CN109583595A - 一种确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法，通过获取火电汽轮机机组强迫停运率为最低时的服役时间T₁、火电汽轮机机组各部分结构及子系统所对应的设计可达寿命中最短的设计可达寿命T₂、火电汽轮机机组的老化速率达到预定值时的服役时间T₃，并比较T₁、T₂、T₃，选择其中的最小值作为火电汽轮机的大修周期；再获取所确定的大修周期所对应的影响因素。本发明操作经济方便、科学有效，实用性强，适用于确定不同类型火电汽轮机的大修周期，可以准确界定影响因素，为改善机组性能并拓展大修周期提供技术完善方向。

Description

一种确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法

技术领域

本发明涉及汽轮机维修周期确定方法，特别是涉及一种确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法。

背景技术

汽轮机是燃煤电厂的核心装备，其服役环境呈现高温、高压、高转速、长寿命运行特征。保证其长寿命安全、高效及稳定运行对于电厂发电具有重要意义。火电汽轮机设计寿命一般为30年，然而使汽轮机30年不间断的高效运行是难以实现的。为了保障汽轮机使用的长期安全及经济性，生产厂家对汽轮机制定了一系列的维修策略。汽轮机的维修包括小修、中修及大修。小修和中修一般用于检修汽轮机调节系统，采取不揭缸的方式进行维修。大修则要求停机并打开所有汽缸，对本体构件进行全面、细致检修及更换损坏件。大修具有停机维修时间长(通常需要半年多时间)，维修费用高(揭缸、检修及更换损坏件等花费大)的特点。基于此，长大修周期将能显著提高汽轮机在全寿命周期内的使用经济性。具有长大修周期的汽轮机也受到电力装备市场的广泛青睐。

目前，火电汽轮机的大修周期差别较大。一般火电汽轮机的大修周期为4年，有些火电汽轮机的大修周期制定为5年或6年或8年，有些火电汽轮机的大修周期则制定为12年长寿命周期。这些差异较大的大修周期是如何制定的？制定的大修周期是否可保证汽轮机安全、经济使用？大修周期的长短反映了汽轮机的哪些问题？经调研发现，目前还未见给出确定汽轮机大修周期及其影响因素的方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法，用于解决现有技术中未见给出能够经济有效地确定汽轮机大修周期及其影响因素的方法的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种确定火电汽轮机大修周期的方法，至少包括如下步骤：(1)统计正常工作的火电汽轮机机组的强迫停运率随服役时间的变化，获取强迫停运率为最低时的服役时间T₁；(2)统计对比火电汽轮机机组各部分结构及子系统所对应的设计可达寿命，并获取其中最短的设计可达寿命T₂；(3)统计正常工作的火电汽轮机机组的老化速率随服役时间的变化，获取其老化速率达到预定值时的服役时间T₃；(4)比较T₁、T₂、T₃，选择其中的最小值作为火电汽轮机的大修周期。

优选地，所述步骤(2)中火电汽轮机机组各部分结构及子系统包括转子、汽缸、阀门、叶片、螺栓、密封件、汽缸连接系统。

优选地，高温环境下服役的转子、汽缸、阀门、叶片、螺栓、密封件所对应的设计可达寿命为蠕变持久寿命，高温环境下服役的汽缸连接系统的设计可达寿命为汽缸密封设计寿命，启停、变负荷状态下服役的转子、阀门、汽缸、叶片、螺栓、密封件所对应的设计可达寿命为疲劳耐久寿命，湿蒸汽状态下服役的低压转子、汽缸、叶片所对应的设计可达寿命为应力腐蚀寿命。

优选地，所述步骤(3)中的老化速率用热耗率的增长率或效率损失表示。

优选地，所述步骤(3)中老化速率达到的预定值为2％。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种确定火电汽轮机大修周期影响因素的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)采用如权利要求1至5中任一项所述的确定火电汽轮机大修周期的方法确定火电汽轮机的大修周期；2)获取步骤1)中所确定的大修周期所对应的影响因素。

优选地，所述步骤2)中，若T₁为火电汽轮机的大修周期，则T₁所对应的影响因素为火电汽轮机机组的系统匹配特性。

优选地，所述步骤2)中，若T₂为火电汽轮机的大修周期，则T₂所对应的影响因素为火电汽轮机机组结构或系统的安全可靠性。

优选地，所述步骤2)中，若T₃为火电汽轮机的大修周期，则T₃所对应的影响因素为火电汽轮机机组的出力老化特性。

如上所述，本发明的确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法，具有以下有益效果：本发明通过对比火电汽轮机机组强迫停运率为最低时的服役时间、汽轮机结构及子系统的最短设计可达寿命、机组老化速率达到预定值时的服役时间的大小，取其最小值作为大修周期，并结合所确定的大修周期获取其所对应的影响因素。本发明是基于火电汽轮机机组系统的匹配性能、子结构及系统安全可靠性以及机组出力老化性能三个方面，来确定汽轮机的大修周期，操作经济方便、科学有效，实用性强，适用于确定不同类型火电汽轮机的大修周期，能够保证发电及维修的经济性，且基于本方法，可以准确界定影响因素，为改善机组性能并拓展大修周期提供技术完善方向。

附图说明

图1显示为本发明的确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法的强迫停运率统计曲线示意图。

图2显示为本发明的确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法的汽轮机部分结构及子系统的功能或性能随服役时间变化示意图。

图3显示为本发明的确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法的汽轮机的效率损失随服役时间变化示意图。

图4显示为本发明的确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法的汽轮机的热耗率的变化率随大修数变化示意图。

图5显示为本发明的确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法的汽轮机寿命表征示意图。

图6显示为本发明的确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法的实施例一的汽轮机热耗率随服役时间变化示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种确定火电汽轮机大修周期的方法，包括如下步骤：

(1)统计正常工作的火电汽轮机机组的强迫停运率随服役时间的变化，获取强迫停运率为最低时的服役时间T₁：

图1为某机组多年运行中的强迫停运率统计曲线，其中，强迫停运率由图1可以看出，投运后，机组强迫停运率超过3％，表明机组初期故障率高。随着服役时间的增长，机组强迫停运率逐步减小，表明机组的故障率逐步降低。在第12年左右时，汽轮机组的强迫停运率最低，约为1％。随着时间的进一步增长，机组强迫停运率又逐步升高，服役30年时停运率达到4％。服役时间更长时，则机组的强迫停运率更高。图1反映了机组系统的磨合、匹配运行特性。投运后，机组系统间构件逐步磨合，这时的磨合故障多。到第12年时，机组故障率最低，表明系统磨合到最优点。经12年运行后，机组系统内一些构件发生了损伤及失效。损伤或失效件和未失效件进一步发生作用，导致了强迫停运率的增长。从图1来看，机组在第12年时进行大修是最优的。12年前进行大修，浪费了汽轮机系统的匹配寿命。且此时的非更换件(如转子、汽缸、阀门等)还未达到稳定的磨合期，更新的易损件(如密封件、平衡块等)会同非更换件再次发生非稳定磨合。12年后大修，损伤或失效件过渡影响了非更换件，使得非更换件发生了更多的协调适应。在第12年左右大修，非更换件达到磨合的最佳期。更换合适的易损件，使得更换后的零件适应非更换件，这样磨合周期短，系统稳定。

(2)统计对比火电汽轮机机组各部分结构及子系统所对应的设计可达寿命，并获取其中最短的设计可达寿命T₂：

由于作用环境不同，汽轮机结构件及子系统所遭受的损伤不同。对于承受静强度损伤的非高温结构件，通过限制强度及变形，进而保障结构在服役过程中具有无限寿命。对于承受蠕变、疲劳及应力腐蚀损伤的结构件，需要通过限制结构应力、应变及位移来执行有限寿命设计。对于高温环境下服役的汽缸连接系统，由于连接件的蠕变松弛将影响汽缸的密封性，需要限制连接件的蠕变松弛应力及变形来执行有限密封寿命设计。汽轮机有限寿命包括高温部件的蠕变持久寿命，启停及变负荷导致的疲劳耐久寿命，汽缸连接系统的长期密封寿命，稳态运行过程中的疲劳耐久寿命，及湿蒸汽条件下的应力腐蚀寿命。汽轮机寿命取决于结构及子系统的有限最短寿命(即薄弱寿命)。这些寿命可以通过现有的相应的实验以及推算方法获取。其中，高温环境下服役的转子、汽缸、阀门、叶片、螺栓、密封件所对应的设计可达寿命为蠕变持久寿命，启停、变负荷状态下服役的转子、阀门、汽缸、叶片、螺栓所对应的设计可达寿命为疲劳耐久寿命，湿蒸汽状态下服役的低压转子、汽缸所对应的设计可达寿命为应力腐蚀寿命。高温环境下工作的汽缸，其所对应的设计可达寿命为汽缸密封寿命。

图2为汽轮机部分结构及子系统的功能或性能随时间的变化图。其中，功能包括密封、震动、间隙等限制要求，性能包括襦变、疲劳等限制要求，图中的各结构及子系统分别对应不同的限制要求。各结构及子系统的功能或性能随服役时间的增长而逐步降低，与表示服役时间的横向轴所对应的点所对应的服役时间，也即为结构或子系统的设计可达寿命。对比显示，结构/系统1对应的设计可达寿命为最短寿命。如果汽轮机结构/系统1可达寿命为10年，则机组在第10年年末进行大修是合理的。如果汽轮机结构/系统1设计可达寿命为20年，则机组在第20年末进行大修是合理的。

(3)统计正常工作的火电汽轮机机组的老化速率随服役时间的变化，获取其老化速率达到预定值时的服役时间T₃：

图3、图4为长期运行条件下汽轮机的老化曲线，机组设计寿命为30年。图3为效率损失随服役时间的变化曲线，效率损失＝︱末效率-初效率︱×100％，其维修间隔为6年。图4为热耗率的变化率随服役时间的变化曲线，热耗率的变化率＝(末级热耗率-初始热耗率)/初始热耗率×100％，维修间隔为5年。由图3可知，随着时间的增长，机组效率损失不断增大，表明汽轮机老化不断加剧。经过每次大修后，大修后效率损失相比未大修时有明显降低，这表明大修能改善机组的整体老化状况。由图4可知，经过5年运行，机组性能下降约2％，通过大修可恢复60％。第二个服役周期内，机组的末状态相比初始状态降低约2％，经过第二个大修，老化性能再次恢复60％左右。之后依次进入到第三、四、五个大修周期中。

机组热耗率变化较机组效率变化明显，基于经济性角度考虑，优选地，采用热耗率的增长率来表征间隔周期内的老化情况。一个大修间隔内，机组老化速率升高2％是可以接受的。基于此，可以基于热耗率的增长率小于等于2％来界定大修间隔。例如经过10年服役，机组老化速率约2％，那么此时的大修周期可以定为10年。

(4)比较T₁、T₂、T₃，选择其中的最小值作为火电汽轮机的大修周期：

大修周期的制定关系机组的服役发生故障率、机组的安全可靠性、机组的老化特性。应基于三个寿命长度的对比结果来合理制定汽轮机的大修周期。图5为汽轮机寿命表征图。

T₁：代表机组停运率最低的寿命，表征机组的系统匹配特性。

T₂：代表汽轮机薄弱结构或子系统的可达寿命，表征机组的安全可靠性。

T₃：代表机组老化速率达到2％时的寿命，表征机组的出力特性。

第一种情况：如果T₁<T₂和T₃，则机组的大修周期应按照T₁来制定。即是说，汽轮机磨合匹配寿命为薄弱环节，应根据机组的系统服役匹配特性T₁来确定大修周期。

第二种情况：如果T₂<T₃和T₁，则机组的大修周期应按照T₂来制定。即是说，机组结构的安全可靠性是薄弱环节，应根据机组薄弱结构或子系统的可达寿命T₂来确定大修周期。

第三种情况：如果T₃<T₁和T₂，则机组的大修周期应按照T₃来制定。即是说，机组的出力老化是薄弱环节，应根据机组的老化限制寿命T₃来确定汽轮机大修周期。

由此，本发明的确定火电汽轮机大修周期影响因素的方法为：首先采用上述的确定火电汽轮机大修周期的方法确定火电汽轮机的大修周期，再获取所确定的大修周期所对应的影响因素，即若T₁为火电汽轮机的大修周期，则T₁所对应的影响因素为火电汽轮机机组的系统匹配特性；若T₂为火电汽轮机的大修周期，则T₂所对应的影响因素为火电汽轮机机组结构或子系统的安全可靠性；若T₃为火电汽轮机的大修周期，则T₃所对应的影响因素为火电汽轮机机组的出力老化特性。

在确定好大修周期以及大修周期的影响因素后，便可以针对影响因素改善机组性能以及拓展机组大修周期：

第一种情况，机组系统的运行匹配特性为薄弱环节，应基于机组的运行特性进行完善。

第二种情况，机组的安全可靠性是薄弱环节，应基于机组结构及子系统的设计可达寿命来进行完善。

第三种情况，机组的出力老化是薄弱环节，应基于机组的长期出力效率进行完善。

以下以一具体实施方式对本发明的确定火电汽轮机大修周期及其影响因素的方法进行进一步的描述：

实施例一：以某超超临界汽轮机为例，进行大修周期及其影响因素的科学确定

(1)统计正常工作的火电汽轮机机组的强迫停运率随服役时间的变化，获取强迫停运率为最低时的服役时间T₁：图1代表某超超临界机组的磨合特性，可以看出T₁等于12年。即是说机组在第12年时，故障率最低，系统匹配磨合最好。

(2)统计对比火电汽轮机机组各部分结构及子系统所对应的设计可达寿命，并获取其中最短的设计可达寿命T₂：对汽轮机各部分结构及子系统进行安全及寿命分析，得出汽轮机的各部分结构的蠕变持久寿命、汽缸密封寿命、疲劳耐久寿命、应力腐蚀寿命等都超过12年服役要求。即是说，汽轮机系统结构或子系统最短可达寿命T₂超过12年。

(3)统计正常工作的火电汽轮机机组的老化速率随服役时间的变化，获取其老化速率达到预定值时的服役时间T₃：对汽轮机系统进行老化分析，图6为该机组的热耗率随时间变化的拟合曲线。基于拟合曲线可以推出：第n年热耗率的增长率为＝[(q_n-7264)/7264]×100％。由此推出第12年时的热耗率的增长率低于2％。基于此，可以判定结构的长期出力特性好，表征机组老化性能限制寿命值T₃超过12年。

(4)比较T₁、T₂、T₃，选择其中的最小值作为火电汽轮机的大修周期：经过对比T₁，T₂和T₃，判定属于第一种情况，T₁为最小值，因此，该机组的大修周期应制定为12年。

(5)分析影响汽轮机大修周期的因素：由步骤(4)可以得出，影响大修周期的主导因素为系统的匹配特性。因此，为改善机组性能，需要在机组的系统匹配上进行完善。

综上所述，本发明通过对比火电汽轮机机组强迫停运率为最低时的服役时间、汽轮机结构及子系统的最短设计可达寿命、机组老化速率达到预定值时的服役时间的大小，取其最小值作为大修周期，并结合所确定的大修周期获取其所对应的影响因素。本发明是基于火电汽轮机机组系统的匹配性能、子结构及系统安全可靠性以及机组出力老化性能三个方面，来确定汽轮机的大修周期，操作经济方便、科学有效，实用性强，适用于确定不同类型火电汽轮机的大修周期，能够保证发电及维修的经济性，且基于本方法，可以准确界定影响因素，为改善机组性能并拓展大修周期提供技术完善方向。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种确定火电汽轮机大修周期的方法，其特征在于，所述方法至少包括如下步骤：

(1)统计正常工作的火电汽轮机机组的强迫停运率随服役时间的变化，获取强迫停运率为最低时的服役时间T₁；

(2)统计对比火电汽轮机机组各部分结构及子系统所对应的设计可达寿命，并获取其中最短的设计可达寿命T₂；

(3)统计正常工作的火电汽轮机机组的老化速率随服役时间的变化，获取其老化速率达到预定值时的服役时间T₃；

(4)比较T₁、T₂、T₃，选择其中的最小值作为火电汽轮机的大修周期。

2.根据权利要求1所述的确定火电汽轮机大修周期的方法，其特征在于：所述步骤(2)中火电汽轮机机组各部分结构及子系统包括转子、汽缸、阀门、叶片、螺栓、密封件、汽缸连接系统。

3.根据权利要求2所述的确定火电汽轮机大修周期的方法，其特征在于：高温环境下服役的转子、汽缸、阀门、叶片、螺栓、密封件所对应的设计可达寿命为蠕变持久寿命，高温环境下服役的汽缸连接系统的设计可达寿命为汽缸密封设计寿命，启停、变负荷状态下服役的转子、阀门、汽缸、叶片、螺栓、密封件所对应的设计可达寿命为疲劳耐久寿命，湿蒸汽状态下服役的低压转子、汽缸、叶片所对应的设计可达寿命为应力腐蚀寿命。

4.根据权利要求1所述的确定火电汽轮机大修周期的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的老化速率用热耗率的增长率或效率损失表示。

5.根据权利要求4所述的确定火电汽轮机大修周期的方法，其特征在于：所述步骤(3)中老化速率达到的预定值为2％。

6.一种确定火电汽轮机大修周期影响因素的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)采用如权利要求1至5中任一项所述的确定火电汽轮机大修周期的方法确定火电汽轮机的大修周期；

2)获取步骤1)中所确定的大修周期所对应的影响因素。

7.根据权利要求6所述的确定火电汽轮机大修周期影响因素的方法，其特征在于：所述步骤2)中，若T₁为火电汽轮机的大修周期，则T₁所对应的影响因素为火电汽轮机机组的系统匹配特性。

8.根据权利要求6所述的确定火电汽轮机大修周期影响因素的方法，其特征在于：所述步骤2)中，若T₂为火电汽轮机的大修周期，则T₂所对应的影响因素为火电汽轮机机组结构或系统的安全可靠性。

9.根据权利要求6所述的确定火电汽轮机大修周期影响因素的方法，其特征在于：所述步骤2)中，若T₃为火电汽轮机的大修周期，则T₃所对应的影响因素为火电汽轮机机组的出力老化特性。