基于故障树的锅炉汽包可靠性分析

中 图分 类 号
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汽包 是 自然循 环 锅 炉 中最 重要 的受 压 元 件 。
其工况 复杂苛刻 ， 在 长时间 的运行 中容 易产生 缺陷
垢接 触 的表 面上 产 生 较 大应 力 ， 当应 力 超 过 钢 板 的强度极 限时发生 开 裂导致 过热 鼓包 。若 材料 内 部存 在粗 大 的夹 杂 物 ， 这 些 夹 杂 物也 就 相 当于 金 属 内部 的锐 角 ， 会 导致 应力 集 中 ， 使其 在 变形过 程
中成为裂 纹 源 ， 并 在外 力 的持续 作用 下 ， 进 一 步扩
展， 最终 导致 开裂 。
ｂ ．腐蚀 断 裂 ， 汽 包 的 内 壁 由于 长 期 受 到 炉 水 的浸 渍 ， 在水 中氧 的去极 化作 用下 ， 在 管 内的钝 化膜破 裂 处发 生氧腐 蚀 ； 从 制 造到 安装 、 运行 都有 可能发 生 氧腐蚀 。应 力集 中区域会 促使 点蚀 的产 生， 受 到热 冲击 时 ， 会 使 内壁 中性 区域 产生疲 劳 裂 纹， 在停 炉 时存 在积 水也会 产 生 内壁腐 蚀 。 Ｃ ．低 周疲 劳 断裂 ， 低周 疲劳 损伤 是汽 包 的主 要失效 形 式之 一 。 调 峰机 组 启 停 频 繁 ， 经 常 处 于急 剧 的变 负荷 工 况 ， 造 成 疲 劳 裂 纹 的 产生 。这 些疲 劳裂 纹容 易在 给水 管孔 、 下 降管孔 处 产生 ， 且
型复杂 系统 的安 全性 和可 靠性 的有 效工 具 。该方 法 已在 核能 、 航 空航 天及 石 油 化 工 等 领 域得 到 广 泛 的应用 。故 障树分 析是 从分 析 失效 因果关 系 中
的运行 ， 汽包 底部 沉积 大量 垢渣 ， 锅垢 与钢 板 的膨
胀系 数 不 同 ，在 加 热 和 冷却 时 ， 汽 包 的钢 板 与 锅
行 管理等 多个 环 节 来保 证 的 ， 任 何 一 个 环 节 失 控 都 会导致 其 寿命 降低甚 至失 效 。其失 效形 式主 要
分 为 以下 ３种 ： ａ ．鼓 包 变 形 开 裂 ， 由于 水 质 不 良和 长 时 问
２ ． １ 故 障树 的建立
故 障树 分析法 （ Ｆ ａ ｕ ｌ ｔ Ｔ ｒ ｅ ｅ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ） 是 分析 大
全面而 又快捷的分析汽 包的可靠性 ， 作者 引用 了故 障树分析方法 ， 利用其直 观明 了 ， 思 路清 晰 ， 逻辑 性 强， 可 以做定 性分析也 可以做定量分 析 的特点来 对
汽包 的可靠 性进行分析 。 １ 汽 包的 失效模 式 分析 汽包 的可靠性 是通 过设 计 、 制造、 安装 以及运
与最 大应 力方 向垂 直 ， 在纵焊 缝 ， 环焊 缝 和人孔 焊 缝 处也 可能 产 生 。汽 包 局 部 区域 的应 力 集 中 ， 焊 接 的缺 陷和裂 纹往 往是 低周 疲 劳裂纹 的 源点 。
２ 汽 包 的 失 效 故 障 树 分 析
可靠 性 ， 但此方 法 缺乏对 汽 包 整体 的 全面 考 虑 ； 晏
甚至失 效 ， 这会 导致 锅炉 发 生故 障 ， 从 而 造成 巨大
的损 失 ， 国内、 外 众多 学者 就 维护 汽 包安 全运 行 和
可靠 性分析展开 了大量 的研 究 。Ｂ ｅ ｌ ｙ ａ ｋ ｏ ｖ Ｉ Ｉ 等 根据 现场经验 和计 算分 析 找 出了汽 包 内部 部件 损 坏的原 因 ， 并提 出了相应 的方 法来提高 汽包运 行 的
思聪等 提 出一 种 概率疲 劳断裂 失 效分 析 的新方 法， 该 疲劳可靠性 分析模 型所 预测 的结 果 比较 理想 且精度很高 ， 但 同时也需要初 始疲 劳质量 。而其他 方法 ， 例如 Ｉ ｃ法 、 一次 二矩阵法 和蒙特 卡罗分 析法
均需要大量 的数据为支撑 。针对 以上 问题 ， 为 了
裂 。同样 ， 以 汽包失 效 的 ３个原 因作为 中间事 件 ， 用 类 似方 法继 续 深入 分 析 ， 找 出 中间 事 件 发生 的 原 因 。依次 类 推 ， 直 至分 解 到代 表 各 种 故 障形 式 的基 本 事 件 为 止 。 图 １为 建 立 的 汽 包 失 效 故 障
｝ 田 乾 ， 男， １ ９ ８ ６年 １ ２月 生 ， 硕 士 研 究 生 。北 京 市 ， １ ０ ０ ０ ２ ９ 。
第４ ０卷
第 ２期
化
工
机
械
１ ６ ７
的“ 顶部” 开始 直 到 “ 底部 ” 事件 ， 从果 到因、 自上
而下进 行 分析 。通 过故 障树 分析 可确 定 系统 的薄 弱 环节 。故 障树 的结 构 函数 可用 最小 割集 进行 有 效 描述 ，其结 构 函数一 般分 为 或 门和 与 门事故 树
通 过 求 出故 障树 的各 阶 最 小割 集 以及 各 个基 本 事件 的 概 率 重要 度 ，确 定 汽 包 主要 的 失 效 影 响 因 素 ，并
提 出相 应 的 解 决措 施 。
关键 词
锅 炉 汽 包 故 障树
Ｔ Ｑ ０ ５ ４
可靠性
最小割集
Ａ
概 率 重 要 度
文章编号 ０ ２ ５ ４ － ６ ０ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ １ ６ ６ － ０ ５
结 构 函数 。在 对 汽包 进 行 故 障 树 分 析 时 ， 选 取 “ 汽包 的失 效 ” 为顶事 件 ， 引起 波 纹 管失 效 的最 直
１ ６ ６ 于故 障树 的锅 炉 汽 包 可 靠 性分 析
田 乾 陈 平 石 莹 徐 雪倩
（ 北 京化 工大 学 机 电工 程 学 院 Ｃ Ａ Ｅ研 究 中 心 ）
摘
要
对 可 能 引起 汽 包 失效 的各 个 因 素 进 行 了 系统 的 分 析 ，建 立 了 以 汽 包失 效 为 顶 事 件 的 故 障 树 。