銅陵發(fā)電廠六期1000MW超超臨界機(jī)組焊接工程施工技術(shù)

劉亞芬

(中國能建 安徽電建二公司，安徽 合肥 230601）

1 工程概況

銅陵發(fā)電廠六期“上大壓小”改擴(kuò)建工程為安徽省內(nèi)首臺超超臨界百萬機(jī)組，是目前亞洲最高、單機(jī)規(guī)模最大的高參數(shù)、大容量、低能耗、環(huán)保型超超臨界塔式爐燃煤發(fā)電機(jī)組，是安徽省“861”重點項目，由安徽省皖能股份有限公司控股投資建設(shè)，采用EPC模式，由中國電力建設(shè)工程咨詢公司和中國電力工程顧問集團(tuán)公司西北電力設(shè)計院組成的聯(lián)合體承擔(dān)設(shè)計、采購、施工、調(diào)試總承包。三大主機(jī)均為上海電氣集團(tuán)供貨。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為3 012 t/h，過熱器出口壓力27.9 MPa，過熱器出口溫度605℃，安徽電建二公司承擔(dān)主體工程的安裝施工任務(wù)。本工程總焊口數(shù)為81 570只，鋼結(jié)構(gòu)制作、安裝量約7 000 t。

2 工程特點

（1）鍋爐水冷壁采用T23鋼，該鋼在國內(nèi)外塔式爐的應(yīng)用中頻發(fā)爆管事件

本工程鍋爐的水冷壁采用T23耐熱鋼，在本臺機(jī)組中鍋爐T23鋼焊口有9000余只。且國內(nèi)外百萬千瓦級機(jī)組塔式鍋爐的T23水冷壁在啟動和停止的過程中均有不同程度的爆管現(xiàn)象，這使得T23水冷壁的焊接充滿了挑戰(zhàn)。

（2）任務(wù)量大，工期緊張，焊接專業(yè)各工種作業(yè)時間矛盾突出。

塔式鍋爐受熱面安裝必須按從上到下順序施工，不能像∏型鍋爐前后爐膛同時施工，8萬余只焊口需要在不到16個月的時間內(nèi)保質(zhì)保量完成，焊接高峰期每天完成的焊口數(shù)高達(dá)700多只，焊接、熱處理、焊后檢驗工作之間的作業(yè)時間矛盾非常突出。

（3）特殊鋼種多，異種鋼焊接數(shù)量大，焊接工藝復(fù)雜。

本工程采用的特殊鋼種有：SA213-T23，SA213-T91，SA335-P91，SA213-T92，SA335-P92，SUPER-304H，HR3C等，這些僅用于超臨界或超超臨界機(jī)組的鋼種在焊接時均需采用嚴(yán)格的工藝進(jìn)行過程控制，工藝復(fù)雜，施工難度較大。本工程的異種鋼焊接數(shù)量達(dá)到5 000只以上。

（4）采用新鋼種多、控制難度大。

工程采用的各種鋼材料種類達(dá)20余種，必須采取切實可行的措施防止母材和焊材的錯用。

（5）鈦鋼復(fù)合板煙囪焊接。

煙囪鋼內(nèi)筒鈦鋼復(fù)合鋼板的焊接是現(xiàn)場施工質(zhì)量控制的一個難點。由于鈦與鋼不能直接進(jìn)行熔焊，即鈦板、鋼板各自進(jìn)行焊接，鋼板焊接時溫度不能過高，否則會導(dǎo)致鈦板氧化，鈦板焊接時要盡可能減少應(yīng)力集中，同時隔絕與空氣的接觸，避免氧化。

3 施工準(zhǔn)備[1-6]

3.1 技術(shù)準(zhǔn)備

中國能建安徽電建二公司在銅陵工程開工前即提前進(jìn)行施工技術(shù)準(zhǔn)備和策劃，對銅陵工程涉及到的新型耐熱鋼T/P92和超級奧氏體不銹鋼HR3C、SUPER304H進(jìn)行了認(rèn)真的研究，完成了焊接工藝評定的編審批工作，同時出臺了專門的《HR3C、SUPER304H新型鐵素體耐熱鋼的焊接施工措施》《T/P92新型馬氏體耐熱鋼的焊接施工措施》等技術(shù)文件指導(dǎo)本工程的焊接技術(shù)人員進(jìn)行學(xué)習(xí)。

項目部組織編制了《銅陵六期工程#5機(jī)組焊接專業(yè)的施工組織設(shè)計》《金屬試驗施工組織設(shè)計》《熱處理施工組織設(shè)計》和《創(chuàng)建“優(yōu)秀焊接工程”活動計劃書》，并報業(yè)主、監(jiān)理、EPC總承包批準(zhǔn)。制定了《焊接施工人員持證掛牌上崗管理辦法》《T/P92鋼焊接管理規(guī)定》等十余項制度和規(guī)定，在項目施焊前，前后編制了《過熱器焊接作業(yè)指導(dǎo)書》《汽機(jī)四大管道焊接作業(yè)指導(dǎo)書》《P91/P92焊接作業(yè)指導(dǎo)書》《凝汽器焊接作業(yè)指導(dǎo)書》等焊接、熱處理方案18份，無損檢測作業(yè)指導(dǎo)書10份，焊接工藝卡83份、熱處理技術(shù)卡89份。銅陵項目部健全的焊接質(zhì)檢、技術(shù)及金屬監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)為焊接工作提供了體系和制度上的有效保證。

全覆蓋的焊接工藝評定：安徽電建二公司現(xiàn)有的《焊接工藝評定報告》基本上能夠滿足并保證該工程的需要，當(dāng)出現(xiàn)焊接工藝評定不能覆蓋現(xiàn)場的需要（材質(zhì)、管徑、壁厚等因素）時，提前聯(lián)系公司焊接中心，確保在項目開焊前有完整的焊接工藝評定報告指導(dǎo)現(xiàn)場的施工，截止工程竣工時，公司已有焊接工藝評定178項。

3.2 人員準(zhǔn)備

（1）結(jié)合工程特點，焊接中心組織了多批次針對本工程和百萬千瓦級機(jī)組的管理培訓(xùn)和技能培訓(xùn)，范圍覆蓋了參建本工程的全部焊接專業(yè)管理人員和作業(yè)人員。對進(jìn)行新材料焊接的焊工，進(jìn)行專門的培訓(xùn)，取得良好以上級別的方可參加銅陵工程建設(shè)。

（2）針對銅陵焊接工程的特點，在銅陵施工現(xiàn)場設(shè)置焊接技能鑒定站，在業(yè)主、監(jiān)理、EPC總承包專家的監(jiān)督下，對所有進(jìn)點焊工進(jìn)行上崗前考試認(rèn)可，并負(fù)責(zé)管理重要項目開工前的崗前適應(yīng)性練習(xí)和特殊培訓(xùn)任務(wù)。本工程共計崗前焊接考核129人次。

（3）在施工過程中，焊接技術(shù)人員堅持技術(shù)交底制度，并要求各級各類人員嚴(yán)格按照接作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行施工。

（4）焊接質(zhì)檢員、無損檢驗人員、熱處理人員都持有至少與電力系統(tǒng)相關(guān)等級證書，并報業(yè)主、監(jiān)理和總承包方認(rèn)可后，方可開展工作，具有簽字權(quán)。

（5）在工程施工中，對焊接人員進(jìn)行動態(tài)管理，對一個星期內(nèi)焊口合格率低于95%的焊工，停止其施工作業(yè)，進(jìn)入焊接技能鑒定站培訓(xùn)，達(dá)到良好標(biāo)準(zhǔn)后才能繼續(xù)作業(yè)。對焊接管理人員進(jìn)行績效考核，確保人員的能力和工作效率始終滿足工程需要。

3.3 機(jī)械準(zhǔn)備

（1）銅陵工程的焊接設(shè)備進(jìn)點前都進(jìn)行了專項檢查，確保機(jī)械設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，方能進(jìn)駐現(xiàn)場。

（2）焊接設(shè)備、熱處理設(shè)備、檢驗和檢測設(shè)備均進(jìn)行了計量和檢驗，確保指示盤表的正確性。

（3）對P92高合金耐熱鋼采用專用新型帶參數(shù)控制系統(tǒng)的焊機(jī)，用于控制P92鋼的焊接電流，防止焊工超限使用焊接電流。

4 焊接過程控制

4.1 焊件組對和清潔度控制

焊件組對時嚴(yán)禁強(qiáng)力對口；焊件清理時，清除焊縫左右兩側(cè)10~15 mm范圍內(nèi)及坡口內(nèi)的油污、水銹等，打磨至露出金屬光澤，焊件打磨清理后應(yīng)及時焊接。

4.2 鋼材和焊接材料控制

本工程采用的鋼材種類多達(dá)20余種，必須采取切實可行的措施防止母材和焊材的錯用，為此，項目部針對性的制定了《金屬技術(shù)監(jiān)督實施細(xì)則》和《合金鋼設(shè)備材料復(fù)核標(biāo)識管理辦法》，對不同顏色的合金鋼標(biāo)識不同顏色的油漆帶，在鍋爐施工電梯口和汽機(jī)房施工平臺明顯處懸掛各類材料的色標(biāo)，提醒作業(yè)人員不要錯用材料。本項目因為金屬技術(shù)監(jiān)督到位，未發(fā)一起錯用材料事件。

所有焊接材料均由經(jīng)過合格供應(yīng)商評審的生產(chǎn)廠家提供，項目部建立了一套完整的焊材管理制度，確保焊接材料管理統(tǒng)一性。焊材進(jìn)場后，進(jìn)行一定比例的開箱外觀檢驗，合格后方可入庫存放；合金鋼母材、焊材必須進(jìn)行光譜復(fù)查，并在材料的報審中附上合格的光譜報告，有效遏制了不合格材料在工程中的使用。

現(xiàn)場焊接作業(yè)時，要求焊接三級質(zhì)檢員對正在施焊的項目不定期抽查焊工使用的焊材是否正確，現(xiàn)場的焊條要求使用焊條保溫筒，焊絲存放在干燥、干凈的地方，確保焊絲的清潔。

4.3 焊前預(yù)熱、層間溫度和焊后熱處理控制

嚴(yán)格依照作業(yè)指導(dǎo)書的要求進(jìn)行預(yù)熱、層間溫度和焊后熱處理控制。對于直徑大于219 mm，壁厚超過20 mm的管道采取電阻預(yù)熱。其他管道可采取火焰預(yù)熱，預(yù)熱采用中性焰預(yù)熱并做好相應(yīng)的預(yù)熱記錄。對于P91/P92管道焊縫進(jìn)行全程跟蹤熱處理，并采用過程中旁站監(jiān)督等措施確保熱處理工藝得到嚴(yán)格執(zhí)行。每位施焊人員均配備測溫筆，管理人員配備測溫槍，過程中不定期抽檢。

4.4 焊接專業(yè)各工種交叉作業(yè)時間控制

本工程焊接、熱處理、檢測存在較突出的作業(yè)時間矛盾，為解決這一問題，項目部在每周的生產(chǎn)例會上進(jìn)行作業(yè)時間的協(xié)調(diào)，并多次專門組織召開焊接、熱處理和檢測的協(xié)調(diào)會，根據(jù)工程的進(jìn)度不斷動態(tài)調(diào)整鍋爐安裝施工、焊接、熱處理和焊后檢驗的時間，確保不窩工，各工序能最大限度的平穩(wěn)銜接。高峰期每天召開一次協(xié)調(diào)會，對出現(xiàn)的問題及時予以協(xié)調(diào)，在金屬試驗室和安裝專業(yè)的互相配合、增大人員設(shè)備投入的情況下，完成了高峰期原來認(rèn)為不可能完成的焊接工作，確保了鍋爐水壓試驗的順利進(jìn)行。

4.5 焊接施工工藝控制

本工程中要求焊接操作人員嚴(yán)格依照作業(yè)指導(dǎo)書的要求進(jìn)行施焊，并對細(xì)晶粒鋼等特殊鋼種進(jìn)行專門的控制。

（1）P91/P92屬馬氏體細(xì)晶耐熱高合金鋼，具有強(qiáng)烈的脆硬敏感性和裂紋傾向，是銅陵工程焊接質(zhì)量控制的一個重點。為此，對于P91/P92的焊接采用專用焊機(jī)，并采取質(zhì)檢員旁站措施，監(jiān)督焊口嚴(yán)格執(zhí)行工藝。

（2）SUPER304H、HR3C屬細(xì)晶粒不銹鋼，在焊接過程中注重控制了層間溫度和焊接電流。為每位焊工和質(zhì)檢人員配備了測溫設(shè)備，獎勤罰懶，不定期巡查，確保了工藝的準(zhǔn)確執(zhí)行。

（3）T23鋼焊接工藝控制。

螺旋水冷壁采用T23管材，不僅是新型材料，而且國內(nèi)還沒有成熟的焊接工藝方案，也是公司首次進(jìn)行成批量焊接。因此，必須采取可靠的焊接工藝和過程控制措施。經(jīng)過研究試驗和廣泛收資，最終確定了T23鋼的核心焊接工藝為：

①如果環(huán)境溫度和工件溫度不低于常溫（20℃），T23小口徑管焊前可不預(yù)熱，否則需預(yù)熱100℃~150℃，才能施焊。

②采用小規(guī)范焊接工藝。在焊接過程中，通過控制焊接電流、電壓、焊接速度以及焊道厚度達(dá)到控制焊接線能量，提高焊縫韌性的目的。

③嚴(yán)格控制層間溫度：在焊接過程中，通過對稱焊接、跳焊、多只焊口交錯施工來控制層間溫度。

④確保適當(dāng)?shù)暮负罄鋮s速度：若環(huán)境溫度低于20℃，采用氧乙炔火焰加熱至100℃~150℃進(jìn)行3~5min的緩冷，若環(huán)境溫度高于20℃時，焊后可空冷。

通過實踐證明，T23鋼工藝焊接質(zhì)量得到較好控制，也滿足了施工進(jìn)度的要求。是國內(nèi)也是國際上首家水冷壁使用T23鋼，168 h試運行不爆管的安裝單位。安徽電建二公司更據(jù)此申報了SA213 T23鋼的行業(yè)施工工法并獲得批準(zhǔn)。

（4）煙囪鈦鋼復(fù)合板焊接控制得當(dāng)。

為控制鈦管復(fù)板鋼板的焊接不產(chǎn)生過熱，采用手工鎢極氬弧焊。焊接時注意采用短弧焊、快速焊，防止鈦金屬過熱，同時注意辨識鈦復(fù)合層的顏色，保證焊接后為銀白色，如變成灰色和深藍(lán)色立即返工并調(diào)整工藝，通過嚴(yán)格的過程控制，使得鈦鋼復(fù)合板的焊縫外觀工藝美觀，質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

5 技術(shù)創(chuàng)新

5.1 T23鋼焊接工藝

本工程鍋爐為百萬千萬級塔式鍋爐，垂直段水冷壁、螺旋段水冷壁大量采用SA213-T23鋼材，針對同類型機(jī)組在調(diào)試、整套啟動和168 h試運行期間頻繁出現(xiàn)爆管的問題，對T23鋼管及其密封部件的焊接進(jìn)行了焊接工藝試驗研究，其研究成果的部分內(nèi)容被納入DL/T869-2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》。

5.2 焊接參數(shù)監(jiān)控儀和帶參數(shù)控制裝置的專用電焊機(jī)

針對P91、P92鋼和Supper304、H3RC超級不銹鋼的焊接，投用帶參數(shù)控制裝置的數(shù)字式專用焊機(jī)，該焊機(jī)在焊接施工前由技術(shù)員設(shè)定好焊接層道數(shù)、每層道的焊接電流、電壓、焊材規(guī)格等各種參數(shù)，焊工在施焊過程中無法進(jìn)行更改，這一焊機(jī)的投用使焊接工藝得到了嚴(yán)格執(zhí)行。

5.3 鏡面焊焊接工藝方法的使用

由于焊口設(shè)計緊湊，有大量焊口的局部位置肉眼無法觀察到，采用常用的焊接方法無法施焊，因此本工程采用了鏡面焊法進(jìn)行施焊，通過專用鏡子的反面成像解決了盲焊位置的焊接難題。

5.4 鈦鋼復(fù)合板的焊接

煙囪鋼內(nèi)筒鈦鋼復(fù)合鋼板的焊接是較新的工藝，也是現(xiàn)場施工質(zhì)量控制的一個難點。由于鈦與鋼不能直接進(jìn)行熔焊，即鈦面、鋼面各自進(jìn)行焊接，鈦復(fù)層與鋼基層互不相熔合，但要求各自盡量焊透。選擇接頭的原則是：型式要簡單；鋼面力求焊透以保證接頭性能，減少應(yīng)力集中；鈦面要盡量焊透，表面要光順以減少流體阻力?，F(xiàn)場選用搭接接頭，以避免兩種金屬的焊縫相互接觸。鈦面采用手工鎢極氬弧焊，鋼面采用CO2氣體保護(hù)焊的焊接方法。

6 結(jié)論

（1）本工程焊口SA檢驗66 591處，檢驗正確率100%，熱處理曲線符合率100%。鍋爐水壓試驗一次成功，168 h連續(xù)滿負(fù)荷并網(wǎng)試運行一次成功。

（2）本工程水冷壁系統(tǒng)采用了T23鋼材，通過嚴(yán)格的工藝和過程控制，焊接質(zhì)量可靠，克服了同類型機(jī)組在調(diào)試、整套啟動和168 h試運行期間頻繁爆管的問題。

（3）本工程受監(jiān)督焊口共計81 570只，其中RT檢驗48 310只，UT檢驗21 578只，無損檢驗一次合格率99.90%，焊口外觀優(yōu)良率100%，煙、風(fēng)、煤、灰、油系統(tǒng)及密封部件焊縫外觀工藝美觀、無一泄漏，焊接工程質(zhì)量評價為高質(zhì)量等級優(yōu)質(zhì)工程。

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[1]楊 富，章應(yīng)霖，任永寧，等.新型耐熱鋼焊接[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]DL/T869-2004《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》[S].北京：中國電力出版社，2004.

[3]DL/T819-2010《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》[S].北京：中國電力出版社，2010.

[4]DL/T868-2004《焊接工藝評定規(guī)程》[S].北京：中國電力出版社，2004.

[5]姜求志，王金瑞.火力發(fā)電廠金屬材料手冊[M].北京：中國電力出版社，2000.

[6]孫 標(biāo)，胡明濤.新型耐熱鋼SA213-T23的焊接工藝試驗研究[A].超（超）臨界鍋爐用鋼及焊接技術(shù)協(xié)作網(wǎng)第三次論壇大會論文集[C].天津：2009.