括:①维修历史;②维修计划管理;③维修过程管理;④维修质量管理;⑤维修资源管理;⑥维修报告。
　　
　　热工研究院将设备维修管理系统（CMMS）作为开发重点，以尽快开发出适合中国特点、适合电厂管理特定模式、具有热工研究院技术特色的管理系统。
　　
　　3.3维修管理制度改进和实施技术
　　
　　维修的模式并不是一成不变的，*的维修模式和方法引入国内，必须与中国的实际状况相结合，没有一个普遍适用的统一模式。在具体电厂和设备评估结果的情况下，根据不同设备的维修类型和需求，制定相应的针对具体电厂、具体设备的维修策略，改进维修管理模式，是产生明显效果的主要途径。结合设备评估结果与点检制的实行，这些技术可用来进行以下大量的基础工作:①电厂维修现状的评价；②电厂状态检修实施策略的制定;③电厂设备管理模式的改进；④设备维修作业文件的制定。
　　
　　3.4设备状态监测和诊断技术
　　
　　不断开发和应用不同的状态监测和诊断技术，是实现维修优化目标的主要技术保障。热工研究院重点开发和应用的状态监测和诊断技术包括主机、辅机的离线和在线等四大类。
　　
　　3.4.1主机离线检验与诊断技术
　　
　　如广泛采用的测振、测频技术，无损检测，油液分析，锅炉压力容器检验，状态检验，寿命评估技术等。
　　
　　3.4.2主机在线监测和诊断系统
　　
　　近年来，主机设备尤其是锅炉关键设备的离线和在线状态监测、寿命监测技术与系统已逐渐成熟，热工研究院相继开发了多种关键部件的寿命管理系统和在线状态监测系统，初步满足了国内锅炉和汽轮机部件急需的状态监测技术需求，在电厂的应用取得了明显效果。
　　
　　热工研究院开发的主要主机在线监测和诊断系统有:
　　
　　（1）锅炉状态监测系统。通过锅炉相关状态参数的实时监测，实现了锅炉经济性在线分析和安全运行状态报警，给出诊断结果及维修建议。
　　
　　（2）汽轮发电机状态监测系统。通过汽轮发电机相关状态参数的实时监测，实现了相关设备及系统的主要经济性在线分析和安全运行状态报警，给出诊断结果及维修建议。
　　
　　（3）锅炉管寿命管理系统。实现了高温过热器和再热器系统的在线状态实时监测和离线检验结果评估，实现了爆管的三级预警和实时维修决策建议。
　　
　　（4）锅炉部件寿命管理系统。实现了高温联箱和蒸汽管道等关键锅炉部件的在线状态实时监测和离线检验结果评估。实现了锅炉部件的长期（三阶段）寿命管理。
　　
　　（5）汽轮机部件寿命管理系统。实现了汽轮机转子、汽缸、高温螺栓等部件的在线和离线状态监测与评估，实时给出寿命消耗结果。
　　
　　3.4.3辅机离线检验与诊断技术
　　
　　辅机部件的状态监测和诊断技术近年来也发展迅速，电厂中常用的监测技术有振动监测、油液分析、红外热成像、马达状态监测、超声波检漏等。
　　
　　（1）振动监测技术。主要是应用在线和便携式振动监测仪器，对设备的诊断频谱进行连续或经常性检测，以分析设备的振动特性，判断运行状态变化趋势，为设备的运行和维修提供信息。
　　
　　（2）油液分析。主要是对润滑油的成分、污染度、机器磨损状况等进行检测。
　　
　　3.4.4辅机在线监测和诊断系统
　　
　　（1）电站烟风系统状态分析软件。电站烟风系统状态分析软件通过对电站烟风系统（包含送风机、引风机、空预器等）的监测，显示整个烟风系统的当前状态，评估系统及各风机系统的实际性能，对系统偏离正常状态进行报警，并诊断故障原因，提出维修建议。结合系统运行历史数据，为烟风系统的正常运行和检修提供辅助决策功能。
　　
　　（2）电站泵组性能分析系统。电站泵组性能分析系统通过对电厂泵组（电动给水泵组）的监测，显示泵组当前状态，评估各泵组的实际运行性能，对性能下降的泵组进行报警，并诊断故障原因，提出维修、检修建议。结合泵组运行历史数据，为泵组的正常运行和检修提供辅助决策功能。
　　
　　（3）电站风机运行故障诊断系统，电站风机运行故障诊断系统通过对电厂风机（送风机、引风机、一次风机、排粉风机等）的监测，显示风机当前状态，当设备的振动水平超过设定的报警值后能快速、准确地诊断出振动原因，并诊断故障原因，提出维修或检修建议，进而采取相应的处理方案，以降低运行及维修成本。结合风机运行振动历史数据，为风机的正常运行和检修提供辅助决策建议。
　　
　　（4）电站泵组运行故障诊断系统。电站泵组运行故障诊断系统通过对电动给水泵组的监测，显示泵组当前状态。当设备的振动水平超过设定的报警值后能快速、准确地诊断出振动原因，并诊断故障原因，提出维修检修建议，进而采取相应的处理方案，以降低运行及维修成本。结合泵组运行振动历史数据，为泵组的正常运行和检修提供辅助决策建议。
　　
　　四、状态检修技术的电厂实施
　　
　　4.1基本实施模式
　　
　　状态检修技术是一项设备管理优化的长期解决方案，在电厂实施需要各方面的努力和配合。在电厂实施状态检修的技术路线可分为多种形式，主要可分为"自上而下"（如图1所示）或"自下而上"方式。实施方式和内容的不同与实施的效果如何有直接的关系，热工研究院推荐采用上当前通行的"自上而下"方式。其*阶段主要内容包括:①了解电厂现有管理方式、监测手段和其他实施条件；②制定状态检修实施初步规划和阶段性目标;③通过设备评估找出影响安全性和经济性的关键性设备和部件;④确定适合的维修方式、级别、间隔期;⑤制定电厂维修管理策略;⑥建立和完善计算机维修管理系统;⑦依据维修管理策略选择合适的状态监测技术和系统;⑧实现和完善关键主机设备的状态监测;⑨实现和完善重要辅机设备的状态监测;⑩修改状态检修规划，制定下一阶段目标。
　　
　　依据以上基本实施模式，研究院和电厂双方通过交流，首先确定双方可利用的人员、技术、经费等资源，制定状态检修实施初步规划和阶段目标，确定状态检修实施的机组、设备和系统，并采用自上而下实施的方式逐步展开，可获得zui大的实际效果。
　　
　　4.2寿命管理技术的电厂实施
　　
　　寿命管理技术的电厂实施方式有3种:①离线实施方式;②在线实施方式;③离线-在线结合实施方式。
　　
　　离线实施方式利用的软件工具为离线分析和寿命评估计算软件，典型的应用实例是宁夏大坝电厂4×300MW机组在每次大（中、小）修中都安排寿命管理的内容。
　　
　　在线实施方式利用的软件工具为标准版在线计算软件，显示的数据集中在集控室，典型的应用实例是韩城电厂2×600MW新机组在SIS（SupervisoryIn-format*tem，监控信息系统）中集成有寿命管理系统。离线-在线综合实施方式利用的软件为企业版在线监测和计算软件，数据发布在专业工程师办公室、集控室、网上，典型的应用实例是华能淮阴电厂2台锅炉的长期寿命管理。
　　
　　根据国内实际情况提出的寿命管理综合实施方案分为几个主要阶段:调研;寿命管理大纲的制定;设备的分级与排序（可选）;设备状态检验与测点安装;寿命管理软件的安装与培训;寿命管理实施运行和长期的等。
　　
　　4.3寿命管理技术在电厂的实际应用
　　
　　热工研究院于2001年首先在华能淮阴电厂1号炉实施锅炉主要部件的寿命管理。经过半年的运行，寿命管理的实施已为电厂带来了初步效果。华能淮阴电厂1号炉的本次大修达到了全优（180天）指标，未发生一次爆管事故，这是该电厂历*没有的，这与寿命管理的实施有直接关系。同时电厂管理、检修人员对这些部件的管理、检修方式也发生了质的变化，由传统的计划检修和事故检修转变到了以设备的状态信息、特别是寿命信息为基础的预知性维修上来。
　　
　　在1号炉成功实施的基础上，2002年10月又在2号炉上实施，取得了十分满意的效果。
　　
　　以热工研究院为主开发的火电厂重要部件成套寿命管理技术，在2002年底已通过国家电力公司的项目验收和专家鉴定，一致认为达到了先进水平。机组寿命管理技术荣获2003年中国电力科学技术奖一等奖。
　　
　　五、结论
　　
　　维修优化（状态检修）技术是一种适合我国电厂需要的成套检修方式与管理现代化新技术。其深入研究和应用将为电厂管理模式的改进提供一个全新的理念和方向。将为我国电厂的经营和设备管理提供强有力的技术支撑，必将为电力企业参与国内外电力市场竞争，进一步降低发电成本起到显著作用。