某電廠爆炸事故過去一段時(shí)間了，很多電力行業(yè)工作者還在深刻反思，電廠為什么會(huì)爆炸？高壓蒸汽管道有哪些風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)？如何規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，確保電廠安全建設(shè)、安全生產(chǎn)？本文帶您全面梳理一下高壓蒸汽管道爆裂原因、存在的危險(xiǎn)點(diǎn)以及防范措施。
高壓蒸汽管道爆炸原因
高壓蒸汽管道之所以會(huì)爆炸，其根本原因都是因?yàn)楣艿纼?nèi)的蒸汽壓力超過了管道的允許應(yīng)力所造成的。由于設(shè)計(jì)、制造以及材料等各方面因素，可能會(huì)出現(xiàn)蒸汽壓力超過了實(shí)際管道的允許應(yīng)力的情況，蒸汽從管道的薄弱點(diǎn)突破，高壓蒸汽到正常壓力環(huán)境中，蒸汽體積會(huì)瞬間增大，造成爆炸。
1、設(shè)計(jì)原因
設(shè)計(jì)選材不當(dāng)。高溫高壓管道壓力高、溫度高， 管道材料的選擇是安全的第一步。
管道布置不當(dāng)。高溫高壓蒸汽管道布置復(fù)雜，設(shè)計(jì)過程和應(yīng)力計(jì)算難道要求極高，所以管道布置的合理性顯得尤為重要。如果管道布置存在問題，就會(huì)使管道局部應(yīng)力增大，特別是彎頭、閥門、三通連接處以及支吊架等部位發(fā)生爆裂現(xiàn)象。
此外，管道柔性不足、固定方法不當(dāng)、震動(dòng)及溫度補(bǔ)償吸收能力不足，在交變在和作用下過早疲勞破壞，也會(huì)導(dǎo)致管道爆裂，從而引起爆炸。
2、材料制造原因
高溫高壓管道工作環(huán)境惡劣，對管材要求較高，所以管材質(zhì)量必須控制，以保證材料性能。
管材在廠家生產(chǎn)過程中會(huì)有紕漏，導(dǎo)致材料有沙眼缺陷，材料密度不均勻，材料應(yīng)力不合格等。
3、安裝施工檢修原因
安裝施工中焊接工藝不當(dāng)、焊接質(zhì)量不好，會(huì)造成長時(shí)間運(yùn)行后管道老化，焊口爆裂。
無損檢測不到位，因管理疏忽、工藝錯(cuò)誤或技術(shù)水平低下造成的缺陷漏檢，從而留下隱患。
此外，現(xiàn)場施工并沒有完全遵循設(shè)計(jì)圖紙，包括管道布置與設(shè)計(jì)圖紙不符、支吊架間距和支吊架形式與設(shè)計(jì)圖紙不符等，勢必導(dǎo)致管道在運(yùn)行過程中未按設(shè)計(jì)意圖膨脹、受力等，都會(huì)導(dǎo)致發(fā)生管裂或爆管現(xiàn)象。
4、運(yùn)行管理原因
超溫、超壓運(yùn)行操作，使管道應(yīng)力超過強(qiáng)度極限；閥門等的誤操作使流量、溫度、壓力失控。操作人員違反工藝紀(jì)律、巡檢制度不執(zhí)行、巡檢項(xiàng)目內(nèi)容不落實(shí)；不及時(shí)查找隱患、缺陷整改不及時(shí)，運(yùn)行管道運(yùn)行期間定期檢驗(yàn)制度貫徹不力等，都是運(yùn)行管理不當(dāng)，最終導(dǎo)致管道事故的發(fā)生。
高壓蒸汽管道的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)
1、設(shè)計(jì)參數(shù)的選取
電廠中的高壓蒸汽管道相對較多，高壓蒸汽中的許多管道溫度還很高。設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行情況準(zhǔn)確的確定管道的設(shè)計(jì)參數(shù)，而后根據(jù)管道的參數(shù)選用適合的材料、管徑和壁厚。
2、管材及管件質(zhì)量
隨著大容量高參數(shù)機(jī)組的不斷普及，目前新建工程的蒸汽管道參數(shù)不斷提高，主蒸汽壓力通常都在30MPa（相當(dāng)于3000米水柱高度）以上，溫度高達(dá)620℃以上，對管材及管件的要求相對較高?？刂乒懿募肮芗馁|(zhì)量，是防止高壓蒸汽管道爆炸的基礎(chǔ)工作。
3、管道與管件、閥門等的焊縫處
閥門、彎頭及三通等管件與管道連接處通常應(yīng)力相對集中，且很多在現(xiàn)場焊接，安裝施工中如果焊接工藝不當(dāng)、質(zhì)量不好，如焊條、焊絲選用不當(dāng)、焊條，焊劑未按要求烘干與保存，焊接加熱、冷卻、保溫不當(dāng)?shù)葧?huì)造成焊接裂紋；焊后熱處理工藝不當(dāng)會(huì)造成殘余應(yīng)力導(dǎo)致開裂；焊接中咬邊、錯(cuò)邊、未焊透等形成局部應(yīng)力過于集中，長時(shí)間的運(yùn)行導(dǎo)致管道老化，焊口爆裂。焊接質(zhì)量如果控制不好，在長期受力后，容易產(chǎn)生爆裂。
4、管道和支吊架的安裝
電廠中的高壓管道大多都伴隨著高溫，熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力需要合理的管道布置和支吊架設(shè)置來化解。但在施工過程中，有可能支吊架的安裝有偏差，或是管道在熱膨脹過程中受到某些鋼梁的阻礙，造成整個(gè)管系的受力改變，在長期運(yùn)行后，管系中某些薄弱點(diǎn)就有可能出現(xiàn)爆裂。
危險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)防措施
1、嚴(yán)控設(shè)計(jì)質(zhì)量
良好的設(shè)計(jì)是保證工程安全的基礎(chǔ)，尤其對于高溫高壓管道要嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，選擇準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上做好管材的選擇、管道的布置、管道應(yīng)力計(jì)算、支吊架的設(shè)置等相關(guān)工作。
以華北院的設(shè)計(jì)為例，高溫高壓管道采用CAESARII、glif、pipenet等業(yè)內(nèi)認(rèn)可的應(yīng)力計(jì)算工具進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的應(yīng)力校驗(yàn)，從而能夠做出準(zhǔn)確的應(yīng)力分析，保證管道的受力安全。同時(shí)采用三維設(shè)計(jì)，做好管道和支吊架的布置，在設(shè)計(jì)階段及早的發(fā)現(xiàn)碰撞，減少現(xiàn)場可能出現(xiàn)的修改，另外，在設(shè)計(jì)階段，通過圖紙的精細(xì)化設(shè)計(jì)、完善的校核制度，最大程度的保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而保證高溫高壓管道的設(shè)計(jì)安全。
CAESARII 計(jì)算軟件示例1
CAESARII 計(jì)算軟件示例2
PDMS三維設(shè)計(jì)示例
主汽管道計(jì)算圖
2、保證材料質(zhì)量
高溫高壓管道工作參數(shù)較高，對管材及管件的質(zhì)量要求就比較嚴(yán)格。如果管材及管件在廠家生產(chǎn)過程中有紕漏，管材及管件出現(xiàn)沙眼、熱處理不當(dāng)?shù)热毕莺?，就?huì)導(dǎo)致材料應(yīng)力不合格，從而容易引起事故。所以管材及管件質(zhì)量必須控制，以保證材料性能。
3、保證現(xiàn)場施工質(zhì)量
施工質(zhì)量是保證整個(gè)工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，對于高溫高壓管道，首先在現(xiàn)場要做好管材的檢驗(yàn)，對現(xiàn)場到貨的所有管材及管件均應(yīng)在施工前做好質(zhì)量檢驗(yàn)?，F(xiàn)場的焊接質(zhì)量直接決定高溫高壓管道的安全，高溫高壓管道的每一道焊縫必須做好檢驗(yàn)。同時(shí)在施工中要注意與設(shè)計(jì)圖紙的一致性，保證施工質(zhì)量。
4、加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)測
良好的設(shè)計(jì)和施工都是為運(yùn)行服務(wù)，反過來，運(yùn)行過程中必須按照設(shè)計(jì)參數(shù)的要求來運(yùn)行，在運(yùn)行過程中必須加強(qiáng)監(jiān)測，避免超溫超壓運(yùn)行，定期要做好金屬和焊縫以及支吊架的監(jiān)測工作，對于異?，F(xiàn)象做到早發(fā)現(xiàn)、早處理，杜絕一切可能的隱患。
案例說明
某電廠因焊接質(zhì)量不佳使其熱影響區(qū)產(chǎn)生延遲裂紋，從而在服役過程中發(fā)生開裂。管件裂紋的宏觀形貌如圖1～圖5所示。管件沒有變形和脹粗。裂紋沿焊縫與彎頭母材的交界處裂開。外表面裂紋長約220毫米。內(nèi)表面裂紋長約320毫米。與外表面裂紋相比，內(nèi)表面裂紋更粗更長。
圖1 管件宏觀形貌
圖2 管件外表面裂紋形貌
圖3 外表面裂紋宏觀形貌
圖4 管件內(nèi)表面裂紋形貌
圖5 內(nèi)表面裂紋宏觀形貌
宏觀檢查的結(jié)果表明，受檢管件裂紋沿彎頭母材和焊縫的交界處擴(kuò)展，內(nèi)表面裂紋較粗大，因此該裂紋起源于焊縫根部，且沿焊道由內(nèi)表面向外表面擴(kuò)展。
金相檢查結(jié)果表明，該裂紋位于焊接接頭熱影響區(qū)，沿?zé)嵊绊憛^(qū)細(xì)晶組織和彎頭母材粗晶組織的交界面擴(kuò)展，裂紋呈斷續(xù)狀。該裂紋具有焊接延遲裂紋的特征。由于細(xì)晶組織和粗晶組織的晶粒度反差巨大，這兩種組織的結(jié)合面成為焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。若焊接質(zhì)量不佳，存在較大的殘余應(yīng)力，則會(huì)在該部位存在較大的應(yīng)力集中并產(chǎn)生裂紋。由于該裂紋的主要特點(diǎn)是焊后不立即出現(xiàn)，產(chǎn)生延遲現(xiàn)象，所以稱為延遲裂紋。
采取措施如下:
焊后回火處理、焊縫出現(xiàn)裂紋時(shí)，焊工不得擅自處理，應(yīng)申報(bào)焊接技術(shù)負(fù)責(zé)人查清原因，制定出修補(bǔ)措施后才可處理。要求焊工嚴(yán)格按照焊接工藝卡操作、焊前將焊件邊緣經(jīng)氣割或碳弧氣刨后的殘留氧化鐵等雜物清理干凈等等。
以上只是一個(gè)簡單的例證，旨在提醒大家安全在電廠建設(shè)和運(yùn)行過程中的重要性。我們每一名電力人都要時(shí)刻提高警惕，從我做起，確保安全，人人認(rèn)真一小步，整個(gè)社會(huì)就會(huì)安全一大步。
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