電廠鍋爐的運行與維護

李政梟

（呼和浩特科林熱電有限公司 內蒙古 呼和浩特 010000）

1 引言

一般來說鍋爐管道的最危險點集中在鍋爐管道的彎頭，因此彎頭也決定了鍋爐管道的壽命。在可容忍可靠度下主蒸汽鍋爐管道的壽命可靠度受到其可靠壽命力的大小的影響，如圖1所示。對于計算主蒸汽鍋爐管道材料持久強度的傳統等溫線外推法，安全系數的微小的變化會導致運行壽命預測的變化，所以選取安全系數至關重要。但是由于運行的環境不同，對于安全系數和鍋爐管道壽命的的預估無法統一，因此需要深入分析研究。

圖1 最大應力圖

圖2 安全系數分布

由圖2可以看出當使用壽命小于10萬時，可靠度R大于0.99；當使用壽命大于10萬并逐漸增加，可靠度R在0.99之下迅速下降，可以從其變化程度來分析安全系數n的變化。實驗結果表明，當繼續運行在8萬小時之內，無論n取任何值，其可靠度都是大于0.99，此時其安全的運行的可靠度處于非常高的狀態。而當時間大于1萬小時，那么n為1.7時可靠度是0.9999，n為1.71時可靠度為0.9870，n為1.72時可靠度僅為0.91，此時的可靠性已經處于非常低的水平，應用可靠度的評價方法比傳統等溫線外推法有更加良好的穩定性，因為在其安全系數的選則上更加不受限制。

2 應力的分散特性對鍋爐壽命可靠度的影響

應力的波動性也會對主蒸汽鍋爐管道的壽命可靠性產生影響，圖3所示。假設應力偏差小于或等于2.98，壽命10萬小時的可靠度可達0.999；假設應力偏差為3.98，壽命10萬小時的可靠度下降為0.98；而當應力偏差為4.98時，壽命10萬小時的可靠度下降到0.96。

由此可見，當應力偏差為2.98時的可靠度為最大值，當應力偏差為4.98時的可靠度則最低，這說明了應力偏差與可靠性的反向相關關系。通過比較可以得出，應力的波動特性對主蒸汽鍋爐管道壽命可靠度的影響比較大。當應力波動性較小時，同一壽命下的可靠度就較高。

圖3 應力偏差分布

圖4 壽命可靠度評估結果

3 主蒸汽壓力對于壽命的可靠度影響的分析

首先假設壓力均值為9.51MPa，并假設其它相關聯參數的統計分布特性保持不變，那么我們分別選取±15%、±10%和±5%的壓力波動范圍做鍋爐管道壽命的可靠性分析。計算如圖4所示，當壓力波動范圍ΔP處于±5%的數值內，彎頭的壽命可達17萬小時，當壓力波動范圍ΔP處于±10%時，彎頭的壽命下降為10萬小時，當壓力的波動范圍ΔP達到±15%的范圍時，此時的彎頭的壽命已經下降到了96729小時。

圖5代表了可靠度與壓力波動范圍的反向相關關系，當壓力的波動范圍逐漸增加，鍋爐管道的壽命可靠度逐漸下降。因此，在波動幅度不相同，但是時間均值相同，并且主蒸汽壓力一定的情況下，主蒸汽鍋爐管道的運行壽命可靠度是不相同的。由此可以看到，保持主蒸汽參數的穩定性有利于主蒸汽鍋爐管道的可靠運行。

圖5 彎頭105小時壽命可靠度隨壓力波動范圍的變化關系

圖6 壽命可靠性計算結果

4 壁厚比的統計分布特性對壽命可靠度的影響

在設定壁厚比分散度的數值為7%，其它參數統計分布特性不變的條件下，分別選取不同的直管和外弧壁厚做主蒸汽鍋爐管道彎頭的壽命可靠性預算。由圖6可以看出，壁厚比與彎頭的壽命的可靠度存在反向相關關系。假設可容忍可靠度為0.99，則壁厚比均值為24/26時彎頭壽命可靠度為99681小時，壁厚比均值為24.5/25.4時彎頭壽命可靠度為85864小時，壁厚比均值為25/25時彎頭壽命可靠度為70132小時。圖7所示為105小時壽命可靠度隨不圓度均值的變化關系。因此，為了保證鍋爐管道的可靠運行，我們應當減小鍋爐管道彎頭加工過程中造成的壁厚不均。

圖7 105小時壽命可靠度隨不圓度均值的變化關系

5 結語

通過對應力的隨機特性，以及不同安全系數條件下壓力偏差、不圓度及壁厚比等數據變化對壽命可靠度的影響進行分析，從而對主蒸汽鍋爐管道的運行壽命做出合理的判斷。

通過不同的安全系數條件下的壽命可靠度分析，應力的分散特性對壽命可靠度的影響說明了應力偏差與可靠性的反向相關關系，得出應力的波動特性對主蒸汽鍋爐管道壽命可靠度的影響比較大。

通過對主蒸汽壓力對壽命可靠度影響的分析，得出可靠度與壓力波動范圍的反向關系，當壓力的波動范圍逐漸增加鍋爐管道的壽命可靠度逐漸下降。通過對不圓度的統計分布特性對壽命可靠度的影響，得出隨著不圓度的增加鍋爐管道壽命可靠度減小。

通過壁厚比的統計分布特性對壽命可靠度的影響表明，壁厚比與彎頭的壽命的可靠度存在反向關系。因此為了保證鍋爐管道的可靠運行我們應當減小鍋爐管道彎頭加工過程中造成的壁厚不均。

通過以上計算方法，再結合實際生產環境當中的其他變量和風險，可以通過計算得出構件的可靠度，監測鍋爐管道安全運行狀態，這對于利用可靠度來管理構件的安全運行狀態，促進安全生產是非常必要的。

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