基于锅炉四管管理的防磨防爆系统应用研究

太仓港协鑫发电有限公司 陈春雷

一、前言

太仓港协鑫发电有限公司系中外合资企业，成立于2002年5月15日。已经建有六台燃煤发电机组，2×135MW发电供热机组（已于2014年关停），2×330MW发电机组，2×320MW发电机组，总装机容量1570MW。此外，公司拥有国华太仓发电有限公司2×600MW机组50%的股权，公司主营燃煤发电、供热及其附属产品。公司占地2000亩，建有一座双泊位煤炭专用码头，最大靠泊能力分别为5万和7万吨级货轮，年最高设计通过能力900万吨。

公司营运以来，煤耗、厂用电率等主要经济技术指标逐年优化，大部分指标已达或超过国家电力公司一流火力发电厂标准。自2005年以来，在全国火电300MW级大机组竞赛中，连续获奖。自2004年以来，公司连续被江苏省政府授予“电力迎峰度夏有功单位”荣誉称号。

二、实施背景

近年来，特别是2010年以后，随着公司各台锅炉四管进入劣化高发期，泄漏现象时有发生。

公司机组非停主要原因为四管泄漏引起。据统计，全国范围内发电机组各类事故停运原因中，四管泄漏占最主要原因。在全国火力发电站生产过程中锅炉事故占据总事故的63.2%；在全部锅炉事故中承压部件泄漏占据86.7%，严重影响电站的安全经济运行。

1、火力发电机组出现锅炉受热面爆漏事故，造成电厂非计划停机，严重影响发电机组安全经济运行；

2、供热机组冬季发生爆裂事故，将严重影响居民的采暖问题；

3、大容量/超临界/超超临界机组发生爆漏事故，将严重影响电网的安全运行，甚至会造成电网的整体解裂。

三、系统理论综述——锅炉四管全寿命周期管理理论

锅炉四管全寿命周期属于火力发电厂资产全寿命周期理论的重要组成部分，资产全寿命周期理论为：

CC--设备全寿命周期成本（Life Cycle Cost）

CI--投资成本（cost of investment）

CO--运行成本（cost of operation）

CM--检修维护成本（cost of maintenance）

CF--故障成本（cost of failure）

CD--退役处置成本（cost of discard）

企业资产全寿命周期管理理论引用于：（《ISO55000：2014资产管理体系标准》；帅军庆，2010，《电力企业资产全寿命周期管理理论、方法及应用》，中国电力出版社）

表1 公司历年四管泄漏汇总

资产寿命周期主要指资产从规划设计开始到退役为止所经历的全部时期，一般要经历规划设计、基建、运行维护和退役处置四个阶段。寿命周期费用主要指设备在它预期的寿命周期内用于设计、研究与开发、投资、使用、维修与保障、直至报废所需要的直接、间接、重复性、一次性和其他的费用之和。

全寿命管理是从公司的长期经营利益出发，通过一整套的措施，对设备的策划、设计、制造、采购、安装、调试、投运、维保、改造、优化、直到报废的整个过程的综合管理，并发生的费用进行控制，使寿命内费用最小的一种管理理念。这套措施包括经济层面、技术层面和组织管理层面的措施。

资产全寿命周期管理传承了传统的设备管理成功经验，吸取现代的管理理论，主要目标就是在设备安全可靠性运行的基础上，来实现设备寿命周期内的经济性和最大效能。这套管理模式一般通过状态评价、风险评估、寿命评估成本分解等关键技术来执行。

四、主要原理

公司3、4号机组防磨防爆专家管理系统汇集两台锅炉关键数据：超温/超压/检修记录/缺陷记录/事故记录等。结合锅炉1∶1三维模形，使得锅炉防磨防爆检查工作更加直观，用户能够快速显示设备的基本信息和过程检查记录；利用系统的三维模型进行锅炉培训工作。

1、系统主界面

系统首页主界面集中展现各台锅炉设备超限、缺陷信息，便于设备预警提醒。

2、设备管理

通过锅炉设备管理模块，以树状的菜单形式展现设备信息，细化到管子和焊口。设备的类型可以分为本体、管组、管排、管子、屏、弯头、焊口等，实现对锅炉设备的专业化管理。

管理人员通过设备管理可以清晰了解锅炉系统，提供锅炉设备数据、超温、超压记录及下一个检修周期前设备蠕涨、壁厚趋势图，分析锅炉设备的安全状态，提供趋势分析。

3、三维模型

三维模型可以将锅炉各受热部件，通过三维图形的方式展现，为锅炉管理人员及检修人员带来方便，同时提供锅炉结构培训的平台。

三维模型将锅炉受热面通过三维图形的方式展现，可进行平移、旋转、拉伸、透视等操作，大到锅炉本体与四大管道，小到每一根管子与焊口，都可以清晰地展现。

系统通过不同颜色区分不同管件材质；通过模块化管理，拆分锅炉不同系统，通过选择不同设备部件，显示设备的台账信息，检修记录，缺陷信息等。

图1 系统主界面

图2 树形结构设备总图

图3 蠕涨趋势图

图4 三维模型总貌

提供主蒸汽系统/再热蒸汽系统/水系统的三维汽水走向图。

锅炉三维模型提供磨煤机/风机的设备基础参数，吹灰器位置及编号/壁温测点/泄漏监测点位置，方便掌握测点分布位置与设备基本参数。

系统提供三维模型焊口动态维护平台，可自定义焊口增删改查。

4、检修管理

提供设备的检查、测量和消缺记录维护，按缺陷性质和处理方式统计图表；根据蠕涨、磨损的历史测量值，预测蠕涨、磨损变化趋势。

5、超限监测

维护锅炉“四管”设备的温度、压力测点，监控超限情况，提示超限/蠕胀/磨损预警。

6、泄漏分析

记录日常发生的泄漏事件，是否造成非停等情况。按锅炉和泄漏原因进行次数和比例统计对比分析。提供设备日常运行中发现的问题及处理方法台账管理。

7、事故分析

维护设备事故信息；提供设备事故分析经验库。

8、文档管理

文档管理模块，整编检修文件包、检修、金属工艺规程及锅炉防磨防爆会议纪要等锅炉防磨防爆工作所需的各类资料，提供文档系统管理。

五、实施效果

（一）项目创新点

1、通过建立锅炉防磨防爆统一规范管理平台，实现锅炉防磨防爆基础执行环节的全过程规范化标准化管理。建立以设备为基础结合业务需求实现规范、统一的的锅炉设备台账、检修记录、泄漏记录等防磨防爆工作的基础数据。并对数据进行准确的分析、总结与管理。2、通过三维建模对锅炉结构进行1：1高保真模拟，可以全面直观地浏览锅炉设备构造以及设备基础数据，使得锅炉防磨防爆检查工作和数据展示更加直观。利用系统的三维模型进行锅炉培训工作，避免对于新员工锅炉结构的培训多以视频、图纸为主，缺乏直观的锅炉培训模型。

图5 分系统图1

图6 分系统图2

图7 分系统图3

3、在检修前制定检修计划时，确定锅炉重点检查部位是关键，该系统根据超温情况、设备遗留缺陷等提供数据支持，降低检查点漏项、缺项的现象。

4、在设备运行过程中，实时提醒超温情况，方便运行及时调整，降低由于运行操作造成设备健康指数减弱的程度。

（二）经济效益的有关说明及各栏目的计算依据

太仓港协鑫发电有限公司3、4号锅炉防磨防爆系统突破了传统的方式，通过对锅炉设备管段、焊口等进行编码、三维建模和实时监测，可以直观地浏览锅炉设备构造，检查、检修历史记录(adsfasd)和实时运行状态等信息，全面掌握锅炉运行状态。结合数据分析功能，可以及时掌握缺陷和事故发生规律，预测设备寿命情况，有效的指导重点的检查部位及检修工艺，真正做到事前预防、事中管控、事后分析的全面管理，锅炉状态检修提供科学指导，降低爆管次数，实现机组安全经济运行。

通过该系统的投入使用，至少减少四管泄漏一次：影响电量1500万kW.h（计150万利润），减少一次非停考核30万，减少社会影响、人工材料等计20万。综合节省公司效益200万/年。

（三）项目推广前景

图8 分系统图4

图9 焊口管道维护界面

图10 设备台账图

锅炉防磨防爆系统具备行业全面推广的条件与环境。

1、大部分电厂锅炉防磨防爆已经建立管理组织、基本管理流程，只是管理手段处于初级阶段，落地方式属于粗放式落地，不够精细。

2、大部分锅炉防磨防爆过程数据管理粗放，数据规范性差、数据利用率低，数据可视化程度低。

3、锅炉防磨防爆设备量级大，十几万根管件、几十万焊口，通过人工方式很难管理到位、很难系统分析锅炉各设备健康情况。

4、锅炉检修往往以经验为主，缺少数据的准确对比与指导。锅炉检修工作更应该以数据为基础，客观有效的组织锅炉检修工作的进行。在整个检修工作过程中应保证检修数据的完整性、统一性及准确性。提高检修工作分析、总结的客观性和准确性。

图11 设备台账柱状图

图12 设备预警总表

图13 泄漏分析图

图14 事故分析检验库

4、四管泄漏多是事后管理，需要在运行管理中建立针对锅炉各个受热面的实时监控，并且电厂DCS具备温度、压力测点实时数据，具备实时数据利用的前提。

5、防磨防爆管理涉及锅炉检修、运行、化学、金属、热工、燃料等多个专业，需要建立统一的管理平台，增加管理工作的有效执行，保证各专业、部门工作的整体协调性。

6、三维系统可以有机拓展至地下管网系统，甚至全厂建模，推广前景广阔。