火电厂实施状态检修的意义与方法
火电厂实施状态检修的意义与方法
Sign if icance andM ethod of CBM P ro ject in Fo il2fuel Pow er p lan t 华北电力科学研究院有限责任公司(北京100045)
赵振宁 郑浦水 徐元载
摘 要: 状态检修由于是根据设备工作过程中的劣化程度决定其是否进行检修, 因此能最大程度地避免设备的过修和欠修, 可将机组的运行可靠性提到最大。概述了当前我国火力发电厂实施状态检修的方法及意义。状态检修以其最少量的检修工作, 最少的检修费用, 以监测工作代替大部分的检修工作, 减少停机损失, 而具有相当大的推广应用价值。 关键词: 状态检修; 检修策略; 检修方式 中图分类号: TM 62317 文献标识码:B 文章编号: 100329171 (2003) 0320046204
随着我国火力发电厂单机容量的扩大, 机组自动化水平的提高, 设备检修维护任务越来越重,费用也越来越高, 但我国目前还是采用固定周期的大修制度。这种制度存在两个严重的问题: 一,很多设备都存在过修或失修的维修不当问题; 二,很多设备由于是集中修理, 设备初期高故障率累加, 导致整个设备大修后故障率不降反升。这些问题造成巨大的资源浪费, 并给安全生产带来了隐患。由于状态检修能有效地克服这种弊端, 提高设备的安全性和可用性, 所以火力发电厂实施设备状态检修的要求越来越强烈。
图1 过修与欠修示意图
但是目前很多人(包括企业高级管理人员) 对状态检修工作存在以下几个方面的误区: 首先是状态检修取代计划检修后, 没有大修会使机组的安全性下降; 其次是状态检修会在机组用电需求非常大的时候提出检修要求, 从而使得电网调度能力下降; 第三是状态检修会增加大量的设备, 增加人力物力, 增加电厂的支出, 增加成本。这些误区导致状态检修的研究、推广工作进展缓慢。
这些误区均源于对“状态检修方式”与“状态检修体制”的误解。为了正确理解状态检修, 本文结合自己多年的研究经验, 借助“状态检修方式”与“状态检修体制”的概念, 说明状态检修工作的含义及其工作内容、方法、组织等各个方面的内容, 希望借此推动我国状态检修工作的开展, 提高我国电力企业管理的技术水平, 最终形成符合实际检修要求的管理体制, 提高火电厂检修、运行的基础管理水平。
1 状态检修内容 1.1 状态检修方式
状态检修方式( Condit ion2BasedM ain tenance, 下称CBM ) 是根据设备工作过程中的劣化程度决定是否对其进行适当的检修的一种检修方式, 与定期检修、事故检修处于平等的地位。在进行检修前要利用状态监视和诊断技术提供的设备状态信息, 判断设备的异常情况, 预知设备的故障, 在故障发生前进行检修, 即根据设备的健康状态来安排检修计划, 实施设备检修。
由于状态检修方式的基础是对设备进行状态监测, 基本上是“以测代修”, 最大程度地避免了过修与欠修, 可以把机组的可靠性提高到最大, 并把因修理带来的损失降低到最小的程度。不考虑状态监测的成本, 这种方式应该说是最完善的检修方式。
如果所有的设备都采用这种检修方式, 就可能会使大修方式完全消失, 从而引起前文所述的各种各样的不必要的担忧。实际上, 状态检修这个词在传入我国后, 已经不完全是CBM 的简单的意义, 而是赋于它更广泛的含义, 使其渐渐演变成一种体制。 1.2 状态检修体制
虽然状态检修方式是最完善的检修方式, 但并不是所有的设备都适合采用状态检修的方式。原因如下: 首先并不是所有设备的故障都可以通过状态检测来获得, 有很多的设备故障根本没有合适的检测手段, 也没有合适的表征数据来描述其故障特征, 只能看到异常情况的产生; 其次有很多设备故障发展的速度很快, 即使能够通过状态检测及时得到设备的故障兆头, 也没有充分的时间进行检修, 对于这样的设备, 很显然, 对其进行状态监测是没有任何意义的, 只能是增加了工作量, 却不能降低故障水平。此外, 还有很多设备寿命周期非常明显, 采用定期维修方式可能会更为合适, 只要在其寿命到来之前把它更换掉或是修复好即可。
不同的运行设备应当采用不同的检修方式, 只有根据具体情况, 系统地对各个不同的设备进行分析, 根据其使用环境、重要性、可控制性和可维修性, 科学合理地选择适用于该设备的检修方式, 才能有效地防止故障的产生或扩大。所以, 实施状态检修方案的第一步就是要进行上述分析, 确定出电厂中各个设备的检修方式, 形成故障检修、定期检修、状态检修为一体的、优化的检修策略。
与制定检修策略相关的工作还包括下列内容: 对于适合定期检修的设备来说, 要根据运行的经验或试验确定合适的设备寿命, 提高定期检修周期的准确性, 使检修周期最大程度地接近故障率升高的地点, 避免过修与欠修, 同时避免过于集中的修理引起的高故障率的积累效应; 对于适合状态检修的设备进行状态监测, 要确定表征故障的监测数据, 故障出现的规律及现象, 相互之间的关联性以及如何监测这些数据等等; 对于只能进行事故检修的设备, 要想好应对方法; 对于各种检修或是监测, 要参考生产流程, 从需要那些人去
做, 需要什么工具, 备品放在什么地方, 修理会引起多少成本, 历史上发生过何种事故, 进行过何种修理, 效果如何等方面的内容找出现有的检修工作的不足, 及时进行修订。所有的这些内容, 综合起来就形成了实用的标准化检修方法集合。
火力发电厂实施状态检修应该完成以下三个方面的准备工作: (1) 针对各种具体的设备确定其最适合的检修方式(检修策略制定) ; (2) 确定检修与监测计划安排及监测数据的管理与使用策略(检修工艺的流程化、标准化) ; (3) 根据前二点内容有效、经济地开展检修工作(包括在生产活动中)。
随着生产活动环境(包括政策、技术等方面)的变化, 人们对于设备的要求也在变化, 因此相应的检修要求也必须变化, 检修策略、检修工艺也应做相应的调整。这样, 检修活动不再是一个静态的过程, 而是一个活动的过程(L iving P rogram )。整个过程可用图2 框图表示。
图2 状态检修工作
上述所有的这些工作加在一起, 可以理解为广义的设备状态检修工作。与状态检修方式相比,状态检修工作应当是一项系统工程, 所以我们可以称为“状态检修项目”, 我们说实施状态检修, 实际上指的是广义的状态检修, 而采用状态检修的方式, 则是指狭义的状态检修。 2 检修策略的决定方法
由本文第一节中可以看出, 在整个状态检修实施的过程中, 检修策略的决定是非常重要的, 它是一切工作的基础。通过Benchmark ing (基准对比法)和RCM (以可靠性为中心的检修) 分析法对目前检修策略进行评估, 可以很方便地完成这个任务。
Benchmark ing 比较简单, 该法主要采用与同类企业、竞争对手相比较的方式, 找出差距, 明确改进目标, 其评估范围涵盖企业经营管理到具体应用技术的各个方面, 也可仅对电厂实施设备状态检修相关的检修管理和设备监测技术应用进行评估, 评估结果用于指导电厂检修管理体制的改进及先进技术的应用。由于它运作起来比较快, 所以得到很多企业的青睐。
RCM (以可靠性为中心的检修) 是一种科学地选择设备检修方式的分析方法。它在考证设备的“技术状态”的同时还考虑“可靠性”, 并基于这两个方面, 通过审计与成本有关的、提高或是降低可靠性水平的不同方案来确定最佳的检修策略,从而实现最大限度维持设备可靠性并优化检修资源[1 ]。RCM 采用FM EA (Failu reMode and EffectA nalysis, 故障模式影响分析法) 找到根本原因,再根据其故障类型和对生产影响的严重程序来设计每一个设备每一种故障的检修方式, 从而达到防止这种故障产生的目的。采用这种方法, 几乎可以找到影响生产活动的全部因素, 但同时也要耗费大量的时间。此外, RCM 的分析过程比较复杂, 参与工作的人员较多, 所以只有在高风险领域(如航空领域) 内, 才会对所有的设备进行RCM分析, 在其它领域内, 如化工、汽车、采矿等连续性生产的活动中, 只有非常重要的系统才采用RCM来改造已有的检修制度。
为了减少RCM 的缺点, 加快RCM 的分析过程, 有很多的研究组织对其进行了简化, 发展出了很多的相关技术, 典型的是美国电力科学研究院(EPR I) 拥有的SRCM (St ream lined RCM ) 技术,它根据电力系统的特殊性, 对于电厂的通用设备开发了40 多个模板, 使得RCM 分析速度大大加快, 并在美国的150 多家电厂进行了应用。我国这方面的研究起步较晚, 但是进行很快, 经过两年多的努力, 目前由华北电力科学研究院有限责任公司主持的状态检修研究项目已经把这种技术发展成为CRCM (Ch inese RCM ) , 电厂的通用设备模板多达100 多个。
通过检修策略的评估过程, 可以完成两个方面的工作: (1) 把很多适合采用状态检修方式的设备由定期检修转化为状态检修; (2) 采用定期检修的设备检修周期审定工作。根据各个设备的具体检修要求和实际的可能性具体排出每天的监测任务和检修内容, 按照这个日程表进行检修, 可以使得很多小的问题在平时就得到解决, 机组不会因为这些小毛病而导致非停或损坏设备, 一直保持良好的健康状态, 使大修仅仅是修理主设备, 从而达到延长大修周期, 降低检修所占用的时间, 大大降低检修成本的目的。 3 状态监测的手段及监测频度
由于状态检修基本上是采用状态监测的方法来代替无用的定期检修, 采用何种状态监测手段及如何确定监测频度的问题就摆在我们的面前。一般设备故障发生时都遵循图3 所示的规律, 即故障从开始萌生到发生故障之间有一定的时间。如果这个时间足够的长, 就会有一个P 点, 即故障的发现点, 这时设备虽然还可以运行, 但经过一个P—F 间隔的时间, 就到了F 点, 即设备的出故障点, 采用状态检修的目的就是要在这段时间内可以对其进行检修处理, 使设备能够持续运行。如果没有足够长的P—F 时间间隔, 即故障出现的
非常快, 根本不可以发现, 即使能够检查出故障来, 也只能眼看着它出现故障, 而来不及采取任何的措施, 这种情况就不适合采用状态检修。
图3 P—F 间隔
P—F 间隔基本上是由于设备本身及生产活动的属性决定的。通常如果一个设备的P—F 间隔不够长, 采用某种先进的监测设备, 虽然可以把故障发现点由P 点提前到P′点, 也难以创造出足够长的P—F 间隔来。对于大部分适用于状态检修的设备来说, 很多故障的P—F 时间间隔相当的长, 依靠发电厂中常用的监测技术(如: 振动监测、油液分析、红外热成像、电动机状态监测、超声波检漏) , 常规的性能检测试验手段(如: 数据采集系统DA S 的数据、运行分析、运行巡检、点检结果) 等现有资源就可以找出其设备故障发现点P,从而采取一定的措施防止其产生。所以状态检修并不一定要增加很多的设备。
检测的频度不应大于设备故障的P—F 间隔的一半, 否则监测工作就不能捕获全部的故障。开始时检测频度可稍高些, 积累一定经验后再逐步调整。在运行过程中, 还应根据设备的具体情况调整检测周期, 出现故障征兆但又暂时无法停机检修的设备, 应加强监测。 4 状态检修管理
发电厂是实施设备状态检修的主体, 建议其组织机构分为三个层次: 决策层、专业层和操作层。决策层是电厂实施设备状态检修的决策机构,应由厂级领导及有关部门负责人组成, 其主要职责是, 领导状态检修工作, 审核与审批评估分析小组提交的优化了的检修策略; 专业层是研究设备检修策略的专门工作小组, 其主要职责是采用一定评估手段, 确定适合本厂的优化的检修策略, 包括确定各个设备采用的检修方式、制定或修订相关管理制度和工作流程, 选择配备必要的监测设备及软件等等; 操作层包括负责设备的管理人员
和设备状态信息的采集人员, 其主要职责是按规定完成所辖设备的检查、测试和数据采集, 进行设备异常分析、趋势分析和设备性能评估, 并提交设备状态报告和初步的检修建议。
在检修策略的评估与修订过程中, 无论采取何种方法, 无论是RCM、CRCM、SRCM 还是Benchmark ing, 它都是一项非常严谨的系统工程。由于我们一直习惯于“兵来将挡, 水来土淹”式的工作方式, 在电厂出现了问题时, 对其进行原因分析, 而执行这样的工程时, 往往要大家预设可能出现的种种问题, 并据此设计对策, 与大家的思路完全不同, 所以在这样的工作环境下, 良好的组织形式非常重要, 高层领导的参加与肯定是非常重要的, 国外的很多经验表明, 如果高层领导只充当“啦啦队”, 很可能会造成这样的项目流于形式。
在这个检修策略的执行过程中, 对检修的管理也是非常重要的。检修(包括监测) 必须是高效的,有针对性的, 否则再优秀的检修策略也难以发挥其效力。检修管理包括检修工艺的管理及表征设备健康状态数据的管理, 可以采用手工的方法来做, 但最好采用计算机技术来完成。现在很多电厂都安装了计算机检修管理系统(即CMM S, 目前大多数更名为EAM , 企业资产管理系统) , 基本上实现了检修工作的计算机管理, 但设备健康状态数据的管理目前还没有很好的软件。计算机检修管理系统把检修工作纳入了企业以成本为中心的管理工作中,使整个检修工作变得非常标准化, 流程透明, 可以很大程度地提高检修工作的效率。
这些工作很难一下子全部完成, 可以先做其中的某一部分, 然后由点到面, 全面推广。目前很多电力公司已经开始实行“点检”制, 以加强设备工作状态的监测, 在保证设备安全等方面起到了很大的作用。但是那些设备应该监测, 监测的频度, 监测的手段是否合适等问题并没有经过科学的决策, 所以有可能有些工作很不重要却要反复进行, 而有些工作很重要却遗漏了, 如果能在科学决策的检修策略上进行“点检”制, 那将会起到事半功倍的效果。 5 结论
(1) 电厂实施设备状态检修的目的并非教条的用状态检修方式代替目前的大修制度, 而是根据具体的情况, 运用科学的决策手段, 通过对设备的科学评估与研究决定对每一种设备采用的最合适的检修方式。
( 2) 对于采用了状态检修的设备来说, 由于大部分的检修工作变为监测工作, 减少了由于检修而造成的停机损失, 效果非常显著。
(3) 对于定期检修的设备, 优化以后的检修周期是符合运行实际的, 可以最大程度地使检修周期接近其生命周期, 最大程度地避免过修与欠修。
(4) 原来必须在大修期间进行的维修项目可以在中小修期间、正常停机期间及备件切换期间进行修理, 这样可以避免集中修理引起的初期高故障率叠加效应。
(5) 很多的设备监测工作可以通过常规监测手段完成, 不一定要增加很多的设备。
综上所述, 实施状态检修更加符合设备本身的特点及持续运行的要求, 可以用最少量的检修工作, 花最少检修费用, 保持并提高机组的可靠性, 可用率, 节约大量的检修费用, 最大程度地提高电力公司的竞争力, 其推广意义巨大。
