電廠鍋爐的運行與維護

李政梟

（呼和浩特科林熱電有限公司 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

1 引言

一般來說鍋爐管道的最危險點集中在鍋爐管道的彎頭，因此彎頭也決定了鍋爐管道的壽命。在可容忍可靠度下主蒸汽鍋爐管道的壽命可靠度受到其可靠壽命力的大小的影響，如圖1所示。對于計算主蒸汽鍋爐管道材料持久強度的傳統(tǒng)等溫線外推法，安全系數(shù)的微小的變化會導(dǎo)致運行壽命預(yù)測的變化，所以選取安全系數(shù)至關(guān)重要。但是由于運行的環(huán)境不同，對于安全系數(shù)和鍋爐管道壽命的的預(yù)估無法統(tǒng)一，因此需要深入分析研究。

圖1 最大應(yīng)力圖

圖2 安全系數(shù)分布

由圖2可以看出當(dāng)使用壽命小于10萬時，可靠度R大于0.99；當(dāng)使用壽命大于10萬并逐漸增加，可靠度R在0.99之下迅速下降，可以從其變化程度來分析安全系數(shù)n的變化。實驗結(jié)果表明，當(dāng)繼續(xù)運行在8萬小時之內(nèi)，無論n取任何值，其可靠度都是大于0.99，此時其安全的運行的可靠度處于非常高的狀態(tài)。而當(dāng)時間大于1萬小時，那么n為1.7時可靠度是0.9999，n為1.71時可靠度為0.9870，n為1.72時可靠度僅為0.91，此時的可靠性已經(jīng)處于非常低的水平，應(yīng)用可靠度的評價方法比傳統(tǒng)等溫線外推法有更加良好的穩(wěn)定性，因為在其安全系數(shù)的選則上更加不受限制。

2 應(yīng)力的分散特性對鍋爐壽命可靠度的影響

應(yīng)力的波動性也會對主蒸汽鍋爐管道的壽命可靠性產(chǎn)生影響，圖3所示。假設(shè)應(yīng)力偏差小于或等于2.98，壽命10萬小時的可靠度可達(dá)0.999；假設(shè)應(yīng)力偏差為3.98，壽命10萬小時的可靠度下降為0.98；而當(dāng)應(yīng)力偏差為4.98時，壽命10萬小時的可靠度下降到0.96。

由此可見，當(dāng)應(yīng)力偏差為2.98時的可靠度為最大值，當(dāng)應(yīng)力偏差為4.98時的可靠度則最低，這說明了應(yīng)力偏差與可靠性的反向相關(guān)關(guān)系。通過比較可以得出，應(yīng)力的波動特性對主蒸汽鍋爐管道壽命可靠度的影響比較大。當(dāng)應(yīng)力波動性較小時，同一壽命下的可靠度就較高。

圖3 應(yīng)力偏差分布

圖4 壽命可靠度評估結(jié)果

3 主蒸汽壓力對于壽命的可靠度影響的分析

首先假設(shè)壓力均值為9.51MPa，并假設(shè)其它相關(guān)聯(lián)參數(shù)的統(tǒng)計分布特性保持不變，那么我們分別選取±15%、±10%和±5%的壓力波動范圍做鍋爐管道壽命的可靠性分析。計算如圖4所示，當(dāng)壓力波動范圍ΔP處于±5%的數(shù)值內(nèi)，彎頭的壽命可達(dá)17萬小時，當(dāng)壓力波動范圍ΔP處于±10%時，彎頭的壽命下降為10萬小時，當(dāng)壓力的波動范圍ΔP達(dá)到±15%的范圍時，此時的彎頭的壽命已經(jīng)下降到了96729小時。

圖5代表了可靠度與壓力波動范圍的反向相關(guān)關(guān)系，當(dāng)壓力的波動范圍逐漸增加，鍋爐管道的壽命可靠度逐漸下降。因此，在波動幅度不相同，但是時間均值相同，并且主蒸汽壓力一定的情況下，主蒸汽鍋爐管道的運行壽命可靠度是不相同的。由此可以看到，保持主蒸汽參數(shù)的穩(wěn)定性有利于主蒸汽鍋爐管道的可靠運行。

圖5 彎頭105小時壽命可靠度隨壓力波動范圍的變化關(guān)系

圖6 壽命可靠性計算結(jié)果

4 壁厚比的統(tǒng)計分布特性對壽命可靠度的影響

在設(shè)定壁厚比分散度的數(shù)值為7%，其它參數(shù)統(tǒng)計分布特性不變的條件下，分別選取不同的直管和外弧壁厚做主蒸汽鍋爐管道彎頭的壽命可靠性預(yù)算。由圖6可以看出，壁厚比與彎頭的壽命的可靠度存在反向相關(guān)關(guān)系。假設(shè)可容忍可靠度為0.99，則壁厚比均值為24/26時彎頭壽命可靠度為99681小時，壁厚比均值為24.5/25.4時彎頭壽命可靠度為85864小時，壁厚比均值為25/25時彎頭壽命可靠度為70132小時。圖7所示為105小時壽命可靠度隨不圓度均值的變化關(guān)系。因此，為了保證鍋爐管道的可靠運行，我們應(yīng)當(dāng)減小鍋爐管道彎頭加工過程中造成的壁厚不均。

圖7 105小時壽命可靠度隨不圓度均值的變化關(guān)系

5 結(jié)語

通過對應(yīng)力的隨機特性，以及不同安全系數(shù)條件下壓力偏差、不圓度及壁厚比等數(shù)據(jù)變化對壽命可靠度的影響進(jìn)行分析，從而對主蒸汽鍋爐管道的運行壽命做出合理的判斷。

通過不同的安全系數(shù)條件下的壽命可靠度分析，應(yīng)力的分散特性對壽命可靠度的影響說明了應(yīng)力偏差與可靠性的反向相關(guān)關(guān)系，得出應(yīng)力的波動特性對主蒸汽鍋爐管道壽命可靠度的影響比較大。

通過對主蒸汽壓力對壽命可靠度影響的分析，得出可靠度與壓力波動范圍的反向關(guān)系，當(dāng)壓力的波動范圍逐漸增加鍋爐管道的壽命可靠度逐漸下降。通過對不圓度的統(tǒng)計分布特性對壽命可靠度的影響，得出隨著不圓度的增加鍋爐管道壽命可靠度減小。

通過壁厚比的統(tǒng)計分布特性對壽命可靠度的影響表明，壁厚比與彎頭的壽命的可靠度存在反向關(guān)系。因此為了保證鍋爐管道的可靠運行我們應(yīng)當(dāng)減小鍋爐管道彎頭加工過程中造成的壁厚不均。

通過以上計算方法，再結(jié)合實際生產(chǎn)環(huán)境當(dāng)中的其他變量和風(fēng)險，可以通過計算得出構(gòu)件的可靠度，監(jiān)測鍋爐管道安全運行狀態(tài)，這對于利用可靠度來管理構(gòu)件的安全運行狀態(tài)，促進(jìn)安全生產(chǎn)是非常必要的。

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