Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ эксплуатационной надежности энергоблоков мощностью 300 МВТ 24
1.1. Анализ данных о надежности работы энергоблоков мощностью 300 МВт 28
1.2. Анализ данных о надежности работы котлов энергоблоков мощностью 300 МВт 44
1.3. Анализ данных о надежности работы турбин энергоблоков мощностью 300 МВт 67
1.4. Анализ данных о надежности работы паропроводов энергоблоков мощностью 300 МВт 79
1.5. Распределение ресурсов основных элементов энергетического оборудования энергоблоков мощностью 300 МВт 81
ГЛАВА 2. Оценка показателей надежности энергети ческих блоков и отдельных их элементов и узлов по эксплуатационным данным 88
2.1. Разработка методических вопросов статистической оценки показателей надежности энергетического оборудования на основе данных эксплуатации 88
2.2. Количественные показатели надежности энергоблоков мощностью 300 МВт 115
2.3. Количественные показатели надежности отдельных поверхностей нагрева различных марок котлов энергоблоков мощностью 300 МВт 121
2.4. Выводы по главе 131
ГЛАВА 3. Методические основы совершенствования системы технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования 133
3.1. Анализ существующих систем технического обслуживания и ремонта энергообъектов и готовность отрасли к ее реформированию. Критерий выбора оптимальной стратегии ремонта энергоблоков ТЭС 133
3.2. Методические основы создания системы технического обслуживания и ремонта на основе ремонтного цикла с назначенным межремонтным ресурсом 143
3.3. Методика выбора оптимальных межремонтных периодов для энергоблоков с учетом показателей надежности и экономич ности 164
ГЛАВА 4. Система комплексного управления надежностью электростанции 194
4.1. Основные положения системы комплексного управления надежностью электростанции 194
4.2. Составные части системы комплексного управления надежностью электростанции 196
4.2.1. Подсистема контроля и оценки условий эксплуатации 198
4.2.2. Подсистема учета и оценки анализа повреждаемости оборудования 202
4.2.3. Подсистема технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования 214
4.3 Технические и программные средства системы комплексного управления надежностью электростанции 231
4.3.1. Технические средства системы комплексного управления надежностью электростанции 231
4.4.2. Комплекс программного обеспечения системы комплексного управления надежностью электростанции 234
4.5. Организационные структуры системы комплексного управления надежностью электростанции 237
ГЛАВА 5. STRONG Совершенствование планирования и управления проведением ремонтных работ на
энергетическом оборудовании STRONG 244
5.1. Выводы по главе 288
ГЛАВА 6. Методические основы выбора оптимальной формы организации ремонта в энергосистеме 290
6.1. Структура организации энергоремонтного производства 291
6.2. Методика выбора оптимальной формы организации ремонтного обслуживания в энергосистеме 303
6.3. Методика оптимизации кооперации ремонтных работ на на электростанции 336
6.4. Выводы по главе 359
Заключение и рекомендации по работе 361
Список использованной литературы 365
Приложение 385
- Анализ данных о надежности работы котлов энергоблоков мощностью 300 МВт
- Количественные показатели надежности энергоблоков мощностью 300 МВт
- Методические основы создания системы технического обслуживания и ремонта на основе ремонтного цикла с назначенным межремонтным ресурсом
- Составные части системы комплексного управления надежностью электростанции
Введение к работе
В настоящее время в российской энергетике происходит ряд важнейших изменений, охватывающих весь электроэнергетический комплекс, от законодательного устройства и функционирования энергопредприятий и энергосистем в целом до их связей с потребителями. Новые экономические условия диктуют необходимость изыскивать резервы более эффективной организации функционирования действующих ТЭС. В этих условиях перед исследователями встает ряд задач.
Для поддержания достигнутого в настоящее время высокого уровня надежности энергетических блоков необходимо значительно улучшить качество их проектирования, изготовления, монтажа и ремонта. Для этого недостаточно простого распространения имеющегося опыта проектирования, строительства и эксплуатации - необходимо дальнейшее решение теоретических и практических задач анализа и расчета надежности оборудования, разработки более точных методов расчета оптимальных конструкций энергоблоков. Для решения этих задач необходимы количественные показатели надежности как энергоблока в целом, так и его отдельных элементов и узлов.
Опыт освоения и эксплуатации энергетических блоков показывает, что оценка надежности оборудования с помощью детерминированных показателей, учитывающих влияние случайных процессов на надежность с помощью коэффициента запаса (запаса прочности по пределу текучести металла, запаса по пределу длительной прочности и т.п.) недостаточна. Случайный харак-
тер процессов отказов и восстановлений позволяет использовать для получения оценок надежности энергетического оборудования аппарат математической статистики и теории надежности. С помощью этого аппарата можно, используя ретроспективные данные о работе энергетического оборудования, получать количественные характеристики надежности оборудования. Полученные количественные характеристики надежности оборудования, в свою очередь, позволяют сравнивать по надежности различные виды энергетического оборудования; рассчитать надежность всего энергоблока, выявить наименее надежные узлы оборудования; произвести оценку ресурса оборудования; прогнозировать объем и сроки профилактических ремонтов оборудования.
Анализ и оценка надежности по результатам эксплуатации занимают важное место в общем комплексе мероприятий по оценке надежности, поскольку позволяют оценить достигнутый уровень надежности энергетических блоков в реальных условиях, получить качественную картину по локализации отказов по элементам, по причинам возникновения, по времени.
Возможность и целесообразность использования того или иного метода статистической обработки эксплуатационной информации, трудоемкость обработки и качество получаемых оценок существенно зависят от типа оцениваемого показателя надежности, объема и вида исходного статистического материала и априорных сведений о наблюдаемой случайной величине.
Мелкосерийность энергетических блоков (при сравнительно небольшом их количестве они отличаются большим разнообразием как по составу
основного энергооборудования, так и по режимам работы), высокая надежность их элементов и узлов, сложность натурных и заводских испытаний на надежность в техническом и экономическом отношении приводят к тому, что обработку статистических данных приходится вести при малом объеме выборки и при неизвестных законах распределения наработки на отказ и времени восстановления энергоблока в целом и его отдельных узлов и элементов. В результате этого методы количественной оценки надежности технических объектов, разработанные в теории математической статистики, не могут быть непосредственно использованы для оценки показателей надежности энергетического оборудования.
Тот факт, что полученные различными авторами количественные оценки показателей надежности энергетического оборудования иногда не только не совпадают, но и приводят к противоположным выводам, объясняется тем, что для оценки надежности энергооборудования используются стандартные методы математической статистики без учета многих его особенностей функционирования.
Одним из направлений, повышающих эффективности исследований по достоверному определению показателей надежности энергетического оборудования является разработка методических вопросов оценки показателей надежности энергооборудования на основе данных эксплуатации, учитывающих специфику их количественной оценки.
Анализ ретроспективных эксплуатационных данных, содержащих информацию как об отказах энергетического оборудования, так и о его повреж-
даемости, выявленных в процессе технического обслуживания и ремонта, позволяет получить качественную картину по локализации отказов по элементам, по причинам возникновения, по времени, а также получить общую оценку надежности энергетического оборудования, установить тенденции изменения показателей надежности.
Количественные характеристики надежности позволяют оптимальным образом решить такие вопросы, как организация обслуживания энергетического оборудования, проведение профилактических работ, обеспечение запасными частями и материалами.
В отечественной энергетике единый технологический цикл «эксплуатация - ремонт» до последнего времени был разделен на две части: эксплуатация и ремонт. Если изучению и совершенствованию эксплуатации уделялось серьезное внимание, то системе технического обслуживания и ремонта существенно меньше. В результате затраты на техническое обслуживание и ремонт стали сопоставимы с затратами на вновь вводимые в отрасли энергетические мощности.
В последнее десятилетие проблемы технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования обострились еще больше. Это обусловлено прежде всего значительным сокращением ввода новых энергетических мощностей и снижением объемов технического перевооружения, необходимого для поддержания достигнутого уровня работоспособности оборудования, снижением уровня организации и управления энергоремонтного производства, недофинансированием ремонтов, решением текущих проблем в
ущерб перспективе надежной работы энергетического оборудования. Накопление объемов неотложных ремонтных работ энергооборудования приводит к увеличению затрат на его техническое обслуживание и ремонт, росту доли ремонтной составляющей в себестоимости. Все это приводит не только к
росту тарифов на электроэнергию, но и снижает возможности обновления
основных фондов за счет собственных средств [1]. Разрыв этого «порочного
круга» возможен только при решении проблемы сохранения эффективности энергоснабжения (с обеспечением готовности к несению полной и минимальной нагрузок) на основе комплексной оптимизации эксплуатационно-ремонтной деятельности энергопредприятий.
41 При создании существовавшей до недавнего времени системы техни-
ческого обслуживания и ремонта основной целью было надежное энергообеспечение потребителей. Основным критерием выбора системы являлась минимизация времени простоя оборудования в ремонтах, что позволяло сформировать управляемую и прогнозируемую на длительный период ремонтную площадку по типам оборудования, электростанциям, энергосистемам и отрасли в целом. Выбор критерия был обусловлен отсутствием резерва энергомощностей.
vW Данная система характеризуется высокой степенью централизации
управления, жесткими сроками вывода и продолжительностью ремонтных работ. Разработанные для каждого типа энергоблоков структуры ремонтных циклов предусматривают их постоянную продолжительность, исчисляемую в годах, а объемы ремонтных работ регламентируются нормами.
11 Изменившиеся условия функционирования энергетики по основным
факторам, связанные с экономикой и методами управления, с отношениями производителей и потребителей энергии, с условиями загрузки источников энергии, повлияли на проведение ремонта энергетического оборудования, на основы его организации, на отношения к необходимости жесткого планирования и управления. Современные условия, критерии эффективности и надежности энергопроизводства требуют совершенствования системы технического обслуживания и ремонта.
Неадекватность существовавшей до недавнего времени системы технического обслуживания и ремонта предъявляемым требованиям диктует необходимость разработки методических основ совершенствования системы технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования.
Наиболее прогрессивной системой технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования является система, базирующаяся на фактическом техническом состоянии оборудования. Данная система позволит обеспечить максимальную эффективность, проводить комплексную оценку состояния оборудования, его индивидуального ресурса. Переход на данную систему на сегодняшний день крайне затруднен ввиду отсутствия нормативной и методической базы, необходимого комплекса средств диагностики, а также проблем финансирования.
В настоящее время рассматривается поэтапный переход к данной системе, предусматривающий два этапа. Первый этап - переход на ремонтный цикл, по «назначенному межремонтному ресурсу». Второй этап - опытное
внедрение системы, учитывающей техническое состояние оборудования и уточняющей межремонтный ресурс.
В целях осуществления поэтапного перехода требуется разработка методических основ создания системы технического обслуживания и ремонта на основе ремонтного цикла с назначенным межремонтным ресурсом, а также разработка методики определения межремонтного ресурса энергоблока с учетом показателей экономичности, надежности и стоимостных затрат на ремонты.
Современные условия требуют также, чтобы система технического обслуживания и ремонта была неотъемлемой частью комплексной системы управления надежностью энергетического оборудования и, охватывая весь спектр направлений ремонтной деятельности (организационное, техническое, экономическое дисциплинарное и другие), обеспечивала требуемый уровень эффективности и надежности энергопроизводства при оптимальном уровне затрат на ремонт. Разработка и создание системы комплексного управления надежностью электростанции на базе дальнейшего развития концепции управления надежностью оборудования и распространения ее положений на все направления эксплуатационной и ремонтной деятельности ТЭС призваны выявить и использовать внутренние резервы, практическое использование которых должно достаточно быстро и без значительных материальных затрат качественно повысить эффективность энергопроизводства. Данная система на основе организации совместной работы эксплуатационных и ремонтных цехов, отделов и служб электростанции позволит формировать
единую техническую политику, обеспечивающую текущую и длительную надежность энергооборудования.
Одной из важнейших составляющих технического обслуживания и ремонта является задача планирования ремонтных работ. Эта многоцелевая задача, решение которой должно обеспечить не только максимально возмож-
^ ную надежность оборудования, но и оптимальное соотношение таких пара-
метров, как затраты на ремонт, численность ремонтного персонала и т.д. Процедура составления и утверждения плана ремонтной кампании электростанции требует координации работы множества подразделений, как электростанции, так и энергосистемы и ряда подрядных организаций. Наличие
% стольких сторон приводит к тому, что постоянно меняются граничные усло-
вия, в рамках которых составляется план, меняются сроки, объемы работ, размеры финансирования и доступные ресурсы. Помимо этого значительную сложность при планировании ремонтов представляет множество альтернативных вариантов проведения работ. Наличие таких факторов делает поиск оптимального (как по стоимости, так и по длительности) варианта проведения ремонтной кампании весьма сложной задачей. Используемые в настоящее время на электростанциях и в энергосистемах методы планирования ре-монтных работ не соответствуют требованиям сегодняшнего дня. Требуется не только качественно изменить подходы к планированию ремонтных работ энергетического оборудования, широко применять вычислительную технику, но и оперативно управлять процессами их проведения.
Реформирование энергетической отрасли и, в частности, системы энергоремонта требует решения задач определения стратегии развития энергоремонта.
Большой объем ремонтных работ, высокие требования к качеству ремонтного обслуживания, необходимость выполнения ремонтных работ в ограниченные сроки требуют высокой концентрации ремонтного персонала и его рационального использования. Сложность и высокий уровень специализации ремонтных работ, резкая неравномерность потребности в ремонтном персонале в течение года по отдельным электростанциям, тепловым и электрическим сетям энергосистемы предопределяют необходимость участия в ремонте оборудования как персонала их собственных ремонтных подразделений, так и персонала производственно-ремонтных предприятий энергосистемы, а также прочих подрядных организаций (строительно - монтажных, наладочных и т.п.).
Предприятия, ремонтный персонал которых привлекается к выполнению различных работ, отличаются как видом собственности, так и своими экономическими характеристиками: уровнем производительности труда; условиями оплаты; уровнем накладных и командировочных расходов; степенью использования во времени ремонтного персонала, а также социальными условиями - стабильностью производственного коллектива, текучестью кадров и т.д.
Одним из важнейших направлений снижения затрат при выполнении ремонтных работ в энергосистеме является оптимальная кооперация труда
различных ремонтных подразделений электростанций и производственно -ремонтных предприятий энергосистемы, а также специализированных ремонтных предприятий. При этом необходимо учитывать их особенности по условиям квалификации ремонтного персонала, его использованию в течение года, производительности труда, оплате, накладным, транспортным и командировочным расходам.
Задачи определения стратегии развития энергоремонта в энергосистеме, выбора оптимальной формы организации ремонтного обслуживания в энергосистеме и оптимизации распределения объемов ремонтных работ на электростанции очень актуальны и являются многовариантными, нелинейными, динамическими, и их решение встречает большие трудности как в методическом плане, так и при их практической реализации.
Разработка основ и методов совершенствования управления и организации системы технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования есть решение народнохозяйственной проблемы, имеющей важное значение как для энергосистем, так и для отдельных электростанций.
Целью данной работы является разработка научных и методических основ совершенствования управления и организации системы технического обслуживания и ремонта оборудования тепловых электрических станций с учетом сложившейся ситуации в современной энергетике.
Для достижения поставленной цели в работе ставятся и решаются следующие задачи:
-проведение анализа ретроспективных данных по надежности энергоблоков мощностью 300 МВт;
-разработка методических вопросов оценки показателей надежности энергетического оборудования на основе данных эксплуатации, учитывающих специфику их количественной оценки и получение количественных характеристик надежности для отдельных поверхностей нагрева котлов различных марок и энергоблоков мощностью 300 МВт в целом;
-разработка методических основ создания системы технического обслуживания и ремонта энергоблоков на основе ремонтного цикла с назначенным межремонтным ресурсом;
-получение математической модели надежности энергетического блока в виде зависимости количества отказов за межремонтный период от различных факторов;
-разработка методики определения межремонтного ресурса энергоблока с учетом показателей экономичности, надежности и стоимостных затрат на ремонты;
-разработка системы комплексного управления надежностью оборудования на электростанции;
-разработка программного комплекса по планированию и оперативному управлению капитальным ремонтом турбоустановки;
-выбор стратегии перестройки системы организации и управления ремонтным производством в энергосистеме;
-разработка методик по сравнительной оценки экономичности систем технического обслуживания и ремонта энергооборудования и определение направлений по оптимизации кооперации ремонтных работ в энергосистеме и на электростанции.
Научная новизна работы состоит в создании основ совершенствования управления и организации системы технического обслуживания и ремонта оборудования тепловых электрических станций. С этой целью разработаны:
-методические вопросы оценки показателей надежности энергооборудования на основе данных эксплуатации, учитывающих специфику их количественной оценки;
-методические основы создания системы технического обслуживания и ремонта энергоблоков на основе ремонтного цикла с назначенным межремонтным ресурсом;
-методика определения межремонтного ресурса энергоблока с учетом показателей экономичности, надежности и стоимостных затрат на ремонты;
-система комплексного управления надежностью оборудования на электростанции на основе дальнейшего развития концепции комплексного управления надежностью оборудования и распространения ее положений на все направления эксплуатационной и ремонтной деятельности электростанции;
-методики выбора форм организации ремонтного обслуживания в энергосистеме и на электростанции.
Практическая ценность работы состоит в том, что результаты выполненных исследований внедрены и успешно используются в практике ОАО «Хабаровскэнерго», ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго», Приднепровской ГРЭС и могут быть использованы:
-при оценки показателей надежности энергооборудования на основе данных эксплуатации;
-при создании системы технического обслуживания и ремонта энергоблоков на основе ремонтного цикла с назначенным межремонтным ресурсом;
-при определении межремонтного ресурса энергоблока с учетом показателей экономичности, надежности и стоимостных затрат на ремонты;
-при разработке системы комплексного управления надежностью оборудования на электростанции;
-при планировании и оперативном управлении плановыми ремонтами энергетического оборудования;
-при проведении сравнительной оценки экономичности систем технического обслуживания и ремонта энергооборудования и опредеелении направлений по оптимизации кооперации ремонтных работ в энергосистеме и на электростанции.
Автор защищает:
-методологию оценки показателей надежности энергетического оборудования на основе данных эксплуатации;
-методические основы создания системы технического обслуживания и ремонта энергоблоков на основе ремонтного цикла с назначенным межремонтным ресурсом;
-математическую модель надежности энергетического блока в виде зависимости количества отказов за межремонтный период от суммарной наработки с начала эксплуатации, количества выводов в резерв и наработки за межремонтный период, степени восстановления надежности энергоблока в средний ремонт;
-методику определения межремонтного ресурса энергоблока с учетом показателей экономичности, надежности и стоимостных затрат на ремонты;
-систему комплексного управления надежностью оборудования на электростанции;
-программный комплекс по планированию и оперативному управлению капитальным ремонтом турбоустановок Т-250-240 и К-300-240 ЛМЗ;
-стратегию реформирования системы организации и управления ремонтным производством в энергосистеме;
-методики выбора оптимальной формы организации ремонтного обслуживания в энергосистеме и на электростанции.
Диссертация состоит из шести глав и приложения.
В первой главе приводятся результаты исследований эксплуатационной надежности оборудования энергетических блоков мощностью 300 МВт. Анализ проведен по данным, содержащимся в действующих в отрасли формам отчетности, за период с 1977 по 2001 годы по всему парку энергоблоков
мощностью 300 МВт. Установлены тенденции показателей надежности энергооборудования данных блоков. Получена качественная картина по локази-зации отказов и повреждений по элементам энергоблока, по времени и по причинам возникновения и др. В данной главе приведены парковые ресурсы отдельных элементов и узлов тепломеханического оборудования энергоблоков мощностью 300 МВт.
Во второй главе представлены результаты разработки методических вопросов оценки показателей надежности энергетического оборудования на основе данных эксплуатации. Выбран для оценки надежности энергетического оборудования метод представления плотностей распределения по системе обобщенных полиномов Лагерра. С помощью данного метода получены количественные характеристики надежности наиболее повреждаемых поверхностей нагрева котлов и энергоблоков, установленных на Приднепровской, Запорожской, Ириклинской ГРЭС и ТЭЦ-21, 23 ОАО «Мосэнерго».
В третьей главе приводятся результаты исследований по разработке методических основ совершенствования системы технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования. Показано, что изменение условий функционирования электроэнергетики привел к тому, что цели, задачи и содержание существовавшей до недавнего времени системы технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования стали не соответствовать современным условиям и требованиям. Предложена система технического обслуживания и ремонта энергооборудования в основу которой положен ремонтный цикл, определяемый назначенным межремонтным ресурсом.
Предлагаемая система учитывает как складывающуюся обстановку в энергетической отрасли, так и преемственность существующей системы., и является первым этапом перехода на систему технического обслуживания и ремонта по техническому состоянию оборудования. Показано как изменяются коэффициенты технического использования, готовности при переходе на новую систему. В данной главе приводится методика определения величины межремонтного ресурса энергоблока с учетом показателей экономичности, надежности и стоимостных затрат на ремонты. В качестве критерия принят минимум удельных затрат на ремонтное обслуживание энергоблока за межремонтный период. Приводятся выражения для определения суммарных затрат, связанных с ремонтным обслуживанием энергоблока за межремонтный период. С помощью обработки ретроспективных данных по энергоблокам мощностью 300 МВт получена математическая модель надежности энергоблока за межремонтный период в виде зависимости количества отказов за межремонтный период от суммарной наработки с начала эксплуатации, количества выводов в резерв и наработки за межремонтный период, степени восстановления надежности энергоблока в средний ремонт.
В четвертой главе рассматриваются вопросы создания системы комплексного управления надежностью электростанции на базе дальнейшего развития концепции управления надежностью оборудования и распространения ее положений на все направления эксплуатационной и ремонтной деятельности ТЭС. Основными составляющими данной системы являются подсистемы: контроля и оценки условий эксплуатации; учета и анализа повреж-
даемости; технического обслуживания и ремонта. Определены технические и программные средства данной системы. Приводится структура организации работы экспертной комиссии электростанции.
Пятая глава посвящена вопросам планирования и оперативного управления ремонтными работами. Применение в работе технологии управления проектами позволило не только качественно изменить подходы к планированию ремонтов энергооборудования, но и оперативно управлять процессом проведения ремонтных работ. На базе программного продукта Spider 7.5 разработан программный комплекс по планированию и оперативному управлению капитальным ремонтом турбоустановки Т-250-240 и К-300-240 ЛМЗ.
Шестая глава посвящена вопросам выбора стратегии реформирования системы организации и управления ремонтным производством в энергосистеме в связи со структурными изменениями в электроэнергетике. В ней приводятся результаты разработки методик выбора оптимальной формы организации ремонтного обслуживания как в энергосистеме, так и на электростанции.
Для оценки сравнительной эффективности различных вариантов систем технического обслуживания и ремонта в энергосистеме в качестве критерия оптимальности принят вариант, при котором достигается максимум изменения (по отношению к базовому варианту) суммарных (интегральных) чистых дисконтированных доходов за расчетный период.
В качестве критерия оптимальности, при разработке методики распределения годовых объемов ремонтных работ на электростанции, принят вари-
ант организации ремонтного обслуживания, при котором достигается минимум стоимости выполнения ремонтных работ на электростанции.
Показано влияние различных факторов на оптимальное распределение объемов ремонтных работ между различными организациями, участвующими в ремонтной кампании в энергосистеме и электростанции.
В приложении приводятся основные понятия, термины и определения в области надежности энергетического оборудования.
Анализ данных о надежности работы котлов энергоблоков мощностью 300 МВт
Интенсивность отказов различных видов (котлов, турбин и вспомогательного) оборудования, работающих в составе энергоблока, не одинакова (рис. 1.9).
Основными причинами остановов энергоблоков мощностью 300 МВт являются: дефекты котлов (поверхностей нагрева). Доля вынужденных остановов энергоблока из-за отказов поверхностей нагрева котла составляет 47-55% от общего числа отказов энергоблока. Для устранения этих недостатков отвлекаются значительные материальные и трудовые ресурсы электростанций (рис. 1.10).
Как отмечалось выше, существенное влияние на повреждаемость котлов оказывают их конструктивные особенности и связанные с ними тепловое напряжение, тепловые разверки. Уровень показателей надежности котлов определяется также видом сжигаемого топлива. Сравнение средней наработки на отказ котлов энергоблоков показывает, что у газомазутных котлов этот показатель в 2-3 раз выше чем у пылеугольных котлов, а у отдельных видов котлов этот показатель в5-8 раз выше (рис. 1.11, 1.12). Это вызвано прежде всего тем, что большое количество пылеугольных котлов эксплуатировалось на непроектном топливе. Кроме того, в связи с ухудшением качества постав ляемого на электростанции твердого топлива для обеспечения устойчивого горения в большом диапазоне нагрузок котлы работали с подсветкой мазутом. Указанные отклонения условий эксплуатации способствовали интенсификации износа поверхностей нагрева вследствие перегрева, коррозии и эро Ш зии.
При сжигании различных видов топлива наиболее интенсивный износ из-за коррозии и эрозии имел место во время работы котлов на высокосернистом мазуте и твердом топливе, обладающем абразивными свойствами. При работе на твердом топливе отмечаются два вида износа поверхностей нагрева котлов из-за истирания. Первый - износ частицами угля, который наблюдается иногда на отдельных экранных трубах в зоне наброса факела на экраны. Наибольшее значение имеет второй вид - золовой износ, которому подвер-жены конвективные поверхности нагрева, главным образом водяные экономайзеры.
Следует отметить, что золовой износ в большинстве случаев идет одновременно с коррозионным износом. -— с газо-мазутными котлами
Серьезной причиной снижения надежности работы и высоких затрат на ремонт топочных поверхностей нагрева паровых котлов, в частности при сжигании сернистых топлив (мазут, АШ), является активное развитие процесса наружной высокотемпературной коррозии стенок экранных труб со стороны факела.
Наиболее интенсивной наружной коррозии, как правило, подвержены поверхности нагрева котлов, расположенные в обогреваемой зоне. В условиях эксплуатации интенсификации наружной коррозии могут способствовать различные факторы, как-то: работа на непроектных видах топлива, снижение его качества, нарушения правил технической эксплуатации, которые приводят к увеличению температур выше расчетных значений, температурные раз-верки и др.
В пылеугольных котлах наружная высокотемпературная коррозия труб топочных экранов развивается при сжигании высокосернистых углей в основном с жидким шлакоудалением. Как уже отмечалось, зоны коррозии располагаются на уровне ядра топочного факела и в районах контакта поверхности труб с топочным факелом восстановительного характера, содержащим сероводород. Коррозия труб активно протекает при температуре стенки металла выше 450С.
Наружный коррозионный износ может значительно интенсифицироваться во время простоя котлов. При этом наибольший износ из-за наружной коррозии во время простоев происходит в случаях применения наружных водных обмывок с целью удаления наружных отложений.
Повышенную повреждаемость вследствие межкристаллитной коррозии имели трубы из аустенитных сталей, особенно на недренируемых участках, в которых во время остановов скапливались растворы коррозионно-активных веществ.
В ходе эксплуатации наблюдается также перегрев труб, при этом нарушается микроструктура их металла и отмечаются тепловые разрывы стенок. Одной из причин этого является длительная работа экранов с увеличенными выше допустимого уровня отложениями на внутренней поверхности труб, которые образуются, например, в результате несвоевременного проведения или недостаточной эффективности химических промывок.
Одной из основных причин отказов котлов являются повреждения поверхностей нагрева из-за тепловой (температурной) разверки металла труб. Слабо или сильно выраженная тепловая разверка имеет место в каждом котле. Срок службы элементов поверхностей нагрева существенно изменяется в зависимости от температуры металла. Так, согласно данным [9] срок службы труб пароперегревателя из стали 15ХМ при увеличении температуры с 550С до 560С при том же напряжении уменьшается со 100 тыс.ч до 50 тыс.ч, т.е. в 2 раза, а срок службы труб пароперегревателя из стали 20 при увеличении температуры с 480С до 500С сокращается со 100 тыс.ч до 23 тыс. ч, т.е. более, чем в 4 раза.
При стационарных режимах работы оборудования разрушения элементов котла, в основном, появляются вследствие дефектов, заложенных в про цессах его проектирования и изготовления, а также при монтаже и ремонте (дефекты литья, сварки и др.).
При переменных режимах отдельные элементы котла испытывают значительные напряжения. При пусках, остановах и других переменных режимах работы металл труб пароперегревателей испытывает колебания температур с амплитудой до 20-40С за сравнительно короткий промежуток времени (1-2 мин). В результате повышенных температурных напряжений на испарительных, пароперегревательных поверхностях нагрева котлов возникают разрушительные процессы, усиливающиеся циклическими колебаниями температур при переходных режимах.
Надежность экранной системы котла при пусках наряду с температурным режимом труб определяется теплогидравлическими разверками, а также разверками, связанными с неравномерной раздачей пароводяной смеси во входных камерах панелей, и, что важно для низкого докритического давления, пульсационной устойчивостью. Поэтому при пусках, особенно из неос-тывшего состояния, необходимо обеспечивать надежность температурного и гидравлического режимов экранных поверхностей нагрева, а также надежность температурного режима толстостенных камер перегревательных поверхностей нагрева.
Снижение ресурса длительной прочности металла узлов и деталей поверхностей нагрева котлов, работающих в условиях циклических нагрузок, в большей мере происходит в зоне концентраторов напряжений (гибов, сварных швов и др.).
Количественные показатели надежности энергоблоков мощностью 300 МВт
В данной главе приводятся результаты качественного и количественного анализа надежности работы 30 энергетических блоков мощностью 300 МВт, установленных на Приднепровской, Конаковской, Запорожской, Ирик-линской и ТЭЦ-21, 23 ОАО «Мосэнерго». Исследуемые энергоблоки отличаются по времени ввода в эксплуатацию, по типу котлов, по заводу-изготовителю котлов и турбин, по виду сжигаемого топлива, по режимам работы (табл.2.1). Оценка показателей надежности проводилась на основе ретроспективных данных о работе этих энергоблоков за 5-20 лет.
Для повышения качества и полноты информации об эксплуатационной надежности энергоблока в целом и отдельных его частей, которая включала бы в себя как отказы, приведшие к останову энергоблока, так и повреждения,выявленные в процессе ремонтных работ, были использованы следующие источники: а) форма 6-тех «Отчет об использовании основного оборудования энергоблока тепловой электростанции»; б) форма 2-тех «Отчет об авариях и браках в работе на электростанции и в сетях»;в) отчеты о ремонтах (капитальных и средних); г) акты о приемке оборудования из ремонтов; д) ремонтные формуляры на поверхности нагрева; е) акты браков и аварий; ж) котельные книги; з) сменные вахтенные журналы; и) данные лаборатории металлов; к)журналы ремонтов поверхностей нагрева у мастеров.
С целью получения однородной статистической информации, что является необходимым условием для получения достоверных количественных показателей надежности по энергоблоку, обработка статистической информации о надежности работы энергоблоков проводилась для однотипных котлов и турбин, т.е. для котлов и турбин одинаковой конструкции, одного и того же завода-изготовителя, работающих в одинаковых условиях.
На первом этапе обработки были определены для исследуемых энергоблоков периоды приработки и нормальной эксплуатации. Период интенсивного старения на исследованных энергоблоках не наблюдался.
В период приработки повышенная интенсивность остановов энергоблоков обусловлена отбраковкой элементов со скрытыми дефектами литья, с технологическими дефектами металла, с дефектами сварки и т.п. При этом интенсивность повреждений в период приработки зависит от количества скрытых дефектов упомянутого выше характера, а продолжительность пе риода приработки зависит от природы дефектов. Совершенствование технологических процессов, уточнение методов и норм расчета и проектирования элементов энергетического оборудования, усиление контроля над качеством труб на заводах-изготовителях, а также освоение энергетического оборудования в процессе эксплуатации приводят к тому, что интенсивность повреждаемости в период приработки снижается: у моноблоков в 3-4 раза, у дубль-блоков -в 6-7 раз, при стабилизации параметра потока отказов через 1-3 года после ввода энергоблока в эксплуатацию в зависимости от степени его освоенности в производстве. Длительность освоения энергоблоков оказалась различной и определялась главным образом исходным техническим уровнем оборудования, темпами ввода (сооружения), квалификацией персонала, качеством монтажа [42,43].
В период нормальной эксплуатации имела место некоторая стабилизация параметра потока отказов энергоблока.
Было сделано предположение о стационарности потока отказов энергоблока в период нормальной эксплуатации. При эксплуатации энергоблока отказ элемента в системе котел-турбина-трансформатор приводит к отказу всей системы, при этом становится безразлично, отказали или нет другие элементы. Следовательно, предположение об однородности потока отказов энергоблока справедливо. Если также предположить, что интервалы времени между отказами и интервалы восстановления энергоблока в период нормальной эксплуатации независимы и взаимно независимы, то процесс эксплуата 118ции энергоблока в период нормальной эксплуатации можно представить альтернирующим процессом восстановления.
С использованием методики выравнивания эмпирических распределений, описанной выше, были получены количественные показатели надежности исследованных энергоблоков и их отдельных узлов.
Ниже приведены некоторые результаты данных исследований.Плотность функции распределения наработки между внеплановыми остановами энергоблока с котлом марки ТПП-ПО и турбиной К-ЗОО -240 ХТЗ имеет видГрафики зависимостей количественных характеристик Ра p(t); /а p(t) и Ха p(t) энергоблока мощностью 300 МВт с котлом ТПП-ПО приведены на рис. 2.2. Характер изменения интенсивности отказов Х,а p(t) показывает, что функция распределения наработки между внеплановыми остановами энергоблока описывается квазистареющим законом надежности.
Анализ характера изменения интенсивности отказов А,а p(t), полученного для других исследованных энергоблоков, показал, что функция распределения наработки между внеплановыми остановами этих энергоблоков описывается также квазистареющим и стареющим законами надежности [40,43]. Оценки параметров распределения наработки между внеплановыми остановами исследованных энергоблоков приведены в табл. 2.2.
Методические основы создания системы технического обслуживания и ремонта на основе ремонтного цикла с назначенным межремонтным ресурсом
Как отмечалось выше, первым этапом масштабного реформированияэнергоремонтного производства является выдвинутая концепция совершенствования системы технического обслуживания и ремонта энергоблоков тепловых электростанций [76].
Порядок организации существующей системы технического обслуживания и ремонта регламентируется действующими правилами РДПР 34-38 030-92 [68]. Несмотря на то, что они разрабатывались сравнительно давно, многие положения [68] сохраняют свою актуальность и применимы в современных условиях.
Предлагаемая система технического обслуживания и ремонта учитывает как складывающуюся обстановку в энергетической отрасли, в частности, падение спроса на электроэнергию, так преемственность существующей системы.
В основу предлагаемой системы технического обслуживания и ремонта положен ремонтный цикл, определяемый назначенным межремонтным ресурсом энергоблока.
Назначенный межремонтный ресурс энергоблока в соответствии с [80] представляет суммарную наработку энергоблока между капитальными ремонтами, при достижении которого энергоблок должен быть выведен в капитальный ремонт.
Принципиальное отличие такого ремонтного цикла заключается в том, что критерием необходимости проведения капитального ремонта является исчерпанный межремонтный ресурс, а не регламентированный межремонтный цикл, исчисляемый годами.
Предлагаемая система технического обслуживания и ремонта характеризуется, наряду с отмеченной принципиальной особенностью, преемственностью с действующей системой: - обеспечивается надежность и качество отремонтированного оборудования на основе использования разработанной ранее и действующей в настоящее время нормативно-технической и технологической ремонтной документацией (технические условия и технологические процессы ремонта оборудования);- сохраняется структура ремонтного цикла, характеризуемая проведением ежегодных текущих ремонтов, одного среднего и одного капитального ремонта за цикл (рис.3.1);- используются разработанные ранее и действующие в настоящее время нормативы продолжительности и типовых объемов плановых ремонтов с применением нормативов планово-предупредительного ремонта, в том числе для трудозатрат и норм расхода запасных частей и материалов.
Параметрами ремонтного цикла являются: - назначенный межремонтный ресурс между капитальными ремонтами; - назначенный межремонтный ресурс между капитальным и средним ремонтами; - календарная продолжительность ремонтного цикла; - календарная продолжительность между капитальным и средним ремонтами; - количество текущих ремонтов; - продолжительность текущего, среднего и капитального ремонтов.
Текущие ремонты первой и второй категорий выполняются для поддержания технико-экономических характеристик энергоблока в заданных пределах с заменой и (или) восстановлением отдельных быстроизнашивающихся составных частей и деталей. В структуре ремонтного цикла предусматривается ежегодное проведение текущих ремонтов первой и второй категорий, кроме годов проведения среднего и капитального ремонтов, когда текущий ремонт первой категории не производится.
Капитальный ремонт энергоблока выполняется для полного или близкого к полному восстановлению ресурса с заменой или восстановлением любых его частей, включая базовые, и восстановления его технико-экономических характеристик до значений, близких к проектным. Вывод в капитальный ремонт энергоблоков осуществляется при достижении ими назначенного межремонтного ресурса между капитальными ремонтами.
Средний ремонт энергоблока выполняется для частичного восстановления ресурса с заменой или восстановлением составных частей ограниченной номенклатуры и восстановления его технико-экономических характеристик до заданных значений. Вывод в средний ремонт энергоблоков осущест
Составные части системы комплексного управления надежностью электростанции
Система комплексного управления надежностью оборудования электростанции позволяет производить сбор, обработку и анализ информации о техническом состоянии энергетического оборудования электростанции, о его надежности, о проводимых плановых и неплановых ремонтах, о модернизации, об организационно-технических мероприятиях, направленных на повышение надежности энергетического оборудования электростанции. Кроме того, разрабатываемая система вырабатывает управленческие решения и осуществляет контроль их исполнения.
Система комплексного управления надежностью оборудования контролирует и оценивает условия эксплуатации оборудования, проводит реальную комплексную оценку недостатков эксплуатации, учета и расследования технологических нарушений, а также анализ соответствия технико-экономических, экологических и пр. показателей нормативным значениям.
Для учета и анализа повреждаемости необходимо создать базу данных по отказам и повреждениям оборудования, выявленные в процессе эксплуатации, технического обслуживания, неплановых и плановых ремонтов, а также в ходе проведения обследований и дефектации оборудования на базе технической диагностики.
Анализ собранной статистики позволяет проводить анализ причин повреждений, аварийных и неплановых остановов оборудования, выявлять факторы, напрямую или косвенно снижающие надежность оборудования, определить причины, вызывающие повреждения оборудования, прогнозировать повреждения и т.п.
Все это необходимо для планирования, организации и выполнения всего комплекса мероприятий по обеспечению текущей и перспективной надеж ности оборудования, включающего в себя профилактическое техническое (ремонтное) обслуживание, регламентные работы, ремонты, реконструкцию, модернизацию и замену узлов.
Направления системы комплексного управления надежностью энергопредприятия можно разделить на эксплуатационное, эксплуатационно- ремонтное и ремонтное. Принципиальная схема построения системы комплексного управления надежностью энергопредприятия представлена на рис.4.1. Такая градация носит условный характер, так как все три направления, являясь составными частями комплексной методологии, неразрывно связаны между собой [123-125].
Основными составляющими данной системы являются:подсистема контроля и оценки условий эксплуатации;подсистема учета и анализа повреждаемости;подсистема технического обслуживания и ремонта.
Условно определяя подсистему контроля и оценки условий эксплуатации в основном как «эксплуатационное» направление и не останавливаясь на ней далее в настоящей работе, посвященной вопросам ремонтного и технического обслуживания, необходимо отметить, что данная подсистема должна базироваться на разработанной и представленной в работах [119-122] экспертной системе контроля и оценки условий эксплуатации котлоагрегатов тепловых электростанций. Предложенная система позволяет не только про «эксплуатационно-ремонтное» направлениевести реальную комплексную оценку недостатков эксплуатации, ремонта, учета и расследования технологических нарушений при работе котлоагрега-тов, но и путем внедрения разработанной системы отследить и проанализировать динамику ситуации в отрасли по надежности поверхностей нагрева и существенно снизить число аварийных остановов котлоагрегатов на электростанциях.
Анализ результатов предложенной экспертной системы позволил определить первоочередные группы проблем, оказывающие наибольшее влияние на надежность работы котлоагрегатов:-недостатки в организации водно-химического режима;-недостатки в ведении технологического режима котлоагрегатов (режима горения и температурного режима);-недостатки в организации профилактического технического обслуживания поверхностей нгрева;-необъективный (обусловленный стремлением переложить вину на завод-изготовитель, проектную, монтажную, ремонтную организации) или упрощенный подход к расследованию причин, вызванных неудовлетворительной организацией эксплуатационного и ремонтного обслуживания.
Методология экспертного контроля и оценка условий эксплуатации поверхностей нагрева, ее концептуальные положения и принципы построения, применимы к другим основным «проблемным» узлам энергетического оборудования, дающим значительное число аварийных и неплановых остановов или имеющих пониженный (относительно усредненного по агрегату в целом) запас межремонтного ресурса.
Повышению надежность энергетического оборудования способствует также внедрение в обязательную эксплуатационную практику положений «щадящей» эксплуатации, направленных на снижение общего числа остановов энергоустановок с целью исключения факторов риска в переходных режимах, а- также принятие мер, направленных на исключение негативного влияния персонала на состояние и ресурс оборудования, в том числе за счет повышения качества расследования аварийных и неплановых остановов, анализа пусков и разбора действий персонала в нештатных ситуациях, совершенствования инструкций, повышения уровня подготовки персонала. Кроме того, обеспечение постоянного режимно-технологичекого контроллинга, включающего в себя: систему химико-технологического мониторинга; систему контроля готовности параметров; систему контроля скорости прогрева толстостенных элементов и систему контроля «выбегов» температур среды и металла по тракту также проводит к снижению аварийности энергооборудования.
Подсистема контроля и оценки условий эксплуатации позволяет проводить реальную комплексную оценку недостатков эксплуатации, учета и расследования технологических нарушений, анализ соответствия технико-экономических, экологических и других показателей нормативным значениям.
