超超臨界機(jī)組基建鍋檢中典型問(wèn)題及分析

屈國(guó)民，謝億

(湖南省電力公司科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007)

目前我國(guó)正在大力發(fā)展超超臨界機(jī)組，這是優(yōu)化我國(guó)電源結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)的重要措施之一，但是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)單位的制造工藝水平存在一定不足，安裝水平也參差不齊，對(duì)新材料、新工藝研究不深，以致在超超臨界機(jī)組制造和安裝過(guò)程中問(wèn)題頻出。筆者對(duì)某電廠1臺(tái)超超臨界機(jī)組基建過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了收集整理，希望對(duì)以后超超臨界機(jī)組的制造、安裝工作提供參考，以利于提高超超臨界機(jī)組制造和安裝質(zhì)量。

1 聯(lián)箱存在的典型問(wèn)題

1.1 焊接質(zhì)量問(wèn)題

超超臨界機(jī)組過(guò)熱器聯(lián)箱運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，且運(yùn)行過(guò)程中聯(lián)箱的拘束度較大，特別是管座焊縫的應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，運(yùn)行過(guò)程中容易造成在管座焊接缺陷部位開裂，造成聯(lián)箱的吹損，因此管座焊接缺陷對(duì)聯(lián)箱的使用壽命有較大的影響。該廠過(guò)熱器聯(lián)箱的制造過(guò)程中，就出現(xiàn)了較多的焊接缺陷，如高溫過(guò)熱器出口集箱管座焊縫存在咬邊、未焊滿、包墻過(guò)熱器聯(lián)箱管座部位鰭片焊縫開裂等。

問(wèn)題的產(chǎn)生可能有2方面的原因。首先是制造單位水平欠缺，在焊接高等級(jí)材料方面缺乏相應(yīng)的技術(shù)人員及焊接經(jīng)驗(yàn);其次是管理方面的問(wèn)題，在進(jìn)行聯(lián)箱管座焊接前沒(méi)有進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，對(duì)焊接質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)不得力。

1.2 聯(lián)箱及管道內(nèi)清潔度問(wèn)題

超超臨界機(jī)組與超臨界、亞臨界等機(jī)組相比，水冷壁內(nèi)徑減小，節(jié)流孔的數(shù)量增加，節(jié)流孔的尺寸減小。該廠新建超超臨界機(jī)組節(jié)流孔共計(jì)2003個(gè)，其中水冷壁規(guī)格為Φ28.6 mm×6.4 mm，過(guò)熱器節(jié)流孔尺寸最小為9.1 mm，造成堵塞爆管的幾率增大。該機(jī)組試運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)4次因異物堵塞造成的爆管，分別為分隔屏、后屏、末級(jí)過(guò)熱器和水冷壁 (見圖1－4)。主要堵塞部位為節(jié)流孔較小、熱負(fù)荷較大的聯(lián)箱中部區(qū)域的節(jié)流孔;水冷壁爆管是由于彎頭部位堵塞造成的短期超溫過(guò)熱。對(duì)堵塞物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析發(fā)現(xiàn)，其主要的成分為焊渣、氧化物和細(xì)鐵屑，約占堵塞物總重量的90%以上。

圖1 分隔屏爆口形貌

圖2 高溫過(guò)熱器爆口形貌

圖3 后屏過(guò)熱器爆口形貌

圖4 水冷壁爆口形貌

超超臨界鍋爐清潔度是保證鍋爐安全運(yùn)行的關(guān)鍵。特別是在安裝階段，工作人員對(duì)管材存放、焊接過(guò)程中對(duì)管道、聯(lián)箱內(nèi)清潔等重視不夠，導(dǎo)致焊渣等異物進(jìn)入管子和聯(lián)箱內(nèi)部。國(guó)內(nèi)多家電廠的超超臨界機(jī)組在試運(yùn)行期間就曾發(fā)生異物堵塞爆管，如華能玉環(huán)電廠、華能福州電廠等。

2 管道的典型質(zhì)量問(wèn)題及分析

2.1 管道焊接質(zhì)量問(wèn)題

為滿足超超臨界機(jī)組工況條件要求，機(jī)組主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道大量應(yīng)用P92，P122等高等級(jí)鋼，而這些材料的焊縫組織形態(tài)以及性能又直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

該機(jī)組主蒸汽、高溫再熱蒸汽管道采用進(jìn)口P92鋼材，主蒸汽管道共計(jì)31個(gè)制造焊口。在完成主蒸汽管道對(duì)接焊縫的焊接和熱處理工作后進(jìn)行的無(wú)損檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，所有焊口中均存在裂紋或未融合等超標(biāo)缺陷。

與T91/P91鋼相比，P92鋼的抗腐蝕性和抗氧化性相同，高溫強(qiáng)度和蠕變性能更好。而與TP347相比，有價(jià)格低廉、膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱率高及抗疲勞性能強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。但是，P92鋼屬于高合金鋼，具有一定的冷裂傾向，若焊縫熔池溫度過(guò)高，則易造成焊接接頭過(guò)熱區(qū)晶粒粗大，引起脆化或產(chǎn)生裂紋;同時(shí)焊縫熔池金屬流動(dòng)性較差，焊縫容易產(chǎn)生未融合等缺陷。因此嚴(yán)格控制焊接工藝及加強(qiáng)監(jiān)督是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

2.2 固體顆粒侵蝕問(wèn)題

超超臨界機(jī)組選用的直流鍋爐相對(duì)于汽包爐，給水品質(zhì)要求更高。且高溫容易導(dǎo)致主蒸汽和再熱蒸汽管道內(nèi)表面剝離的微型固體顆粒隨著蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)。固體顆粒以蒸汽的流速通過(guò)汽輪機(jī)的流通部分時(shí)，造成噴嘴和動(dòng)葉片損傷。特別是汽輪機(jī)高壓第一級(jí)噴嘴和動(dòng)葉片、中壓第一級(jí)噴嘴和動(dòng)葉片的固體顆粒侵蝕比較嚴(yán)重。固體顆粒侵蝕不僅影響超超臨界汽輪機(jī)的級(jí)效率，而且影響超超臨界汽輪機(jī)的可靠性〔2〕。

基建過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，四大管道在存放中出現(xiàn)管道未密封、管道內(nèi)部存有泥沙、管道內(nèi)壁氧化嚴(yán)重等問(wèn)題。雜質(zhì)在運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)剝離而形成固體顆粒，隨蒸汽流動(dòng)進(jìn)入汽機(jī)，造成噴嘴和動(dòng)葉片過(guò)早損傷，因此在安裝前應(yīng)加強(qiáng)管道的存放和保護(hù)管理，安裝過(guò)程中加強(qiáng)管道的清潔度檢查。

3 受熱面的典型質(zhì)量問(wèn)題及分析

3.1 原材料質(zhì)量問(wèn)題

材質(zhì)直接關(guān)系到鍋爐的安全運(yùn)行，該廠試運(yùn)行時(shí)分隔屏部位發(fā)生爆管。分析爆管原因:過(guò)熱器采用TP347H奧氏體不銹鋼，金相檢查發(fā)現(xiàn)其組織晶界不干凈，而且屈服強(qiáng)度不合格;現(xiàn)場(chǎng)對(duì)備用TP347H管進(jìn)行渦流檢測(cè)，檢測(cè)的9根鋼管中有3根存在整根超標(biāo)缺陷，有1根存在3處超標(biāo)顯示，而且備用管上沒(méi)有廠家標(biāo)示和出廠編號(hào)等，造成電廠管理困難。

此類問(wèn)題的主要原因是在鍋爐制造階段材料的登記、使用混亂。超超臨界鍋爐由于使用材料的復(fù)雜性，應(yīng)在制造階段對(duì)過(guò)熱器、再熱器等重要受熱面管進(jìn)行登記管理，保證每根鋼管的來(lái)源明確，質(zhì)量證書齊全，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)追溯鋼管的來(lái)源和使用位置，對(duì)存在材質(zhì)缺陷的鋼管進(jìn)行監(jiān)督或統(tǒng)一更換。

3.2 鰭片焊接質(zhì)量問(wèn)題

鰭片焊接中產(chǎn)生的主要缺陷如氣孔、砂眼、咬邊、未熔合等，會(huì)直接減少焊縫受力的橫截面積，缺陷周圍較易成為應(yīng)力集中部位和裂紋源頭，在運(yùn)行時(shí)熱膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力、啟停爐造成的疲勞應(yīng)力等應(yīng)力狀況下，容易產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致爆管。在該廠現(xiàn)場(chǎng)檢查中發(fā)現(xiàn)，由于制造單位混雜，制造工藝欠缺，因此制造質(zhì)量難以保證，致使水冷壁鰭片焊縫外觀成形差，而且存在大面積的咬邊、氣孔等缺陷。

3.3 過(guò)熱器焊縫熱處理問(wèn)題

該廠超超臨界鍋爐過(guò)熱器節(jié)流孔設(shè)計(jì)在聯(lián)箱外部接管處，靠近頂棚管的位置，而節(jié)流孔所用的材質(zhì)為T91，T92等高等級(jí)材料，特別是高溫過(guò)熱器，由于管屏間距小，焊接和熱處理困難等原因容易造成焊縫不合格。對(duì)節(jié)流孔處對(duì)接焊縫硬度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，部分高溫過(guò)熱器T92管子母材硬度大于焊縫硬度約20HB。檢查熱處理記錄發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)要求T92焊縫熱處理溫度765±5℃，而實(shí)測(cè)焊縫熱處理恒溫溫度為770～790℃，且檢查其測(cè)溫裝置，發(fā)現(xiàn)測(cè)量溫度與實(shí)際溫度負(fù)偏差約為10℃。T92鋼典型Ac1溫度為800～815℃〔4〕，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)溫度在Ac1線之上，造成熱處理溫度過(guò)高，導(dǎo)致焊縫硬度不合格，運(yùn)行中容易產(chǎn)生裂紋。

3.4 過(guò)熱器管子管屏變形出列問(wèn)題

過(guò)熱器管屏安裝過(guò)程中容易出現(xiàn)間、節(jié)距不均、管子出列等問(wèn)題，運(yùn)行過(guò)程中屏間容易形成煙氣走廊，致使管子磨損加劇〔5〕;近年來(lái)，過(guò)熱器管排間距不均等問(wèn)題已經(jīng)受到電廠方面的高度重視，但是在施工過(guò)程中管排變形等問(wèn)題仍然時(shí)有發(fā)生。如在該廠現(xiàn)場(chǎng)檢查中發(fā)現(xiàn)，過(guò)熱器管子在運(yùn)輸過(guò)程中，管材中間部位未作變形保護(hù);安裝單位在材料堆放過(guò)程中對(duì)管材的平整度也未重視，安裝過(guò)程中有強(qiáng)力對(duì)口等現(xiàn)象，造成高溫過(guò)熱器管排嚴(yán)重彎曲變形、出列和管排擠碰，這對(duì)以后鍋爐安全運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生不好的影響。

4 機(jī)爐外管道質(zhì)量問(wèn)題

近年來(lái)，各電廠因機(jī)、爐外小徑管管座角焊縫存在未焊透、未熔合和裂紋等缺陷而造成泄露等情況日漸增多。管座角焊縫由于坡口形狀、結(jié)構(gòu)及應(yīng)力復(fù)雜，且超超臨界機(jī)組機(jī)、爐外管道材質(zhì)等級(jí)較高，工作溫度和壓力也更高，因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)機(jī)爐外管道的施工管理，盡快建立較為詳細(xì)的機(jī)、爐外管道臺(tái)帳，確保機(jī)爐外管道運(yùn)行安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)嚴(yán)格審查安裝和制造單位的管理和技術(shù)水平，嚴(yán)防由于管理不到位、技術(shù)水平不過(guò)關(guān)造成的產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

(2)超超臨界機(jī)組對(duì)清潔度要求更為嚴(yán)格，聯(lián)箱和管道在進(jìn)行常規(guī)的檢查以外，在封口前應(yīng)進(jìn)行全面的清理工作;吹管后對(duì)出口集箱下部過(guò)熱器、再熱器小于90°的彎頭部位應(yīng)進(jìn)行拍片檢查，防止異物存留在彎頭部位。

(3)制定重要聯(lián)箱、管道焊接質(zhì)量定期或不定期督察制度，聘請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)豐富的檢驗(yàn)專家和焊接專家到制造和安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行質(zhì)量檢查和焊接、熱處理作業(yè)指導(dǎo)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)制造和安裝過(guò)程中的問(wèn)題。

〔1〕龍會(huì)國(guó)，龍毅，謝國(guó)勝.超 (超)臨界鍋爐設(shè)備檢驗(yàn)問(wèn)題分析〔J〕，中國(guó)電力，2008，41(12):27-31.

〔2〕史進(jìn)淵，楊宇，鄧志成，等.超超臨界汽輪機(jī)固體顆粒侵蝕的研究〔J〕，動(dòng)力工程，2003，23(4):2487-2489.

〔3〕王靜靜，周云龍.過(guò)熱器再熱器爆漏事故的原因分析及對(duì)策〔J〕，應(yīng)用能源技術(shù)，2010(6):33-36.

〔4〕楊富，章應(yīng)霖，等.新型耐熱鋼焊接〔M〕.中國(guó)電力出版社，2009.

〔5〕黃偉，熊蔚立，廖正球，等.超臨界鍋爐防止異物堵塞爆管的技術(shù)措施〔J〕.華中電力，2008(4):32-34.