劉亞芬
(中國(guó)能建 安徽電建二公司,安徽 合肥 230601)
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(tái)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(diǎn)項(xiàng)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(guó)電力建設(shè)工程咨詢公司和中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)公司西北電力設(shè)計(jì)院組成的聯(lián)合體承擔(dān)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、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。
(1)鍋爐水冷壁采用T23鋼,該鋼在國(guó)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(tái)機(jī)組中鍋爐T23鋼焊口有9000余只。且國(guó)內(nèi)外百萬千瓦級(jí)機(jī)組塔式鍋爐的T23水冷壁在啟動(dòng)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(shí)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(shí)施工,8萬余只焊口需要在不到16個(gè)月的時(shí)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(yàn)工作之間的作業(yè)時(shí)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(shí)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(shí)可行的措施防止母材和焊材的錯(cuò)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(chǎng)施工質(zhì)量控制的一個(gè)難點(diǎn)。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(shí)溫度不能過高,否則會(huì)導(dǎo)致鈦板氧化,鈦板焊接時(shí)要盡可能減少應(yīng)力集中,同時(shí)隔絕與空氣的接觸,避免氧化。
中國(guó)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(duì)銅陵工程涉及到的新型耐熱鋼T/P92和超級(jí)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(píng)定的編審批工作,同時(shí)出臺(tái)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(xiàng)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(jì)》《金屬試驗(yàn)施工組織設(shè)計(jì)》《熱處理施工組織設(shè)計(jì)》和《創(chuàng)建“優(yōu)秀焊接工程”活動(dòng)計(jì)劃書》,并報(bào)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(xiàng)制度和規(guī)定,在項(xiàng)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(cè)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(xiàng)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(píng)定:安徽電建二公司現(xiàn)有的《焊接工藝評(píng)定報(bào)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(píng)定不能覆蓋現(xiàn)場(chǎng)的需要(材質(zhì)、管徑、壁厚等因素)時(shí),提前聯(lián)系公司焊接中心,確保在項(xiàng)目開焊前有完整的焊接工藝評(píng)定報(bào)告指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的施工,截止工程竣工時(shí),公司已有焊接工藝評(píng)定178項(xiàng)。
(1)結(jié)合工程特點(diǎn),焊接中心組織了多批次針對(duì)本工程和百萬千瓦級(jí)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(duì)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(jí)別的方可參加銅陵工程建設(shè)。
(2)針對(duì)銅陵焊接工程的特點(diǎn),在銅陵施工現(xiàn)場(chǎng)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(duì)所有進(jìn)點(diǎn)焊工進(jìn)行上崗前考試認(rèn)可,并負(fù)責(zé)管理重要項(xiàng)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(jì)崗前焊接考核129人次。
(3)在施工過程中,焊接技術(shù)人員堅(jiān)持技術(shù)交底制度,并要求各級(jí)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(yàn)人員、熱處理人員都持有至少與電力系統(tǒng)相關(guān)等級(jí)證書,并報(bào)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(duì)焊接人員進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理,對(duì)一個(gè)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(duì)焊接管理人員進(jìn)行績(jī)效考核,確保人員的能力和工作效率始終滿足工程需要。
(1)銅陵工程的焊接設(shè)備進(jìn)點(diǎn)前都進(jìn)行了專項(xiàng)檢查,確保機(jī)械設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠,方能進(jìn)駐現(xiàn)場(chǎng)。
(2)焊接設(shè)備、熱處理設(shè)備、檢驗(yàn)和檢測(cè)設(shè)備均進(jìn)行了計(jì)量和檢驗(yàn),確保指示盤表的正確性。
(3)對(duì)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。
焊件組對(duì)時(shí)嚴(yán)禁強(qiáng)力對(duì)口;焊件清理時(shí),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(shí)焊接。
本工程采用的鋼材種類多達(dá)20余種,必須采取切實(shí)可行的措施防止母材和焊材的錯(cuò)用,為此,項(xiàng)目部針對(duì)性的制定了《金屬技術(shù)監(jiān)督實(shí)施細(xì)則》和《合金鋼設(shè)備材料復(fù)核標(biāo)識(shí)管理辦法》,對(duì)不同顏色的合金鋼標(biāo)識(shí)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(tái)明顯處懸掛各類材料的色標(biāo),提醒作業(yè)人員不要錯(cuò)用材料。本項(xiàng)目因?yàn)榻饘偌夹g(shù)監(jiān)督到位,未發(fā)一起錯(cuò)用材料事件。
所有焊接材料均由經(jīng)過合格供應(yīng)商評(píng)審的生產(chǎn)廠家提供,項(xiàng)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(chǎng)后,進(jìn)行一定比例的開箱外觀檢驗(yàn),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(bào)審中附上合格的光譜報(bào)告,有效遏制了不合格材料在工程中的使用。
現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)時(shí),要求焊接三級(jí)質(zhì)檢員對(duì)正在施焊的項(xiàng)目不定期抽查焊工使用的焊材是否正確,現(xiàn)場(chǎng)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。
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(duì)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(duì)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(cè)溫筆,管理人員配備測(cè)溫槍,過程中不定期抽檢。
本工程焊接、熱處理、檢測(cè)存在較突出的作業(yè)時(shí)間矛盾,為解決這一問題,項(xiàng)目部在每周的生產(chǎn)例會(huì)上進(jìn)行作業(yè)時(shí)間的協(xié)調(diào),并多次專門組織召開焊接、熱處理和檢測(cè)的協(xié)調(diào)會(huì),根據(jù)工程的進(jìn)度不斷動(dòng)態(tài)調(diào)整鍋爐安裝施工、焊接、熱處理和焊后檢驗(yàn)的時(shí)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(huì),對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)予以協(xié)調(diào),在金屬試驗(yàn)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(yàn)的順利進(jìn)行。
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(duì)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(gè)重點(diǎn)。為此,對(duì)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(cè)溫設(shè)備,獎(jiǎng)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(guó)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(yàn)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(duì)稱焊接、跳焊、多只焊口交錯(cuò)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(shí),焊后可空冷。
通過實(shí)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(guó)內(nèi)也是國(guó)際上首家水冷壁使用T23鋼,168 h試運(yùn)行不爆管的安裝單位。安徽電建二公司更據(jù)此申報(bào)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(shí)注意采用短弧焊、快速焊,防止鈦金屬過熱,同時(shí)注意辨識(shí)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)。
本工程鍋爐為百萬千萬級(jí)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(duì)同類型機(jī)組在調(diào)試、整套啟動(dòng)和168 h試運(yùn)行期間頻繁出現(xiàn)爆管的問題,對(duì)T23鋼管及其密封部件的焊接進(jìn)行了焊接工藝試驗(yàn)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》。
針對(duì)P91、P92鋼和Supper304、H3RC超級(jí)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。
由于焊口設(shè)計(jì)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。
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(chǎng)施工質(zhì)量控制的一個(gè)難點(diǎn)。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(jiǎn)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(chǎng)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。
(1)本工程焊口SA檢驗(yàn)66 591處,檢驗(yàn)正確率100%,熱處理曲線符合率100%。鍋爐水壓試驗(yàn)一次成功,168 h連續(xù)滿負(fù)荷并網(wǎng)試運(yùn)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(dòng)和168 h試運(yùn)行期間頻繁爆管的問題。
(3)本工程受監(jiān)督焊口共計(jì)81 570只,其中RT檢驗(yàn)48 310只,UT檢驗(yàn)21 578只,無損檢驗(yàn)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(píng)價(jià)為高質(zhì)量等級(jí)優(yōu)質(zhì)工程。
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