周正雄
武汉锅炉股份有限公司 湖北 武汉 430205
摘要：火力发电是现代电力系统运营的主要能源产出方式，火力发电机组长期在高温、高压的状态下运行，必然会出现老化等问题，长期服役容易损伤火力发电机组的使用寿命，所以电力企业对火力发电机组的寿命进行诊断与评估是非常必要的，根据寿命诊断的结果来优化设备管理与运行的方式，可以使设备部件得到有效的保养与维护。关于火电设备的寿命诊断方法主要是从其非稳状态下的温度与热应力变化规律开始的，结合金属材料的损耗特性与部件的损耗程度来判断火力发电机组的运行寿命。基于此，本文从火电设备、锅炉部件与汽轮机转子的寿命诊断方法与应用加以研究。
关键词：火电设备；锅炉部件；汽轮机转子；使用寿命
引言：
随着我国电力改革工作的持续推进，厂网分开模式已经成为主要的运行模式，而降低发电成本、提升系统运营效益成为现代电力企业追求发展的主要方向。火力发电机组的建设需要电力企业投入大量的资金，一旦火力发电机组中的个别设备需要更换，都会耗费电力企业的成本，故维持火电设备的长久运行，延长火电设备的寿命诊断，是提升效益、也是保障安全的重要途径。电力企业对火力发电机组进行寿命诊断，可以降低机组发生事故的改良，优化电力企业的资金投入结构，为电力系统的运行、维修等工作安全提供决策的建议支持，以综合提升火电机组的安全经济运营水平。由于我国电力主要以火力发电形式为主，所以火力发电设备的寿命损耗评价相对复杂，电力企业在火电设备寿命诊断方法中的技术研究仍需要不断努力。
一、火电设备的寿命诊断方法与应用
火电设备如果发生故障，通常是经过长久的隐患而变成故障的，所以故障的发生率并不是不变的，而是可能形成一种曲线的变化图。火力发电机组通常是由多个火电设备组成，初期发生故障时，隐患的时间越长，故障发生的几率越大；偶发故障期的故障发生概率趋于稳定，损耗故障期则会因为拖延的时间长而故障效果越来越明显。火电设备的故障率与时间的变化有关，从设备出产、投入使用就进入了故障发生的时期，起初因为设备运行而发生故障的频率并不高，会经历一段平稳运行的时间，当运行时间延长，故障发生的频率也会越来预告，直至故障难以维修、设备退出使用，则火电设备的全部服役周期结束。对火电设备的寿命管理要对设备的状态进行全面的检测与评估，在此基础上优化设备的运行效果，进行必要的维护与管理，确保火力发电机组的运行安全，能够稳定的维持发电需求。由此可见，对火电设备的寿命管理是服务于设备的寿命全周期的。关于火电设备的寿命管理可以通过以下几个环节进行，分别是调研、制定大纲、等级排序、设备检验与测点安装等等，需要技术人员掌握充足的技术知识，才能支撑总体的寿命管理流程。根据火电设备的非稳定状态下的温度与热应力变化规律，技术人员可以参照其实际的运行指数以及其他的实验结果来分析或检验方法，再推断出设备的运行情况及寿命损耗情况。而寿命预测与评估技术的应用，可以有效的提升火电设备维修的效率[1]。
二、锅炉部件的寿命判断方法与应用
（一）应力解析法
锅炉部件寿命判断方法中应力解析法的应用较为常见，是根据判断位置的结构尺寸与温度等条件，来解析各部分的应力，包括计算热应力、内应力及持久长度等等，可以得出设备的蠕变损伤率、疲劳损伤率等等，进而估算出锅炉部件的剩余寿命，如图2所示，按照图示中的流程可以完成对锅炉部件的寿命判断[2]。
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图1.应力解析法的应用过程（参考）
（二）破坏实验法
破坏实验法是从锅炉部件中选择具有代表性的位置，割取一定的试样以后，经过拉伸、蠕变断裂及疲劳试验等发方法，来获取材料的机械性能，判断其数值是否符合参数的标准，进而估算出锅炉部件的剩余寿命。技术人员通常会采用微型实验技术来降低实验对锅炉部件的影响，并制成微型的样块进行断裂力学与材料性能测试，其实验样本的厚度仅有0.5mm。
（三）无破坏损伤计测法
技术人员利用无损检测的方式来检测锅炉部件的尺寸、强度与电阻等数值，可以根据一定的规律推测出设备的剩余寿命。包括微小试样法、噪声法、超声波法等等。在微小试样法的应用中，技术人员先用专用的刀具切取柱形小块，但要保证不破坏诊断部位的健全性，将试块与同种钢夹头焊住，开展蠕变试验，可以从短时间内的试验中推算出部件的剩余寿命，选择的试验预应力应与部件的受力保持一致。同时技术人员要考虑到小型试验片容易发生氧化，所以试验应受到氩气保护，可以代表着大气压下的相同变化过程。在噪声法的应用中，技术人员可以通过这一方法检测出设备部件的初期损伤。巴克好森噪声是由强磁体被磁化时所产生的，可能会出现磁畴壁位移的现象，而杂波能够用于超声波难以检测出的变化情况，如设备中的磨损情况。在超声波法的应用中，技术人员可以通过发射器发出超声波，如果设备部件中含有裂纹或者损伤，在回收超声波时，其频率就会发生变化[3]。
三、汽轮机转子的寿命判断方法与应用
汽轮机是火力发电机组中的重要设备，对汽轮机的寿命进行诊断，要从结构汽轮机轴瓦、叶片及转子等部分予以重点考虑。西方国家已经研究出用于汽轮机诊断系统的叶片寿命动态分析系统，能够计算或推测出叶片出现裂纹的大致区域，乃至叶片出现裂纹以后可能运行的寿命，技术人员可以在评估叶片的寿命的基础上，推断出汽轮机转子的运行寿命。气缸与转子在运行的过程中，可能会发生蠕变损伤，尽管厂家对大型汽轮机的气缸结构都作出了一定程度的优化，使气缸承受的压力低于转子，但周期的疲劳特性也会影响汽轮机的使用寿命，所以技术人员在估算寿命时会将转子的寿命看做汽轮机的寿命，也可以理解为如果转子发生故障，则汽轮机将运行瘫痪。汽轮机转子的寿命计算包括温度场计算与热应力计算，温度场计算可以采用三维有限元法，或是利用轴对称二维计算模型进行计算；热应力计算是将热应力、离心应力和转子合成应力结合的形式，使用第一强度理论得出其寿命。例如300MW的机组转子寿命可以采用雨流法的计算形式，考虑应力谱中小波动的影响，对应力谱进行妥善的处理，计算其寿命损耗曲线与低周疲劳寿命耗损、高温蠕变寿命耗损、总寿命耗损等，其中总寿命耗损可以根据Miner法则得出低周疲劳寿命损耗与高温蠕变寿命损耗的部分线性叠加情况，如果寿命的损耗值达到顶峰，则设备零件就可能存在裂纹的情况。我国目前拥有的火电机组运行时间在104h基础上，而且许多火电机组的运行环境非常恶劣，所以对转子材料的疲劳损伤程度数据获取可能存在不准确，应用无破坏损伤的计测方法较为适用，可以准确估计出汽轮机转子的剩余寿命。
四、磨煤机的寿命判断方法与应用
磨煤机在运行过程中容易出现的磨损现象有磨辊辊皮及磨盘瓦磨损过快，或是辊皮出现裂纹等情况，主要成因与磨煤机运行方式中下煤量、风量、风温的变化有关，除此之外，磨煤机内部的流态和燃煤特性、碾磨压力都会影响磨煤机的寿命。以碾磨压力为例，磨煤机出力的大小与磨辊、磨盘之间的相互作用力有关，除磨辊的自重以外，碾磨压力来自外部加载油缸的外加力，可以通过液压站的压力调节来控制碾磨压力的大小，那么磨辊、磨盘瓦之间必然出现磨损的情况。技术人员可以采用控制磨煤机下煤量、进风量、风温等参数的形式，与磨煤机的厂家沟通将磨盘与喷嘴环固定，使用旋转的技术改造磨煤机，就可以消除磨盘压条与喷嘴环脱落的问题，能够有效的减少腐蚀磨损的情况。
结束语：
我国各大电网的峰谷差较大，电网调峰问题成为电力企业需要突破的工作难题，为维护火电设备的良好运行，对火电设备的寿命进行有效的诊断，可以保证调峰机组的经济效益。在火电设备的生命周期内，对其采取维护与诊断等综合管理措施，有助于提升火电设备的运行水平，有效延长设备的使用寿命。
参考文献：
[1]徐跃芹,屠珊,孙实文. 火电设备寿命诊断方法及其应用[A]. 中国动力工程学会.中国动力工程学会第三届青年学术年会论文集[C].中国动力工程学会:中国动力工程学会,2005:5.
[2]刘浩,王忠谦,孙旭光. 老化火电设备的剩余寿命预测法[J]. 汽轮机技术,1992,(02):42-46.
[3]石磊. 微型试样法在火电设备寿命诊断中的应用[J]. 发电设备,1991,(04):29-31.
[4]颜崇伦. 关于水、火电效益评价方法问题的探索[J]. 水力发电,1986,(03):4-12.