工業分布式供能系統可靠性評估

上海市節能協會工業領域分布式供能發展研究課題組

工業分布式供能系統可靠性評估

上海市節能協會工業領域分布式供能發展研究課題組

介紹了分布式供能系統和工業燃氣分布式供能系統可靠性評估指標,并對已投運的分布式供能系統的項目作了可靠性評估,最后提出了加強可靠管理的建議.

分布式供能;可靠性指標;可靠性評估

1 分布式供能系統可靠性評估指標

分布式供能系統(以下簡稱DES)可靠性是指系統在規定的時間內和規定條件下有效地實現規定功能的概率,也可以說是系統按照指令穩定運行的特性,體現了用戶對于系統的滿意程度和對設備供應商及設計施工、調試單位的信任程度.

本市迄今為止的燃氣分布式供能項目多屬于民用型分布式供能(以下簡稱CDES),是以商業或醫療機構為主要服務對象,以調節空氣溫度為主要目標.由于本市處于亞熱帶地區,分布式供能在春秋季的負荷不高,系統容量配置受到很大限制.其所供應的能量占用戶全部能耗量的份額相應較低,一般約為20%,大部分能耗仍以傳統的供能系統供給.所以,即使分布式供能系統停運,可以用傳統供能系統替代,用戶對分布式供能的可靠性表現不很敏感.

工業型分布式供能系統(以下簡稱IDES)與CDES在可靠性要求方面有很大區別.醫藥、造紙、化工、電子、食品等連續生產的工業企業要求連續穩定供應熱負荷.在這種情況下,如果一旦分布式供能系統停用,就可能導致全廠或者大部分生產設備停產.可以說,工業型的分布式供能系統可靠性幾乎等同于其主業設備的可靠性.這是IDES和CDES的主要區別之一.因此,高可靠性成為IDES前提.加強可靠性研究,改善可靠性管理,確保可靠性實施,是推廣IDES一項重要工作.但燃氣IDES供能在我國尚處于起步階段,迄今尚無相關可靠性的資料和管理經驗.本文參照北美有關機構和我國原水利電力部對于電力設備可靠性的規定,根據燃氣IDES供能的特點及現有部分分布式供能項目的實際運行,提出以下幾個性能指標作為IDES系統可靠性評估的主要參考指標.

(1)可用系數(AF):指統計期間的可用時間與日歷時間之比.

(2)運行系數(RH):指統計期間系統實際運行時間和日歷時間之比.

(3)非計劃停運率(UOR):指在計劃檢修以外,設備或者系統出現故障不能維持安全運行而必須停止運行的程度.

(4)強迫停運率(FOR):指設備或者系統一旦出現故障,在6小時內必須停止運行的程度.

(5)平均非計劃停運間隔時間(SH):指分布式供能系統發生非計劃停運的頻繁程度.

以上各個指標從不同角度描述了DES可靠性狀況.為簡化管理,建議以可用系數AF、運行系數RH及非計劃停運次數L、平均非計劃停運間隔時間SH 4個指標作為DES可靠性管理的基本指標.業主有細化管理要求的,可參考上述全部指標進行統計分析.

2 工業燃氣分布式供能系統可靠性評估指標

以全壽命周期研究可靠性管理,設定:全壽命周期為20年;燃氣輪機大修周期為60000h,每次720h,小修周期為半年,每次120h;非計劃停機每年2次,每次48h.內燃機大修周期為30000h,每次為480h;小修周期為半年,每次48小時;非計劃停機每年2次,每次24h.

相應的可靠性性能指標為:

(1)燃氣輪機系統全壽命周期可用率

全壽命大修時間h1=21040h;

全壽命小修時間h2=4742h;

全壽命非計劃停機時間h3=960h;

全壽命期間可用率=0.847.

(2)內燃機系統全壽命周期可用率

全壽命日歷時間h=8760X20=175200h;

全壽命期間大修時間h1=(h/60000)X720= 21024h;

全壽命期間小修時間h2=《(h1-h2)/4380》X 120=4224h;

全壽命期間非計劃停機時間h3=(48X2)X 20=2016h;

全壽命可用率=(h-h1-h2-h3)/h=147936/ 175200=0.844.

3 已運行分布式供能系統的項目可靠性評估

迄2012年底,上海市實際應用的項目共計26個.多為民用型項目,對可靠性管理不很敏感,相關數據積累不多.按照項目可靠性優劣,大致可以分為以下三類,第一類是可靠性良好的項目,系統可用率在95%以上.如市一醫院松江分院項目,投運2年來,系統可用系數達到100%;花園飯店在投運后2年內,可用系數達到90%以上.第二類是近三年來的可用系數約在50%,即有一半時間處于不可用狀態.第三類為基本在不可用狀態,近三年來可用系數低于10%,接近報廢狀態.

上述三類應用項目中可靠性較低下的主要原因有如下幾點:

(1)項目前期負荷預測過大,造成"大馬拉小車",投運不到1年,即停止運行.

(2)項目設計階段設備選型久合理,如主設備只能在90%以上負荷運行,否則會產生有毒尾氣,導致長期停運.

(3)投運后設備缺陷消除不及時,如項目中因2臺設備缺陷未及時消除,導致停運數月.

(4)在簽訂立合同時,與供貨商在售后技術支持、維護和備品供應方面的缺少明確約定,投運后一旦發生問題,雙方責任界限不清,拖延了缺陷的消除,嚴重影響了系統運行可靠性.

對(1)~(3)條是影響可靠性的技術原因,往往因為管理不善而進一步影響系統可靠性.

從上述分析可見,技術性因素是影響系統可靠性根本影響,一旦制造質量、設備選型、系統配置有失誤,要在投產后糾正,往往難度大、耗時長.而目前影響系統可用率的關鍵是管理性原因,比如,有一個項目的主機運往國外作調換性大修,主機返回時在海關受阻長達半年余,以致系統長期停運.另一個項目控制系統故障,因為合同中對售后技術支持沒有明確的條款規定,導致供應商遲遲未派員修復,直接影響了系統的可用率.

4 加強可靠性管理的建議

(1)做好前期基礎工作

DES項目投資額較大,且為技術性強、系統性強的工程,必須按照規定程序嚴格執行.有些項目的失敗,起于前期工作不認真,導致決策失誤.如有一個項目因業主未弄清實際需求,配置的機組容量遠遠大于需求,以致機組只能在遠低于額定負荷下運行,最后只能報廢.

前期工作重重之重是對用戶熱負荷的測算,這對于改造項目來說,相對簡單.對于新建項目,除了理論計算之外,一定要和相似條件的項目進行實證性比較,才能得出比較合理的結論.

(2)合理配置系統是前提

DES是一個復雜系統,系統配置合理與否,是決定可靠性高低的重要因素.為了確保系統的高可靠性,必須在分布式供能和備用應急鍋爐的配置比例上作出合理選擇,才能做到可靠經濟.首先應選擇有實績的設計單位,做到量身定做.其次要注重供應商的選擇,盡可能選擇在本市有派出機構的公司或者在本市的合作伙伴技術力量比較雄厚的公司,一旦發生問題,能夠得到及時圓滿解決.

(3)訂好合同是關鍵

業主和供應商、設計單位及施工單位簽訂的合同,在設備售后的技術支持、維護支持及備品供應等方面應有的明確條款約定,以便在運行中發生問題時有椐可依.現在普遍發生在合同訂立時或者因為上述對策提高并應從項目前期工作到設計施工、調試投運、更新改造,直至最后報廢,作可靠性的全過程管理.環環相扣,缺一不可,沒有全過程管理,就沒有高可靠性.

Industrial Distributed Power System Reliability Evaluation

It introduces distributed energy supply system and industrial gas distributed energy supply system reliability index.It has been put into operation in distributed energy supply system project.It puts forward suggestions about strengthening reliable management.

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