锅炉寿命管理系统在电厂的应用

电力18讯：    摘要：本文绪述了锅炉寿命管理、评估技术在电厂中的应用，并结合电厂现有的CMIS系统，为锅炉的预知检修提供科学决策。 主题词：锅炉 寿命 管理
　　1．概述
　　燃煤锅炉的高温部件如前后屏、对流过热器及高温再热器等是锅炉内部的主要结构件，长期在火焰、烟气、飞灰等十分恶劣的使用环境介质中运行，因而在运行过程中发生一系列材料组织与性能的变化，这些变化涉及蠕变、疲劳、腐蚀、冲蚀等复杂的老化与失效机理。这些高温部件材料的微观组织会随着运行时间的延长而劣化，产生蠕变损伤，如珠光体的分散，碳化物的球化、在晶界聚集和长大、蠕变孔洞、晶界裂纹的产生；伴随着微观组织的损伤而引起材料性能的劣化，如拉伸性能、持久、蠕变强度、冲击韧性的下降和脆性形貌转变温度的上升（典型的如主蒸汽管道、集汽联箱等）；同时伴随着机组的频繁起停，这些部件还会产生疲劳损伤；由于环境因素还会产生腐蚀、磨损等。有的部件还存在着制造过程中产生的超标缺陷，在机组运行过程会发生裂纹的扩展，从而导致部件的失效和损伤。
　　在现有的检修管理模式下，由于锅炉本体主要以计划检修为主，锅炉过热器管、再热器管及高温管道、联箱等或多或少地存在过修及欠修现象，给机组的安全运行带来极大的威胁。为了保障锅炉机组的安全运行，科学合理地规划检修计划，减少强迫停机率和检修费用，延长设备的使用寿命，充分利用现有的计算机集成制造系统（CIMS），就公司1#炉的实际情况，与西安热工院结合公司点检定修制，联合开发应用了锅炉寿命管理系统。
　　2．寿命管理系统的技术基础
　　锅炉寿命管理系统的核心是其基础技术的发展和应用。它的技术基础主要有：状态监测（包括在线监测和离线检测技术）、评估技术；寿命评估技术；计算机、软件技术。
　　2．1电站锅炉高温部件状态检测技术
　　电站锅炉的高温部件主要有三种：受热面管类，管道类和联箱类。三种高温部件的使用状况和失效特点各不相同，因此也相应地有不同的状态检测手段。
　　对受热面管，主要是指前后屏过热器和高温再热器，这类部件的主要失效形式是长期超温过热，损伤机理为蠕变和高温氧化腐蚀等，主要的检测手段有：
　　宏观检查，检查变形和表面腐蚀状况
　　测厚检查，采用超声测厚装置精确测量管壁有效金属厚度及内壁氧化层厚度
　　外径测量及胀粗情况检查
　　割管检测，主要检查化学成分；金相组织及损伤老化评定；常温、高温短时力学性能试验；碳化物相成分与相结构分析；异种钢焊接接头的试验（过热器T91钢的异种钢焊接接头）等
　　对高温管道如主蒸汽管道、再热蒸汽管道热段而言，其主要失效方式为蠕变、疲劳损伤及其交互作用等，它与运行时间有着极为重要的关系。焊缝、弯头、三通为重点检验部位，重点检查：
　　宏观检验表面缺陷、裂纹；
　　焊缝、弯头进行无损探伤
　　复型金相检验
　　厚度测量、硬度试验
　　蠕胀测量及历次测量数据的收集、整理、分析
　　对联箱类高温部件，主要指末级过热器出口联箱、集汽联箱和高温再热器出口联箱等，它们的主要失效机理为蠕变，疲劳及其交互作用。由于温度分布的不均匀性和局部应力集中使联箱接管座成为重点检查部位，主要检查：
　　宏观检验、检验支座接触状况和吊耳与联箱焊缝
　　焊缝的无损检验
　　复型金相分析
　　壁厚测量
　　硬度测试
　　应力分析计算
　　2．2电站锅炉的状态评估技术
　　电站锅炉的状态评估技术主要包括设备失效分析技术和设备状态评估技术。
　　状态评估技术包括失效分析技术、状态检验和监测技术、部件状态评估技术、应力测量、分析技术和寿命预测技术。
　　设备故障分析技术包括故障分析的基本理论、故障规律、故障状态描述、故障机理、故障模式、故障分析方法、故障监测与诊断等。
　　由于锅炉管失效类型繁多，失效机理复杂（普遍存在蠕变、疲劳、腐蚀、冲蚀等机理的交互作用现象），和事故损失大等特点，发展和完善电站锅炉的状态评估技术和故障分析技术显得尤为重要。
　　2．3设备寿命预测技术
　　部件寿命评估技术主要应用于无超标缺陷部件寿命评定和有超标缺陷部件安全性评估，主要部位有高温联箱、主蒸汽管道、锅炉汽包、锅炉管等。它经过收集有关数据，对材料性能的分析和对材料状态的评定，经综合分析给出运行、维修、检验或更换建议报告。
　　高温锅炉管温度及寿命监测技术的基本方法是：
　　利用超声测厚系统测量管壁的金属层厚度及内壁氧化层厚度
　　结合超温评估技术、根据管内壁氧化层测量计算管壁的实际运行温度场
　　根据金属层厚度的测量，计算出锅炉管的应力分布场
　　根据材料老化测量，计算材料老化因子
　　评估锅炉管剩余寿命
　　3．寿命管理系统的主要功能
　　所谓寿命管理是指以机组经济地实现其服役全寿命为目标，在对高温设备老化<