火力發電廠低壓管道金屬監督探討

張云杰，高午印，田世慧

(國電電力大同第二發電廠，山西 大同 037043)

1 機組與相關設備介紹

某火力發電廠安裝6臺國產20萬kW發電機組，機組型號為N200-13.7/535/535，機組形式為超高壓中間再熱三排汽冷凝式汽輪機。

給水回熱加熱系統由3臺表面式高壓加熱器、1臺混合式除氧器、4臺表面式低壓加熱器組成，除氧器采用立式噴霧淋水盤結構，除氧器容積為180 m3，設計工作溫度158 ℃。

2 事件經過

2018-09-20T05：58，4號機組按 AGC 指令開始升負荷。06：17：32，機組負荷升至185 MW，除氧器壓力0.43 MPa，汽包水位-2.8 mm。06：17：44，DCS顯示4號機除氧器壓力出現下降趨勢(機組負荷穩定)。06：18，當值運行人員聽到單控外突出響聲，同時DCS顯示除氧器壓力呈快速下降趨勢，4號鍋爐10 m平臺汽水彌漫人員無法進入。06：20，運行人員切機組協調，手動快速降低機組負荷。06：22，汽包水位低至300 mm，MFT滅火保護動作，鍋爐滅火，因鍋爐10 m平臺汽水較大，運行人員無法判斷具體故障原因及部位。06：25，運行人員手動緊急停機。

停機后，就地檢查發現4號機除氧器汽平衡母管焊縫爆破，運行人員關閉汽平衡管至除氧器手動門、汽平衡管至軸封手動門，爆破點被隔離，機組具備啟動條件。06：55，向電網調度申請4號機組啟動。

3 檢查及處理情況

4號機除氧器汽平衡母管直徑為528 mm，管道壁厚為8 mm，管道制作采用卷板直縫焊接方式，兩段相鄰管道采用對接焊接。用直讀光譜儀分析，Fe含量為99.7 %，管道材質為碳鋼。

4號機除氧器汽平衡母管焊縫爆破口呈“L”狀，爆破口長邊為1 100 mm，短邊為340 mm，爆破口宏觀觀察，管道焊口存在不同程度的“咬邊”與“凹陷”缺陷。

對4號機除氧器汽平衡母管其他管段進行檢查，未見異常。臨時措施是將爆破管段及兩端焊縫進行切除，更換為管道直徑為528 mm、管道壁厚為10 mm的無縫碳鋼管;長期措施是利用機組大、小修機會，分批對各機組除氧器汽平衡母管進行全部更換。

4 金屬檢驗

事件發生后，電廠邀請了國電南京電科院，現場對爆破的4號機除氧器汽平衡母管進行了金屬檢驗，檢測情況具體如下。

(1) 厚度測量。對爆口邊緣以及附近母材進行厚度測量，壁厚均在7.5～7.7 mm，未發現減薄現象。

(2) 硬度測量。現場用便攜式里氏硬度計對爆口附近母材以及其他管段母材進行硬度測試，其結果在110～120 HLDHB (由于管子壁厚不滿足便攜式里氏硬度計測量的技術條件，可能存在一定的誤差）。

(3) 復膜金相檢驗。對爆口邊緣以及附近母材、相鄰管段的焊縫以及母材進行現場復膜檢驗，該管道母材的金相組織為均為鐵素體+珠光體，焊縫組織為貝氏體。

檢驗結論：結合宏觀形貌以及現場檢驗檢測結果，初步判定管子是由于焊接質量(如根部未焊透、焊接工藝執行等)的原因，導致在長期運行條件下開裂。

5 原因分析

(1) 依據《國電南京電科院現場檢驗報告》，結合除氧器汽平衡母管爆破口宏觀形貌及焊口宏觀形貌，確定管道爆破原因為管道焊口存在“咬邊”與“凹陷”缺陷，為該次事件發生的直接原因。

(2) 查閱歷次機組檢修記錄，4號機除氧器汽平衡母管自1986年12月投產以來，未進行過更換，因此，確定電廠基建時焊口質量存在缺陷，是該次事件發生的直接原因。

(3) 電廠基建期間管道焊接質量把關不嚴，電廠運行期間對低壓管道金屬監督重視不夠，是該次事件發生的間接原因。

6 火力發電廠低壓管道特點

(1) 壓力小于1.6 MPa的管道稱為低壓管道，火力發電廠低壓管道主要包括：凝結水系統、循環水系統、開式與閉式冷卻水系統、低加疏水、汽輪機抽汽系統、真空系統、潤滑油系統、除氧器蒸汽與溢放水系統、輔助蒸汽、鍋爐蒸汽吹灰系統、壓縮空氣系統等，低壓管道系統非常多。

(2) 低壓管道遍布廠房各層，廠區綜合管架、各類管溝以及廠區地下，管道布置非常分散。

(3) 低壓管道內介質主要有：汽、水、油、空氣等，管道材質主要有Q235，20號鋼等碳素鋼。

7 低壓管道金屬監督的管理問題

(1) 重視不夠。低壓管道因其內部介質溫度低、壓力低，人們普遍認為如果低壓管道發生問題，不會對人身安全和機組安全造成危害，因此，無論火力發電廠的基建期還是投產期，低壓管道的金屬監督都是重視不足、監管不夠。

(2) 監管缺失。火力發電廠通常從事金屬監督工作的人員比較少，但低壓管道在火電廠分布廣，安裝地點非常分散，如果真正將低壓管道納入到企業金屬監督的項目來管理，就會造成金屬監督工作量的成倍增加，因此，“人少活多”低壓管道“缺管”的現象比較普遍。

(3) 缺少硬性規定。電力行業沒有對低壓管道金屬監督進行明確的管理規程，如火電廠普遍執行的DL/T438《火力發電廠金屬技術監督規程》中，只對工作溫度高于或等于400 ℃、壓力高于或等于3.8 MPa的高溫承壓部件以及汽輪機大軸、葉輪、葉片、拉金、軸瓦和發電機大軸、護環、風扇葉、鍋爐鋼結構等金屬監督進行了明確規定和要求，但低壓管道施工后驗收與投運后日常金屬監督，缺少強制性的規定。

8 火力發電廠低壓管道金屬監督建議

(1) 火力發電廠要高度重視低壓管道金屬監督管理工作，要認真吸取行業內低壓管道發生的人身傷害事故和機組非停障礙教訓，將低壓管道納入廠的金屬監督管理工作中，明確責任單位與責任人，確保低壓管道金屬監督工作落到實處。

(2) 火力發電廠要結合該廠生產實際情況，制定低壓管道定檢計劃，確保低壓管道在一定的時間內，全部做到定檢定修。

(3) 金屬管道失效的主要形式為磨損、斷裂、腐蝕，低壓金屬管道失效的主要形式為腐蝕、斷裂。采取的預防措施：一是優化管道結構，外形方面力求簡單，降低介質流速，減少積水與積塵，減少縫隙，避免產生振動和顫動，減少使用應力、裝配應力和殘余應力;二是降低環境溫度與濕度，降低介質中的含氧量低于10-9數量級，控制介質pH在8～13;三是采用陰極保護法或陽極保護法，避免產生原電池或腐蝕電池;四是采取加藥或過濾手段，提高介質品質，減少水垢和水渣;五是合理添加緩蝕劑，延長管道使用壽命。

低壓金屬管道斷裂主要發生在焊口部位，焊接質量存在缺陷是其斷裂發生的主要原因，焊口缺陷產生原因與預防措施如表1所示。

(4) 低壓管道可采用宏觀檢驗與壁厚測定方法檢查。宏觀檢驗主要采用目視方法，必要時利用內窺鏡、放大鏡和測量工具，檢驗項目主要包括支吊架、膨脹節、管道幾何尺寸等結構檢驗，焊口裂紋、錯口、咬邊、弧坑、滿溢、凹陷、過凸、扭曲變形、波浪變形等焊接質量檢驗，防腐層、漏泄、保溫、色環、管道標識等管道外表面檢查。

壁厚測定一般采用超聲測厚方法，檢查位置主要是易受腐蝕、沖蝕、制造成型時壁厚減薄和使用中易產生變形、積液、磨損等部位，如彎頭、三通和異徑管等處。低壓管道重點部位或重要低壓管道，可采用著色或磁粉等表面缺陷檢測方法，也可采用射線或超聲波埋藏缺陷檢測方法。

低壓管道定檢工作，建議以檢查表的形式進行，要明確檢查項目、檢查位置、檢查或檢測方式，定檢結果要及時做好記錄，并及時歸檔。

表1 焊口缺陷產生原因與預防措施