基于風(fēng)險思想妥善處理電站鍋爐使用假冒P91鋼管事件

鄭培生 葉衛(wèi)東

（云南曲靖市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 曲靖 655000）

基于風(fēng)險思想妥善處理電站鍋爐使用假冒P91鋼管事件

鄭培生 葉衛(wèi)東

（云南曲靖市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 曲靖 655000）

針對假冒P91鋼管已使用在電站鍋爐上的實際情況，在保證安全運行的前提下，為減少損失，本文介紹了歷時8年之久，基于風(fēng)險思想用“2類3步”方法處理的全過程，即用醫(yī)學(xué)的方式將失效模式分“急性病”和“慢性病”2類，針對假冒P91鋼管情況分3步走--包括探討“監(jiān)控運行”的可靠性、采取的監(jiān)護(hù)措施、驗證性檢驗及后續(xù)處理。以供同行在遇到同類問題時做初步判斷和參考。

風(fēng)險思想 處理 鋼管 事件

P91鋼管是專門用于大型火力發(fā)電廠“四大管道”的合金耐熱高強(qiáng)度進(jìn)口鋼管。2006年12月，青海大通發(fā)電廠30萬發(fā)電機(jī)組在運行調(diào)試中發(fā)生主蒸汽管爆炸事故，造成2死1傷，事故的主要原因就是使用了國內(nèi)某公司假冒美國制造的P91鋼管材料存在缺陷。為此，國家質(zhì)檢總局以《關(guān)于對假冒國外鍋爐鋼管使用情況進(jìn)行消除隱患的通知》（國質(zhì)檢特聯(lián)[2006]601號）要求：對列入有問題（無高溫性能數(shù)據(jù)報告等）的一律停止使用，“對已用于電站鍋爐‘四大管道’系統(tǒng)的，應(yīng)當(dāng)更換。……”

經(jīng)檢查,曲靖市某大型電廠600MW的1、2號機(jī)組四大管道已經(jīng)使用了假冒P91鋼管，主蒸汽管道規(guī)格φ457mm×37.85mm，再熱蒸汽熱段管道規(guī)格為φ560mm×50.5mm，總數(shù)量約為1975t，預(yù)計更換材料費近8000萬，施工費3200多萬，合計1億多；若停止運行等待更換，訂貨周期7～9個月，施工周期70～80天，單停運近1年的發(fā)電量損失約10～20億元（不包括間接損失）；如果對鋼管取樣做高溫持久性能試驗，試驗出結(jié)果時間需2～3年。為此，企業(yè)請求是否能夠在可接受安全風(fēng)險的前提下，采取安全保證措施“監(jiān)控運行”2～3年，邊訂貨邊生產(chǎn)，將損失降到最低。

針對以上實際情況，仔細(xì)查閱了鋼管出廠資料、安裝質(zhì)量證明、檢驗資料，進(jìn)行了必要的材料試驗，制定出相應(yīng)的監(jiān)督運行安全管理保障措施等。通過對方案可行性分析論證，決定對其采取“監(jiān)控運行”，直到2013年11月全部更換完為止，比計劃提前一年（比高溫性能試驗得出的使用壽命）更換完畢。其間，在保證設(shè)備安全運行方面具體做了以下工作。

1 探討“帶病運行”的可靠性

1.1 假冒P91與標(biāo)準(zhǔn)符合性探討

查閱制造廠出廠《鋼管產(chǎn)品質(zhì)量證明書》、安裝單位《光譜復(fù)驗報告》及相關(guān)資料、云南電力研究院的《材質(zhì)復(fù)驗報告》等， P91鋼管的化學(xué)成分值、短時力學(xué)性能值與GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》中對應(yīng)鋼號10Cr9Mo1VNbN比對完全符合，但是，無持久強(qiáng)度的數(shù)值。

●1.1.1 供貨狀態(tài)

“P91鋼管出廠質(zhì)量證明書”：正火+回火，正火溫度1040℃～1060℃，保溫90min；回火溫度750℃～780℃，保溫120min。符合ASME SA335-2001《高溫用無縫鐵素體合金鋼公稱管》和GB 5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)要求。

●1.1.2 化學(xué)成分比對（見表1）

表1 化學(xué)成分對比表

比對結(jié)果顯示：三方提供的化學(xué)成分符合ASME SA335-2001和GB 5310—2008標(biāo)準(zhǔn)要求。

●1.1.3 金相組織

云南電力研究院取樣做金相分析，管壁斷面組織為回火馬氏體，符合GB 5310—2008、ASME SA335-2001對P91鋼管的要求。

●1.1.4 室溫力學(xué)性能（見表2）

表2 室溫力學(xué)性能比對

室溫力學(xué)性能符合ASME SA335-2001和GB 5310—2008標(biāo)準(zhǔn)。

●1.1.5 外觀及壁厚

出廠質(zhì)量證明書規(guī)格為φ457×37.85，安裝單位實測壁厚，最大：40.90mm,最小：39.80mm，平均壁厚40.65mm。

●1.1.6 硬度比對（見表3）

表3 硬度比對表

●1.1.7 高溫力學(xué)性能

1）短時高溫力學(xué)性能：云南電力研究院取樣在溫度550℃試驗，結(jié)果抗拉強(qiáng)度（Rm）分別是461MPa、463MPa、506MPa，斷口部位未見表面宏觀缺陷。

2）高溫力學(xué)性能分析

根據(jù)制造廠質(zhì)量證明書、安裝單位材質(zhì)復(fù)驗和云南電力研究院檢驗三方的化學(xué)成分、金相組織、短時力學(xué)性能實驗結(jié)果，該批假冒鋼管屬于P91鋼管，室溫性能符合ASME SA335-2001和GB 5310—2008標(biāo)準(zhǔn)要求。雖然鋼管出廠未能提供高溫力學(xué)性能，但是決定高溫性能的供貨狀態(tài)、Cr、Mo、V、Ni化學(xué)成分和金相組織等關(guān)鍵數(shù)值完全符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 安全性判斷

●1.2.1 高溫力學(xué)性能估算

基于以上分析判斷，參照ASME SA335-2001，根據(jù)GB 5310—2008附錄B：高溫規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度中RP0.2——溫度數(shù)據(jù)繪制出“RP0.2——溫度下降趨勢曲線”后得出：P91鋼管在560℃下RP0.2應(yīng)不低于248MPa。

●1.2.2 許用應(yīng)力確定

根據(jù)GB 9222—1988《水管鍋爐受壓元件強(qiáng)度計算》和SDGJ6-90《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計算技術(shù)規(guī)定》持久強(qiáng)度的分散性在±20%，現(xiàn)階段工作溫度下的材料許用應(yīng)力 :

[R]560℃=（0.9×248÷1.5）-248×0.2=99.2MPa。

●1.2.3 管道壁厚校核

因為D外/D內(nèi)=407.5/331.8=1.23＜1.7，所以直管最小壁厚:

Smin= p設(shè)D外/2[R]560℃+2Yp設(shè)

=1 7.4 M P a×407.5m m/(2×99.2 M P a +2×0.7×17.4MPa)

=31.5mm

考慮壁厚10%負(fù)偏差，則

Smin=34.6mm＜實際壁厚37.5mm

同理，也可以算出再熱蒸汽管熱段p設(shè)=16.8 MPa，規(guī)格為φ560mm×50.5mm，直管最小壁厚S= 34.7+34.7×10%=38.2mm＜實際壁厚50mm。

因此，在設(shè)計溫度546℃下使用短時間內(nèi)不應(yīng)該會發(fā)生因強(qiáng)度不足導(dǎo)致管道爆炸事故。

2 監(jiān)督運行的管理保障及監(jiān)護(hù)措施

2.1 管理方面的保障能力

該單位系國內(nèi)某大型電力集團(tuán)在云南的投資，具有完整的管理體制和機(jī)構(gòu)設(shè)置，建立了完備的安全生產(chǎn)管理制度，管理人員、工程技術(shù)人員、操作人員都是相應(yīng)對口專業(yè)大學(xué)畢業(yè)生，尤其是設(shè)備管理人員是原鍋爐安裝單位從事金屬材料的專業(yè)工程師，操作工人是具有多年操作火力發(fā)電廠300MW鍋爐機(jī)組的熟練工人。

2.2 監(jiān)護(hù)措施及后續(xù)手段

1）制定《防止主蒸汽、主再熱蒸汽管道超溫超壓的措施》，嚴(yán)格控制過熱器、再熱器得溫度＜541℃、主蒸汽壓力＜17.2MPa；

2）加強(qiáng)定期檢驗，尤其是硬度和蠕變的監(jiān)控；

3）取樣做高溫長時性能試驗，找出105h的持久強(qiáng)度、抗蠕變極限等數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確得出P91鋼管使用剩余壽命（該試驗需要2～3年時間）。

綜合技術(shù)的可靠性、管理的保障能力和運行中采取的監(jiān)控措施，經(jīng)研究，采取相關(guān)的措施后，在嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程和監(jiān)控措施可以保證安全的前提下“監(jiān)控運行”2～3年。

3 后續(xù)驗證檢驗

3.1 驗證試驗結(jié)果

2007年8月委托蘇州熱工研究所對主蒸汽管、再熱蒸汽熱段管道進(jìn)行材質(zhì)狀態(tài)評價和壽命評估，其中P91主蒸汽管道送樣規(guī)格為φ560mm×50.5mm。

1）2008年6月對管道進(jìn)行的材質(zhì)狀態(tài)評價和壽命評估短時性能試驗結(jié)束,主要結(jié)果如下:

（1）化學(xué)成分（見表4）

表4 驗證化學(xué)成分表

（2）力學(xué)性能（見表5）

表5 驗證力學(xué)性能表

（3）金相組織為金相組織為回火板條馬氏體,板條較為粗大,位向特征明顯,局部有混晶特征;晶粒4~7級,符合GB 5310—2008要求(≥3級,且級差不大于3級);

2）2009年7月對管道進(jìn)行的材質(zhì)狀態(tài)評價和壽命評估長時性能試驗結(jié)束,結(jié)果如下

（1）持久強(qiáng)度采用Larson—Miller的等溫線外推法，試驗溫度546℃，試驗壓力為290MPa、280MPa、260MPa、240MPa、220MPa、200MPa。使用最小二乘法的外推趨勢方程式：

式中：y=logτ, τ——時間；

x=logR, R——應(yīng)力。

用外推法得假冒P91鋼管10萬h的持久強(qiáng)度R546℃=169.7MPa。

根據(jù)GB 9222—1988和SDGJ6-90核算,結(jié)果見表6。

表6 根據(jù)GB 9222—1988和SDGJ6-90核算結(jié)果表

（2）使用壽命估算

在嚴(yán)格控制運行條件和金屬監(jiān)督的基礎(chǔ)上,采用以蠕變?yōu)橹鞯氖Х绞綍r,利用持久強(qiáng)度外推法和?函數(shù)方程對剩余壽命進(jìn)行評估：在設(shè)計參數(shù)(17.4MPa、546℃)符合繼續(xù)運行10萬h的安全系數(shù)為1.5，若考慮分散系數(shù)0.8時，最少8萬h（自2006年2月投產(chǎn)，可以使用到2014年）。

3.2 運行在用檢驗結(jié)果

2010年12月，西安熱工研究所進(jìn)行了在用檢驗，結(jié)果如下：

1）材質(zhì)為 P91主蒸汽管道，實測硬度值范圍為HB175～266。

2）實測管子壁厚：φ407.5mm×37.85mm，大部分在33.50mm~35.50mm，其中最大38.92mm、最小31.50mm; 規(guī)格為φ560mm×50.5mm的大部分在47.5mm~51.50mm，其中最大59.07mm、最小42.24mm，計算管子壁厚滿足強(qiáng)度要求，但是部分管段存在壁厚不均，最大偏差量9.81mm(管段編號：H39-H40，規(guī)格：φ560mm×50.5mm)。

3）圓度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4）母材及焊縫經(jīng)超聲波探傷，所探傷部位未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷，符合JB/T 4730.3—2005中級的要求。

5）金相組織正常。

管段：H9-H10金相點：a規(guī)格：φ407.5×37.85材質(zhì)：P91金相組織：回火馬氏體放大倍數(shù)：400×

管段：H9-H10金相點：b規(guī)格：φ407.5×37.85材質(zhì)：P91金相組織：回火馬氏體放大倍數(shù)：400×

管段：H39-H40金相點：a規(guī)格：φ560×50.5材質(zhì)：P91金相組織：回火馬氏體放大倍數(shù)：400×

管段：H39-H40金相點：b規(guī)格：φ560×50.5材質(zhì)：P91金相組織：回火馬氏體放大倍數(shù)：400×

驗證檢驗結(jié)果說明當(dāng)初的判斷是正確的。

4 效果和管道更換

監(jiān)護(hù)運行期間未停產(chǎn)、未發(fā)生任何事故，每年的定期檢驗和金屬監(jiān)督檢驗均未發(fā)現(xiàn)異常和安全隱患；為保證設(shè)備安全，到2013年11月為止已按計劃提前一年更換完畢；經(jīng)檢驗，更換下來的管道外觀尺寸幾乎無變化，硬度值在正常范圍，蠕變幾乎為零。

5 結(jié)語

1）本次處理假冒P91鋼管事件的基本想法是“分2類3步走”實施，按照“急性病”急診先治，“慢性病”控制后治原則。首先將管道失效方式分為“急性病”和“慢性病”2類，“急性病”包括材料本身存在雜質(zhì)等制造缺陷、管道壁厚不夠和強(qiáng)度不足導(dǎo)致失效或者爆炸等因素；“慢性病”是以高溫蠕變的形式失效等因素。曲靖市某大型電廠600MW已經(jīng)使用的假冒P91鋼管既無短時的高溫力學(xué)性能數(shù)據(jù)報告，也無長時的持久強(qiáng)度等高溫性能數(shù)據(jù)報告，前者屬于 “急性病”，后者屬于 “慢性病”；第1步從技術(shù)角度探討繼續(xù)運行的可能性、安全性，第2步制定實施監(jiān)護(hù)運行、定期檢驗方案，第3步委托有關(guān)單位驗證性檢驗、訂貨及有計劃更換。

2）緊緊抓住決定高溫性能的供貨狀態(tài)、Cr、Mo、V、Ni化學(xué)成分和金相組織等關(guān)鍵要素，配以短時間能出結(jié)果的室溫性能、短時高溫性能、化學(xué)成分和金相組織等試驗，通過符合性、安全性評價，為制定方案提供技術(shù)支撐，這樣做可以為企業(yè)贏得時間，效益又非常顯著。

3）在遇到同類型問題時，必須堅持“以科學(xué)技術(shù)為支撐，大膽設(shè)想，小心求證”。用基于風(fēng)險思想方法解決處理質(zhì)量安全方面的問題，工作人員首先必須有責(zé)任心，不僅要認(rèn)真學(xué)習(xí)政策法規(guī)，掌握較好的專業(yè)理論知識、多下基層豐富實踐經(jīng)驗，更要有認(rèn)真細(xì)致、踏實、吃苦耐勞的工作作風(fēng)，其次是有積極的實事求是態(tài)度，不能一棍子打死，更不能盲目下結(jié)論。

綜上所述，歷時8年之久，基于風(fēng)險思想和方法處理假冒P91鋼管事件已經(jīng)結(jié)束。實踐證明，方法雖然不是十分嚴(yán)謹(jǐn)，風(fēng)險和責(zé)任很大，但在保證安全的前提下，主動積極探索解決實際工作中的質(zhì)量安全問題，為企業(yè)贏得了時間，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分顯著。

[1] 楊華春，屠勇.P91鋼管特殊性能試驗研究[J].壓力容器，2004，03：6-10+15.

[2] 于建明，鄭慶榮.關(guān)于SA-335P91鋼管材料的異常問題[J].中國特種設(shè)備安全，2011，27(08)：37-38.

Measure to Dispose the Fake P91 Steel Pipe Case in Utility Boilers Based on Risky Thinking

Zheng Peisheng Ye Weidong
(Yun'nan Qujing Mass Bureau of Quality and Technical Supervision Qujing 655000)

Based on the case in which the fake P91 steel pipes were used in utility boilers, this paper reviews‘Two Types , There Steps’ method used in overall processing procedures for eight years to ensure operation safety as well as reduce the loss. This method divides the failure mode into two types as medicine ways, including acute disease and chronic disease. Besides, there are three following steps that we should consider according to the case. It is necessary to discuss whether it is reliable to monitor the operation, to know what protective actions we should take, to discuss how to do the verification experiments and what we would do after them. The paper is for the peer to make a preliminary judgment and reference in similar cases. There may be some unscientific or even wrong viewpoints and practice in it.

Risk thinking Cope with Steel pipe Case

X933.2

B

1673－257X(2015)10-0068-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.10.018

鄭培生(1961～), 男，本科，高級工程師，從事承壓類特種設(shè)備安全監(jiān)察及檢驗工作，協(xié)助安全生產(chǎn)管理局從事危險化學(xué)品安全管理工作。

2015-04-11）