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11火力发电厂金属技术监督管理吉林省电力科学研究院刘铁军1．金属技术监督全方位管理金属监督metalsupervision金属监督是火力发电厂发电设备金属构件安全运行的技术和管理工作，是电力生产、建设中技术监督的重要组成部分。通过对受监部件的检测和诊断，及时了解并掌握设备金属部件的质量情况，防止由于选材不当、材质不佳、焊接缺陷、运行工况不良、应力状态不当等因素而引起的各类事故，从而减少机组非计划停运次数，提高设备安全运行的可靠性，延长设备的使用寿命。检查和掌握金属构件在服役过程中金属组织变化、性能变化及缺陷萌生发展，通过科学分析，及时更换或修补恢复；参加受监部件事故的调查和原因分析，总结经验，提出对策，并监督实施。1.1金属监督工作重要性1.1.1电力行业初期开展四项技术监督专业之一。1962年吉林省电力系统开展绝缘、化学、仪表、金属等4项技术监督网和继电、过电压2个管理网，修编各种规章制度，开展技术监督工作。随着电力科学技术的进步及社会对电力安全生产要求的逐步提高，电力技术监督专业范围逐步扩大到后来的9项（增加电能质量、继电保护及安全自动装置、节能、环保），2008年技术监督规程中扩大到12项（增加发电机励磁系统、汽（水）轮机、水工）专业。1.1.2全国发电企业前50年发电机组非停事故率公认统计数据：电站锅炉事故率占机组事故率≥60%，其中：焊接质量事故率占锅炉事故率≥40%；占机组事故率≥24%；锅炉受热面爆漏事故率占锅炉事故率≥60%，占机组事故率≥36%；其他金属部件损伤事故率占机组事故率≥10；受监金属部件损伤破坏事故率占机组事故率≥24+36+10=70%。1.1.3原电力部长史大桢说过：“不重视电站锅炉压力容器安全，将厂无宁日！”。火力发电厂主专业为机、炉、电。金属专业作为辅助专业，对机组安全、稳定运行影响很大，2/3以上机组非停都与金属受监部件失效有关。金属监督已经引起各发电集团公司、发电厂各级领导及专业人员的高度重视，金属监督的重要性不言而喻。全方位金属监督涉及电厂各个专业及部门：锅炉、汽机、化学、热工、检修、物资等部门，金属、焊接、本体、管阀等班组。全过程金属监督涉及设计、制造、安装、调试、运行、检修、技改等。21.2金属监督任务指导方针：安全第一、预防为主、综合治理。由于受监金属的固有特性及其特定的工作环境，金属部件都有其不同的寿命。火电厂受监设备金属部件材质不同、工作环境不同，损伤失效特征也不同。金属固有特性决定其不同的使用寿命。如果工作环境发生变化（如温度、应力、腐蚀、磨损等）或金属部件存在原始缺陷，都将加剧金属部件损伤速度而最终提前失效破坏。受监金属部件损伤破坏是无法避免的。通过金属技术监督管理，结合机组检修开展必要的金属检验项目以及发电锅炉和压力容器的定期外部和内部检验，开展全方位、全过程的金属技术监督管理，就可以及时发现受监金属部件的缺陷，将缺陷消灭在事故发生前，将事故率降低到最低限度。案例12006年，一汽自备电厂锅炉汽包集中下降管爆裂，万幸未伤及人员。分析：DL438—2009《火力发电厂金属技术监督规程》9.2条规定：锅炉投运5万h时，应对锅筒进行第一次检查，以后检查周期结合大修进行。检查内容：a)对集中下降管管座焊缝应进行100%超声波探伤，分散下降管管座焊缝进行抽查。（为什么作此规定？经验，机理）。电力行业电厂执行规程规定，机组大修检验中发现了大量裂纹缺陷，及时消缺处理，将事故消灭在萌芽之中。该厂机组50年代投产，不执行电力行业金属监督规程。投运后没有进行集中下降管检验，爆漏是必然结果。1.3金属监督范围火力发电机组几乎所有设备都由金属部件组成，并非所有金属部件都要监控。火电厂金属技术监督规程明确规定受监金属部件范围：a）工作温度大于、等于450℃的高温承压部件（含主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道、过热器管、再热器管、联箱、阀壳和三通），以及与管道、联箱相联的小管道；b）工作温度大于、等于435℃的导汽管；c）工作压力大于、等于3.82MPa的锅筒和直流锅炉的汽水分离器；d）工作压力大于、等于5.88MPa的承压汽水管道和部件（含水冷壁管、省煤器管、联箱和主给水管道）;e)300MW及以上机组的低温再热蒸汽管道；f）汽轮机大轴、叶轮、叶片和发电机大轴、护环、风扇叶；g）工作温度大于、等于400℃的螺栓；h）工作温度大于、等于435℃的汽缸、汽室、主汽门、喷嘴、隔板和隔板套。机组运行时间不同，受监金属部件不同，金属检验项目和抽检比例也不同。31.4金属监督涉及专业火电厂几乎所有专业都配置受监金属设备和部件，监督管理水平直接关系到受监金属部件的健康状况和使用寿命。1.4.1锅炉专业锅炉燃烧方式调整不当，火焰中心偏斜或上移，将引起局部受热面管壁温度长期超温过热。受热面管外壁结焦和内壁结垢将导致传热性能下降，汽水循环不畅将导致冷却作用降低、管壁温度升高，这些都会引起受热面管壁温度超温过热。锅炉受热面管工作环境恶劣，外壁受火焰和高温烟气加热，内壁承受高温、高压汽水介质应力作用；同时还受到启炉期间管排膨胀阻力、焊缝的焊接残余应力、管排自重等引起的附加应力作用。长期运行将引起管材发生蠕变损伤破坏。管壁温度越高、应力越大、运行时间越长，蠕变损伤破坏速度越快。根据锅炉运行参数不同，受热面管设计选用材质不同。每种钢材都对应有最高允许使用温度和设计温度，运行中应监控受热面管壁温度不许超过设计温度，否则受热面管将提前损伤破坏发生爆管非停事故。锅炉运行主要监控参数：主蒸汽温度、压力，再热蒸汽温度、压力，受热面管壁温度、汽包上下壁温差、汽包水位等。控制这些运行参数不超温、不超压、不超差。存在问题：异常不记录、记录不分析、分析无措施、措施无闭环。1.4.2汽机专业重要受监部件：大型铸件-汽缸、高速转动部件-转子、叶片、螺栓等。螺栓为紧固件，在运行工况下承受高温和预紧力作用，长期运行后会发生应力松弛现象。预紧力过小会导致汽缸密封面泄漏；预紧力过大会引起螺栓内应力增加，在高温下长期运行会发生蠕变现象。将导致金相组织提前发生变化（如形成网状组织），材料变脆而发生脆性断裂。检修建议使用液压紧力扳手拆装螺栓，根据规定控制螺栓预紧力在设计值内。检修注意事项：a使用大锤拆装螺栓，冲击力易造成螺栓损伤，预紧力无法控制。B使用火焰直接加热拆卸螺栓，无法控制温度导致螺栓金属组织过热、过烧，甚至局部烧熔。DL/T439-2006《火力发电厂高温紧固件技术导则》4.3.2条款规定：螺栓中心孔局部烧伤溶化应作报废处理。松花江电厂2007年、2008年连续2年发生螺栓孔局部火焰加热烧熔事件，专门下发监督意见单要求必须报废处理，造成很大经济损失。1.4.3热工专业各类受监金属部件都装设温度、压力等计量表计，为承压设备和管道寿命监测提供监控依据。4热电偶布设焊接是否紧密牢固，补偿导线布设是否合理，计量表计是否定期校验等。决定受监金属部件金属温度的准确性。例如：主蒸汽温度误差+10℃，材质寿命将降低一半左右。依据运行规程要求，监控主蒸汽、再热蒸汽温度，受热面管壁温度不许超过设计温度运行。坚持记录统计报表考核，就是要监控这些承压管道在规定参数内运行。如果表计出现误差，全部监控过程将流于形式。机炉外各类表管安装应符合规程要求。如主蒸汽管监视段不许随意开孔；运行十万小时应全部更换。建立机炉外管管理台帐，计划分批次检验，防止泄漏。1.4.4化学专业控制汽水品质符合规程各项指标，避免结垢和腐蚀。按期进行汽水品质化验分析，发现超标异常数据应及时分析、查找原因。省内部分电厂水冷壁管内壁发生垢下腐蚀，甚至发生氢脆爆管事故，与定期汽水品质监控质量有关。案例：1985年，长春热电一厂1号炉过热器管频繁爆管，爆漏位置无规律性。割管取样检验，金属组织严重球化，表明管壁长期超温过热。全部更换过热器后不久，又相继发生无规律性爆管事故。多次割管取样检验，金属组织短期内又发生严重球化，表明管壁仍存在长期超温过热现象。频繁爆管迫使电厂采取堵管处理，在一次堵管抢修中无意发现联箱短接管内严重结垢，扩大性检查发现，没有更换的联箱短接管内全部严重结垢，蒸汽通流面积缩小严重降低了蒸汽对管外高温烟气的冷却作用，致使管壁长期超温过热最终导致频繁爆管。锅炉受热面管内壁结垢原因，一是汽水品质定期取样化验分析不规范，二是没有定期取样进行垢量分析，及时进行化学酸洗处理。1.4.5物资供应火力发电厂金属技术监督规程新增监督项目，目的要把好受监金属材质质量第一关。受监金属部件储运监督管理除执行物资管理有关规定外，还应执行金属技术监督要求的相关技术条件。如受监金属部件、钢材、焊材必须附质保单、合格证等，入库前应委托金属检验合格后分类表识存放，避免错收错发。焊接材料存必须上架摆放、有效期1-2年（超期作工艺评定），库房湿度控制≯60%；钢材存储防锈蚀、不锈钢禁止直接接触碳钢架等。省内每年都发现有错用钢材事件。锅炉受热面管如果合金管材错用低等级的碳钢管材，少则几百小时，多则上千小时就会发生爆管事故，造成机组非停事故，损失很大。案例：2010年6月，电科院在松原油田热电厂监督检查发现，汽机侧主蒸汽母管一个三通错用碳钢材质（原设计材质12Cr1MoV，运行温度535℃/压力8.8MPa，累计运行时间49617小时）。下发监督预警单更换后检验发现，金属组织发生严重球化、严重石墨化和局部蠕变裂纹。该三通已处5于即将爆破的临界状态。究竟在哪一环节发生错用已无法考证，表明该厂金属监督工作不到位。1.4.6试样加工锅炉受热面管定期割管取样作机械性能试验、金相分析和一些失效分析等项目检验。试样加工很重要，要求：执行规程正确、提供加工图纸规范、试样标记无误、验收合格送检。注意事项：试样加工尺寸符合图纸要求，火焊切割预留机械加工区段，防止金属过热发生组织变化；小径管条形试样两侧平行、表面光洁度应符合标准要求；试样追踪标记（向火与背火、冲击试样开口位置、取样位置等杜绝混淆）。断口表面避免人为二次损伤。任一环节出现差错都会使试验数据严重失真，导致分析结论失误。1.5金属技术监督档案管理①原始资料档案a）受监金属部件的设计、制造、安装单位应移交有关原始资料；b）受监金属部件的用钢资料；c）机组超参数运行时间、启停次数和运行累计时间等资料。②专门技术档案：a）主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道监督档案；b）受热面管子监督档案；c）锅筒监督档案；d）联箱、给水管道监督档案；e）重要转动部件监督档案；f）高温螺栓监督档案；g）大型铸件监督档案；h）焊接质量监督档案；i）事故分析及异常情况档案；j）反事故措施及各种部件缺陷处理情况档案；k）机组超参数运行时间、启停次数和运行累计时间等资料。③管理档案a）全厂金属技术监督组织机构和职责条例；b）上级下达的金属技术监督规程、导则以及厂级编制的金属监督实施细则；c）金属技术监督工作计划、总结等档案；d）焊工技术管理档案；e）仪器设备档案。61.6火电厂金属监督专工职责1.6.1协助总工程师组织贯彻上级有关的金属技术监督规程、条例、标准和制度，督促检查金属技术监督实施情况；1.6.2组织制定本单位的金属技术监督规章制度和实施细则，负责编写金属技术监督工作计划和工作总结；1.6.3审定检修或安装中金属技术监督检测项目；1.6.4及时向上级主管（公司）和归口单位呈报监督报表、大修工作总结、事故分析报告和其他专题报告。1.6.5参加有关金属技术监督部件的事故调查以及反事故措施的制订。1.6.6参与基建过程中有关金属技术监督工作的全过程管理。1.6.7负责组织金属技术监督活动。1.6.8组织建立健全金属技术监督档案。1.7物资供应单位金属监督兼职工程师职责1.7.1协助主管领导贯彻执行上级有关规程、条例、标准和制度。1.7.2监督、检查受监范围内钢材、钢管和备品、配件所附的质量保证书、合格证是否齐全或有误。1.7.3督促做好钢材、钢管和备品、配件的质量验收、保管和发放工作，严防错收、错发。72锅炉受热面管技术监督管理火电厂锅炉受热管泄漏引起的机组非停占机组非停时间近一半左右，而少发电量占全部事故少发电量一