電站壓力容器技術(shù)發(fā)展及研究現(xiàn)狀

摘要：文章從電站壓力容器用鋼、焊接工藝、安全附件、安全評定技術(shù)等方面，介紹了電站壓力容器技術(shù)現(xiàn)狀和存在的問題，同時分析了正在應(yīng)用推廣的新技術(shù)發(fā)展趨勢，包括表面無損監(jiān)測、超聲仿真技術(shù)、信息化管理等新技術(shù)新方法，有效提高了電站壓力容器的工作效率，加強了安全保障。

關(guān)鍵詞：電站；壓力容器；現(xiàn)狀；發(fā)展

中圖分類號：TH49文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2012）05-0093-02

電站壓力容器屬特種設(shè)備，有專門的法規(guī)進行管理，如美國、日本，都制定了自己的法規(guī)，從設(shè)計、制造、安裝方面都有規(guī)可循，同時對在役電站壓力容器實行定期檢驗，這主要是由在役電站壓力容器的工作特點決定的。

1發(fā)展現(xiàn)狀和常見問題

電站壓力容器常處于高溫、高壓或二者皆有狀態(tài)，如果一旦發(fā)生爆炸，后果不堪設(shè)想。在我國鍋爐壓力容器的管理有國家技術(shù)監(jiān)督局，而電力系統(tǒng)比較特殊，全國主要均是自己管，全局來講，省局由安監(jiān)處管理，各廠均設(shè)壓力容器專責人員。依據(jù)《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》進行管理，按照《電力工業(yè)鍋爐壓力容器檢驗規(guī)程》進行檢驗。檢驗分為；制造質(zhì)量檢驗、安裝質(zhì)量檢驗、和在役定期檢驗。

根據(jù)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》、《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》及DL612-1996《電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》的要求，火力發(fā)電廠壓力容器必須進行定期檢驗。在DL647-2004《電站鍋爐壓力容器檢驗規(guī)程》中把壓力容器定期檢驗分為外部檢驗、內(nèi)外部檢驗和超壓水壓試驗；而TSGR7001-2004《壓力容器定期檢驗規(guī)則》中把壓力容器檢驗分為年度檢查和定期檢驗，其中定期檢驗包括全面檢驗和耐壓試驗。

目前，制造質(zhì)量檢驗和安裝質(zhì)量檢驗基本是由施工單位完成，一部分制造質(zhì)量檢驗由鍋檢中心完成，在役電站壓力容器的定期檢驗。在役壓力容器檢驗分為：外部檢驗、內(nèi)部檢驗、超水壓試驗。外部檢驗每年至少檢查一次，主要由各電廠完成。內(nèi)外部檢驗結(jié)合機組大修進行， 間隔為；安全等級為1～2級的，每2個大修間隔進行一次；安全等級為3～4 級的，結(jié)合每次大修進行一次，主要由鍋檢中心完成。超水壓試驗每3個大修間隔進行一次，且每10年至少進行一次，由各電廠完成。每次內(nèi)外部檢驗完成后，都將給每臺壓力容器評定一個安全等級并有下次檢驗周期。安全等級共分為5級，1級表示鍋爐壓力容器處于最佳安全狀態(tài)，2級表示鍋爐壓力容器處于良好狀態(tài)，3級表示鍋爐壓力容器安全狀況一般，4級表示鍋爐壓力容器處于限制條件下監(jiān)督運行狀態(tài)，5級表示鍋爐壓力容器停止使用或報廢。

1.1壓力容器用鋼

在火電和核電站中，壓力容器所使用的鋼材都是安全保證的基礎(chǔ)。以核電為例，目前，世界上運行和在建的核電站多是壓水堆，其核島中主要壓力容器（包括反應(yīng)堆壓力容器、蒸發(fā)器和穩(wěn)壓器）殼體所用材料基本上統(tǒng)一為大厚度的Mn-Mo-Ni系調(diào)質(zhì)鋼(如美國ASME規(guī)范中的SA533B 1或SA533B 2級鋼，法國RCC-M標準中16MND5、18MND5等)。

2005年3月， 寶鋼股份公司5 m 厚板軋機投產(chǎn)，為寶鋼產(chǎn)品由薄板向厚板方向發(fā)展提供了硬件保證；軋制最大板寬可達到5 m，成為國內(nèi)當時首臺投產(chǎn)的板幅最寬厚板產(chǎn)線；同年7月， 配套的熱處理產(chǎn)線投產(chǎn)，加速了寶鋼熱處理厚板鋼種（鍋爐、容器、電力（尤其是核電)等用厚鋼板）試制和批量生產(chǎn)。

①核電站容器用鋼。寶鋼已開發(fā)包括20HR、SA516Gr70、16MnHR、SA738B、SA533B（16MNDS、18MNDS）以及12CZrMolR等鋼板，分別用于國內(nèi)二代加、第三代和第四代核電站容器和堆內(nèi)構(gòu)件的建造。

②火電工程結(jié)構(gòu)用鋼。寶鋼開發(fā)和生產(chǎn)了電站鍋爐用碳鋼和低合金鋼、Cr-MO鋼為主要的結(jié)構(gòu)耐熱鋼，工業(yè)試制成功了厚度135 mm鍋爐汽包用13 MnNIMoR鋼板。

1.2焊接工藝常見問題

電站壓力容器運行期間受高溫、高壓、高低溫疲勞載荷作用，安全性能要求極高，歷來是壓力容器制造中的重點與難點。一般說來，裂紋是造成壓力容器失效的重要因素之一，是設(shè)備失效的重要隱患。

對于不銹鋼材料與低合金高強鋼材料異種金屬焊接，主要會產(chǎn)生如下缺點：焊縫材料受到母材低合金鋼高強鋼的稀釋，成分和組織會有很大差異；脆性過渡層產(chǎn)生；C的擴散遷移；焊接應(yīng)力大；焊后熱處理溫度處于不銹鋼敏化區(qū)間，易受敏化等；殘余應(yīng)力。

針對以上問題，對結(jié)構(gòu)、焊材、焊接過程、檢驗工藝等方面進行嚴格控制，可以有效緩解和解決所列問題。

1.3安全附件常見問題

由于安全附件的某些性能只有在運行狀態(tài)下才能判斷，因此，對安全附件的檢驗是壓力容器年度檢查的重要組成部分。火力發(fā)電廠壓力容器的安全附件主要有壓力表、安全閥、液位計及溫度表等。

①壓力表。壓力表是壓力容器最基本的壓力測量工具， 應(yīng)該充分認識到它的重要性， 在壓力容器上安裝就地壓力表，并且定期進行就地壓力表與遠傳壓力測量裝置的核對。經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的問題有：無校驗標志，或超過有效期；無鉛封或鉛封損壞；無最高工作壓力紅線；量程或精度不能滿足要求；表盤直徑太小，不便于觀察；表盤玻璃破裂，刻度模糊不清，或太臟；進水；指針松動、扭曲、斷裂；外殼腐蝕；讀數(shù)和壓力測量裝置讀數(shù)不一致；介質(zhì)為水蒸氣的壓力表引出管上沒有存水彎管；壓力表與容器之間無截止閥；安裝不合理；沒有采用國際單位MPa表。

②安全閥。安全閥常見問題有：選型錯誤；沒有進行校驗，無校驗標志，或超過有效期；校驗時整定壓力錯誤；鉛封損壞或不全；泄漏；安裝方向錯誤，沒有鉛直安裝；沒有手柄，沒有定期進行放汽試驗；無銘牌，或不清楚；排氣管沒有引到安全的地方。

③液位計。液位計常見問題有：沒有定期檢修；指示模糊不清；選型錯誤；就地液位計和遠傳的讀數(shù)不一致；玻璃板（管）有裂紋、破碎；水位指示錯誤；沒有標注高低限位紅線或標記；排水管堵死，或沒有放水閥門；排水管未接到安全的地方；安裝位置不合理，不便于觀察。

④溫度表。溫度表常見問題：沒有校驗，無校驗標志，或超過校驗期；玻璃破損，或模糊不清，或損壞；選型錯誤；量程選擇錯誤；沒有標注最高工作溫度紅線；安裝不合理，不便于觀察。

1.4電站壓力容器安全評定技術(shù)

針對電站壓力容器，使用合理的評定技術(shù)對其進行缺陷安全性評定，主要步驟如下：選擇缺陷評定標準，掌握評定的方法根據(jù)相關(guān)試驗標準測試母材及焊縫拉伸性能和斷裂韌性參數(shù)使用數(shù)值模擬的方法對含缺陷的電站壓力容器進行應(yīng)力參量分析，得出缺陷所在部位的應(yīng)力分布狀況編制缺陷安全評定專家系統(tǒng)，并對缺陷進行安全評定，得出相應(yīng)的結(jié)論。開展電站含缺陷壓力容器安全評定工作，確定壓力容器能否安全使用，對電廠的安全運行具有重要意義。

2技術(shù)發(fā)展

①表面無損監(jiān)測。壓力容器在制造時為保證焊接質(zhì)量進行無損探傷時，均是采用射線探傷檢查為主，而且壓力容器上所有的字對接焊縫必須要做射線探傷。然而對在用壓力容器而言，無損探傷只是懷疑抽查，針對較多的部位是字對接縫。為了能使抽查體現(xiàn)在用壓力容器的現(xiàn)狀，以準確評價其安全可靠性，在復(fù)查中應(yīng)以采用超聲波探傷為主較為合適。這是因為超聲波探傷對危害性很大的裂紋、未焊透等缺陷的檢出具有較高的靈敏度，而射線探傷有時對某些裂紋、未焊透會造成漏檢。

②超聲仿真技術(shù)。超聲仿真研究可提高對最基本的超聲波回波產(chǎn)生機理以及超聲波成像的理解且更為經(jīng)濟。建立數(shù)學(xué)模型后，可以方便地改變各種參數(shù)進行研究，以設(shè)計或優(yōu)化超聲檢查工藝。與實驗相比，超聲仿真技術(shù)具有如下優(yōu)點可提高對最基本的超聲波回波產(chǎn)生機理以及超聲波成像的理解，數(shù)值模擬更為經(jīng)濟。建立數(shù)學(xué)模型后，可以方便地改變各種參數(shù)進行研究，以設(shè)計或優(yōu)化超聲檢查工藝。

③信息化管理。電站鍋爐壓力容器安全管理工作是一個涉及全過程、全方位的系統(tǒng)管理工程，其特點是管理面廣、過程漫長、相關(guān)的資料數(shù)據(jù)繁多。隨著計算機的廣泛應(yīng)用，電站鍋爐壓力容器安全監(jiān)督管理系統(tǒng)越來越多的被得到應(yīng)用。電站鍋爐壓力容器安全監(jiān)督管理的信息可以提升電力鍋爐壓力容器安全監(jiān)督水平，具有現(xiàn)實的普遍適用性和長效性，以及廣闊的推廣應(yīng)用前景。有助于實現(xiàn)全過程規(guī)范化、科學(xué)化、現(xiàn)代化管理。相對于傳統(tǒng)鍋監(jiān)技術(shù)檔數(shù)據(jù)的管理，改變了不規(guī)范，難以做到連續(xù)記載和積累，以及紙載資料使用不方便、利用效率低等問題；大大提高了檔案資料的使用效率。同時網(wǎng)絡(luò)化的信息共享給垂直一體化監(jiān)督管理帶來了極大的方便。

3結(jié)語

電站壓力容器用鋼的多樣化和國產(chǎn)化，對電站壓力容器的安全性提供了強大的保障。電站壓力容器在焊接工藝、安全附件、安全評定技術(shù)等方面存在若干問題和解決方法，同時介紹了正在應(yīng)用推廣的新技術(shù)包括表面無損監(jiān)測、超聲仿真技術(shù)、信息化管理等新手段新方法，這些新方法都有效提高了電站壓力容器的工作效率，加強了安全保障。

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