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电站锅 炉流量计安全状况分析及应对


电站锅 炉流量计安全状况分析及应对,分析了 电站锅炉常用流量计的结构形式, 查找在安全监管、制造、采购、安装、检验等 环节存在的问题并提出相应的对策, 为加强 流量计的安全管理提供参考借鉴。

2016年8月11日, 湖北当 阳发生一起因主蒸汽管流量计焊缝爆裂, 造成22人死亡的重大事故。近期, 笔者单 位又在多家热电企业主蒸汽管流量计制造焊缝上发现严重裂纹缺陷。被发现 缺陷的流量计和当阳事故流量计的结构、缺陷形式、安装位置都极为相似, 一旦焊口泄漏, 危害性极大, 存在严重事故隐患。虽然被 发现缺陷的流量计已经被安全处置, 但目前 国内类似流量计大量存在, 可能存在相似隐患, 应引起 各方面高度重视。

1 电站锅 炉常用流量计构造
流量计 在电站锅炉及其相连管道上广泛使用, 主要用 于测量锅炉主蒸汽、主给水 以及减温水流量, 属于承压部件。电站锅 炉常用流量计包括两大类型:法兰型 流量测量装置和焊接型流量测量装置, 这些都 属于差压式流量计。法兰型 流量测量装置包括流量测量孔板系列和对焊法兰系列[1]。焊接型 流量测量装置主要用于高压汽水管道 (主汽、给水) , 包括LCP型长颈喷嘴系列、焊接流 量喷嘴系列和焊接流量孔板系列。
长颈喷 嘴系列流量计主要用于高压主蒸汽管道, 适用公称通径DN从50 mm至500 mm, 适用公称压力PN从4.2 MPa至13.7 MPa, 材质主要为合金钢。常见结构形式如图1所示。

 图1 长颈喷嘴系列流量计
焊接喷 嘴及焊接孔板系列, 主要用 于主蒸汽或高压主给水管道, 适用公称通径DN从50 mm至550 mm, 适用公称压力PN从4.2 MPa至37 MPa, 材质主 要为碳钢或合金钢, 常见结构形式如图2、图3所示。流量计 通过测量管内节流件前后压差变化换算得到流量大小, 为了测量压力需要, 如图2中A处所示, 设置了 压力取源管及取源缝隙。为了固 定喷嘴或孔板需要, 焊缝位 置厚度较薄且有台阶状结构 (如图2中B处所示) 。

 图2 焊接喷嘴流量计

 图3 焊接孔板流量计
法兰型 流量计主要是用于普通用途, 适用公称压力PN从1.0 MPa至10.0 MPa.常见结构形式如图4所示。

 图4 法兰型流量计
2 电站锅 炉用流量计存在的问题
2.1 监管环节存在的问题
新出厂 的流量计必须通过计量器具型式评价并取得《计量器 具型式批准证书》。但流量 计的计量器具型式评价体系主要满足计量的**度, 而对流 量计的使用安全性并未涉及。2018年7月3日, 国家市 场监管总局下发了市监特函[2018]515号《市场监 管总局办公厅关于开展电站锅炉范围内管道隐患专项排查整治的通知》, 2018年10月12日国家 市场监管总局下发特设局函[2018]18号《市场监 管总局特种设备局关于流量计 (壳体) 有关问题请示的意见》, 规定用 于电站锅炉范围内管道上的流量计 (壳体) 可以由 压力管道元件制造单位制造, 也可以 由相应级别的锅炉制造单位制造。但目前流量计 (壳体) 制造尚 无相应的国家标准或者行业标准, 大部分 制造企业甚至无相应的企业标准, 流量计 的规范管理还将面临一段时间的过渡期。
2.2 制造环节存在的问题
2.2.1 制造标准问题
目前差 压式流量计的制造标准仅有:GB/T2624.1—2006《用安装 在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量第1部分:一般原理和要求》、GB/T 2624.2—2006《用安装 在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量第2部分:孔板》和GB/T 2624.3—2006《用安装 在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量第3部分:喷嘴和文丘里喷嘴》等, 这些标准对孔板、喷嘴的 结构都作了规定, 但对流量计的材质、焊接以 及焊缝的质量要求等未作出规定, 而DL/T 695《电站钢制焊接管件》中并无 流量计的相关制造规定[2]。所以, 流量计 的制造标准在安全要求方面还是一片空白。
2.2.2 制造缺陷问题
电站锅 炉主蒸汽用流量计在制造上主要有以下问题:筒体材 质为低合金耐热钢, 材料对再热裂纹、延迟裂纹敏感;筒体厚度大, 焊接工艺复杂;结构较复杂, 制造质量控制难度大。另外, 部分流 量计存在原材料金相组织不符合要求、焊接材 料不符合标准要求、焊缝未进行无损检测、未进行 整体耐压试验或泄露性试验等问题。有些企 业生产的流量计焊缝内部往往存在焊接裂纹、未焊透、未熔合、夹渣等缺陷, 这些流 量计都带病运行, 存在严重事故隐患。
2.3 采购环节问题
对本地 区热电企业进行检查时, 没有一 家企业能提供所采购流量计制造厂的《计量器 具型式批准证书》以及流 量计的材质证明书、焊缝热处理报告、焊缝无损检测报告。制造厂 未提供或用户未索取流量计出厂质量证明资料是本地区普遍存在的问题。
2.4 安装环节问题
流量计 与主蒸汽管的连接一般在锅炉冲管结束后完成, 而锅炉 主要的承压部件都在水压试验前完成安装、检测以及强度试验, 合格焊 工以及无损检测人员都已经撤离安装现场。部分安 装现场出现了无合格焊工证人员焊接流量计、焊缝未 进行热处理和无损检测等问题, 相关的 施工记录也未存档, 无法对 流量计与主蒸汽管的连接焊缝质量进行追溯, 而这些 焊缝中往往存在未焊透、夹渣等缺陷。
2.5 检测环节存在的问题
2.5.1 超声波检测
超声波检测时, 应满足焊缝两侧*低扫查距离L, L按式 (1) 计算:
式中L———*低扫查距离, mm
K———超声波探头K值
T———被测工件厚度, mm
以检验 时发现的一只缺陷流量计为例, 流量计筒体实测壁厚T=33.7 mm, 若选用K2探头, 按式 (1) 计算得到L为168.5 mm, 而该流 量计可扫查区域实测值为95.1 mm, 小于NB/T 47013.3—2015对检测区长度的要求, 因此超 声波检测不能覆盖完整的待检区域[3]。
2.5.2 常规射线检测
上述缺 陷流量计双壁厚度67.4 mm, 再加内置孔板厚度, 远远超 过了常规射线能穿透的范围, 无法进行检测。
2.5.3 TOFD、相控阵检测
由PCS计算可得TOFD检测需要的焊缝两侧*低扫查距离G, 计算公式如式 (2) :
式中G———*低扫查距离, mm
tanθ———TOFD探头夹角正切值
T———被测工件厚度, mm
流量计实测壁厚T=33.7 mm, tanθ=1.96, 按式 (2) 计算得到G为88 mm, 而该流 量计可扫查区域实测值为95.1 mm, 满足TOFD检测工 艺对扫查距离的要求[4]。由于流 量计内部台阶状结构的原因, TOFD杂波较多, 对焊缝 根部检测结果的判定影响大, 同时还存在近表面、底面盲 区及取源管处不能扫查等问题。
2.5.4 在用流量计检验
热电机 组广泛采用主蒸汽、主给水管母管制, 然而长期运行后, 切断阀门无法关死, 存在窜汽、窜水现象。单台锅炉停炉冷却后, 主蒸汽、主给水 管温度仍然高于60℃, 存在检验工作人员被**的风险, 致使大 部分检验项目都无法开展。因此, 在锅炉内检时, 对于主蒸汽、主给水 管上流量计的检验工作, 往往因 为条件所限不能真正做到位。
3 改进建议
3.1 监管环节
3.1.1 按照市监特函[2018]515号和特设局函[2018]18号文件规定, 将流量 计纳入压力管道元件管理, 在相应 许可规则发布前, 要求生 产单位将流量计按照压力管道元件组合装置进行管理。有关部 门和单位应尽快组织制定流量计筒体的制造标准, 保证制 造的规范性和安全性。
3.1.2 开展在 用电站锅炉流量计安全隐患专项排查整治工作, 督促各 电站锅炉使用单位, 结合电 站锅炉范围内管道的内部检验, 委托经 核准的单位对在用的未经监 督检验的流量计进行检验并保存检测报告。如发现 安全隐患应予以消除, 否则不得投入使用。对超期 未检验的电站锅炉范围内管道, 交由当 地特种设备安全监管管理部门列入重大隐患, 报市级 地方政府安委办挂牌督办。
3.2 制造环节
市监特函[2018]515号规定 了制造方面的一些基本要求, 如对原 材料进行入厂验收, 确认合 格后方可使用以及流量计 (壳体) 原则上 应由整段无缝钢管制成, 不得存 在异种钢焊接环缝等, 流量计 制造单位应将上述规定作为流量计筒体制造的基本要求, 并尽快制定企业标准。
3.3 采购及安装环节
3.3.1 使用单 位采购新流量计时, 应确认 制造单位有压力管道元件制造许可证或者相应级别的锅炉制造许可证, 并经监 检机构检验合格。可在采购合同中注明“要求按 照锅炉部件实施制造过程监督检验”的要求。
3.3.2 安装时, 安装单 位应核实流量计相应的出厂资料, 对合金钢材料进行1 0 0%化学成 分光谱分析合格并签字;未经监 督检验的流量计, 应对制 造焊缝进行补充检验, 包括对接接头1 0 0%射线或者1 0 0%超声检测, 角接接头1 0 0%表面检测, 对合金 钢材质对接接头进行1 0 0%化学成分光谱分析、硬度检测, 必要时进行金像检测, 其检验 报告等作为锅炉技术资料存档。
3.4 使用环节
使用单 位在锅炉日常运行中应对安装流量计的管道部位重点巡查, 积极配 合电站锅炉范围内管道安全隐患专项整治工作, 结合锅炉检修, 提前制 定母管制锅炉停产或有效隔离检验计划, 委托经 核准的检验机构对流量计的制造焊接接头进行检测, 对发现 的安全隐患应予以消除, 否则不得投入使用。
3.5 检验检测环节
3.5.1 对新制 造的流量计按照压力管道元件组合装置做好监督检验工作, 合格后 出具监督检验报告和证书。对在建电站锅炉未经监 督检验的流量计, 应要求 安装单位按照上述3.3.2条进行 补充检验检测后再出具锅炉安装监督检验合格证书。
3.5.2 对在用 流量计的制造焊缝运用表面磁粉、TOFD、相控阵 等多种检测手段相结合的方式, 尽量做 到对焊缝表面及内部进行完整的检测。进行TOFD或相控阵检测时, 注意在 流量计焊缝根部、台阶状结构处, 会形成 固有缺欠干扰波, 应与焊缝缺陷相区分。定期通过硬度、金相等 方法监测高温用流量计材质老化情况, 若发现 流量计存在严重安全隐患, 应及时处理或更换。
4 结束语
目前, 电站锅 炉流量计的制造、安装、使用等 方面还存在诸多问题, 特别是 流量计的制造焊缝不断被发现严重缺陷, 如此重 大安全隐患需引起各有关方面的高度重视, 加快隐患排查的脚步, 避免事故的再次发生。
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