铜陵发电厂六期1000MW超超临界机组焊接工程施工技术

2013-03-23刘亚芬

电焊机 2013年11期

刘亚芬

(中国能建安徽电建二公司，安徽合肥 230601）

1 工程概况

铜陵发电厂六期“上大压小”改扩建工程为安徽省内首台超超临界百万机组，是目前亚洲最高、单机规模最大的高参数、大容量、低能耗、环保型超超临界塔式炉燃煤发电机组，是安徽省“861”重点项目，由安徽省皖能股份有限公司控股投资建设，采用EPC模式，由中国电力建设工程咨询公司和中国电力工程顾问集团公司西北电力设计院组成的联合体承担设计、采购、施工、调试总承包。三大主机均为上海电气集团供货。锅炉最大连续蒸发量为3 012 t/h，过热器出口压力27.9 MPa，过热器出口温度605℃，安徽电建二公司承担主体工程的安装施工任务。本工程总焊口数为81 570只，钢结构制作、安装量约7 000 t。

2 工程特点

（1）锅炉水冷壁采用T23钢，该钢在国内外塔式炉的应用中频发爆管事件

本工程锅炉的水冷壁采用T23耐热钢，在本台机组中锅炉T23钢焊口有9000余只。且国内外百万千瓦级机组塔式锅炉的T23水冷壁在启动和停止的过程中均有不同程度的爆管现象，这使得T23水冷壁的焊接充满了挑战。

（2）任务量大，工期紧张，焊接专业各工种作业时间矛盾突出。

塔式锅炉受热面安装必须按从上到下顺序施工，不能像∏型锅炉前后炉膛同时施工，8万余只焊口需要在不到16个月的时间内保质保量完成，焊接高峰期每天完成的焊口数高达700多只，焊接、热处理、焊后检验工作之间的作业时间矛盾非常突出。

（3）特殊钢种多，异种钢焊接数量大，焊接工艺复杂。

本工程采用的特殊钢种有：SA213-T23，SA213-T91，SA335-P91，SA213-T92，SA335-P92，SUPER-304H，HR3C等，这些仅用于超临界或超超临界机组的钢种在焊接时均需采用严格的工艺进行过程控制，工艺复杂，施工难度较大。本工程的异种钢焊接数量达到5 000只以上。

（4）采用新钢种多、控制难度大。

工程采用的各种钢材料种类达20余种，必须采取切实可行的措施防止母材和焊材的错用。

（5）钛钢复合板烟囱焊接。

烟囱钢内筒钛钢复合钢板的焊接是现场施工质量控制的一个难点。由于钛与钢不能直接进行熔焊，即钛板、钢板各自进行焊接，钢板焊接时温度不能过高，否则会导致钛板氧化，钛板焊接时要尽可能减少应力集中，同时隔绝与空气的接触，避免氧化。

3 施工准备[1-6]

3.1 技术准备

中国能建安徽电建二公司在铜陵工程开工前即提前进行施工技术准备和策划，对铜陵工程涉及到的新型耐热钢T/P92和超级奥氏体不锈钢HR3C、SUPER304H进行了认真的研究，完成了焊接工艺评定的编审批工作，同时出台了专门的《HR3C、SUPER304H新型铁素体耐热钢的焊接施工措施》《T/P92新型马氏体耐热钢的焊接施工措施》等技术文件指导本工程的焊接技术人员进行学习。

项目部组织编制了《铜陵六期工程#5机组焊接专业的施工组织设计》《金属试验施工组织设计》《热处理施工组织设计》和《创建“优秀焊接工程”活动计划书》，并报业主、监理、EPC总承包批准。制定了《焊接施工人员持证挂牌上岗管理办法》《T/P92钢焊接管理规定》等十余项制度和规定，在项目施焊前，前后编制了《过热器焊接作业指导书》《汽机四大管道焊接作业指导书》《P91/P92焊接作业指导书》《凝汽器焊接作业指导书》等焊接、热处理方案18份，无损检测作业指导书10份，焊接工艺卡83份、热处理技术卡89份。铜陵项目部健全的焊接质检、技术及金属监督网络为焊接工作提供了体系和制度上的有效保证。

全覆盖的焊接工艺评定：安徽电建二公司现有的《焊接工艺评定报告》基本上能够满足并保证该工程的需要，当出现焊接工艺评定不能覆盖现场的需要（材质、管径、壁厚等因素）时，提前联系公司焊接中心，确保在项目开焊前有完整的焊接工艺评定报告指导现场的施工，截止工程竣工时，公司已有焊接工艺评定178项。

3.2 人员准备

（1）结合工程特点，焊接中心组织了多批次针对本工程和百万千瓦级机组的管理培训和技能培训，范围覆盖了参建本工程的全部焊接专业管理人员和作业人员。对进行新材料焊接的焊工，进行专门的培训，取得良好以上级别的方可参加铜陵工程建设。

（2）针对铜陵焊接工程的特点，在铜陵施工现场设置焊接技能鉴定站，在业主、监理、EPC总承包专家的监督下，对所有进点焊工进行上岗前考试认可，并负责管理重要项目开工前的岗前适应性练习和特殊培训任务。本工程共计岗前焊接考核129人次。

（3）在施工过程中，焊接技术人员坚持技术交底制度，并要求各级各类人员严格按照接作业指导书进行施工。

（4）焊接质检员、无损检验人员、热处理人员都持有至少与电力系统相关等级证书，并报业主、监理和总承包方认可后，方可开展工作，具有签字权。

（5）在工程施工中，对焊接人员进行动态管理，对一个星期内焊口合格率低于95%的焊工，停止其施工作业，进入焊接技能鉴定站培训，达到良好标准后才能继续作业。对焊接管理人员进行绩效考核，确保人员的能力和工作效率始终满足工程需要。

3.3 机械准备

（1）铜陵工程的焊接设备进点前都进行了专项检查，确保机械设备运行稳定可靠，方能进驻现场。

（2）焊接设备、热处理设备、检验和检测设备均进行了计量和检验，确保指示盘表的正确性。

（3）对P92高合金耐热钢采用专用新型带参数控制系统的焊机，用于控制P92钢的焊接电流，防止焊工超限使用焊接电流。

4 焊接过程控制

4.1 焊件组对和清洁度控制

焊件组对时严禁强力对口；焊件清理时，清除焊缝左右两侧10~15 mm范围内及坡口内的油污、水锈等，打磨至露出金属光泽，焊件打磨清理后应及时焊接。

4.2 钢材和焊接材料控制

本工程采用的钢材种类多达20余种，必须采取切实可行的措施防止母材和焊材的错用，为此，项目部针对性的制定了《金属技术监督实施细则》和《合金钢设备材料复核标识管理办法》，对不同颜色的合金钢标识不同颜色的油漆带，在锅炉施工电梯口和汽机房施工平台明显处悬挂各类材料的色标，提醒作业人员不要错用材料。本项目因为金属技术监督到位，未发一起错用材料事件。

所有焊接材料均由经过合格供应商评审的生产厂家提供，项目部建立了一套完整的焊材管理制度，确保焊接材料管理统一性。焊材进场后，进行一定比例的开箱外观检验，合格后方可入库存放；合金钢母材、焊材必须进行光谱复查，并在材料的报审中附上合格的光谱报告，有效遏制了不合格材料在工程中的使用。

现场焊接作业时，要求焊接三级质检员对正在施焊的项目不定期抽查焊工使用的焊材是否正确，现场的焊条要求使用焊条保温筒，焊丝存放在干燥、干净的地方，确保焊丝的清洁。

4.3 焊前预热、层间温度和焊后热处理控制

严格依照作业指导书的要求进行预热、层间温度和焊后热处理控制。对于直径大于219 mm，壁厚超过20 mm的管道采取电阻预热。其他管道可采取火焰预热，预热采用中性焰预热并做好相应的预热记录。对于P91/P92管道焊缝进行全程跟踪热处理，并采用过程中旁站监督等措施确保热处理工艺得到严格执行。每位施焊人员均配备测温笔，管理人员配备测温枪，过程中不定期抽检。

4.4 焊接专业各工种交叉作业时间控制

本工程焊接、热处理、检测存在较突出的作业时间矛盾，为解决这一问题，项目部在每周的生产例会上进行作业时间的协调，并多次专门组织召开焊接、热处理和检测的协调会，根据工程的进度不断动态调整锅炉安装施工、焊接、热处理和焊后检验的时间，确保不窝工，各工序能最大限度的平稳衔接。高峰期每天召开一次协调会，对出现的问题及时予以协调，在金属试验室和安装专业的互相配合、增大人员设备投入的情况下，完成了高峰期原来认为不可能完成的焊接工作，确保了锅炉水压试验的顺利进行。

4.5 焊接施工工艺控制

本工程中要求焊接操作人员严格依照作业指导书的要求进行施焊，并对细晶粒钢等特殊钢种进行专门的控制。

（1）P91/P92属马氏体细晶耐热高合金钢，具有强烈的脆硬敏感性和裂纹倾向，是铜陵工程焊接质量控制的一个重点。为此，对于P91/P92的焊接采用专用焊机，并采取质检员旁站措施，监督焊口严格执行工艺。

（2）SUPER304H、HR3C属细晶粒不锈钢，在焊接过程中注重控制了层间温度和焊接电流。为每位焊工和质检人员配备了测温设备，奖勤罚懒，不定期巡查，确保了工艺的准确执行。

（3）T23钢焊接工艺控制。

螺旋水冷壁采用T23管材，不仅是新型材料，而且国内还没有成熟的焊接工艺方案，也是公司首次进行成批量焊接。因此，必须采取可靠的焊接工艺和过程控制措施。经过研究试验和广泛收资，最终确定了T23钢的核心焊接工艺为：

①如果环境温度和工件温度不低于常温（20℃），T23小口径管焊前可不预热，否则需预热100℃~150℃，才能施焊。

②采用小规范焊接工艺。在焊接过程中，通过控制焊接电流、电压、焊接速度以及焊道厚度达到控制焊接线能量，提高焊缝韧性的目的。

③严格控制层间温度：在焊接过程中，通过对称焊接、跳焊、多只焊口交错施工来控制层间温度。

④确保适当的焊后冷却速度：若环境温度低于20℃，采用氧乙炔火焰加热至100℃~150℃进行3~5min的缓冷，若环境温度高于20℃时，焊后可空冷。

通过实践证明，T23钢工艺焊接质量得到较好控制，也满足了施工进度的要求。是国内也是国际上首家水冷壁使用T23钢，168 h试运行不爆管的安装单位。安徽电建二公司更据此申报了SA213 T23钢的行业施工工法并获得批准。

（4）烟囱钛钢复合板焊接控制得当。

为控制钛管复板钢板的焊接不产生过热，采用手工钨极氩弧焊。焊接时注意采用短弧焊、快速焊，防止钛金属过热，同时注意辨识钛复合层的颜色，保证焊接后为银白色，如变成灰色和深蓝色立即返工并调整工艺，通过严格的过程控制，使得钛钢复合板的焊缝外观工艺美观，质量达到优良标准。

5 技术创新

5.1 T23钢焊接工艺

本工程锅炉为百万千万级塔式锅炉，垂直段水冷壁、螺旋段水冷壁大量采用SA213-T23钢材，针对同类型机组在调试、整套启动和168 h试运行期间频繁出现爆管的问题，对T23钢管及其密封部件的焊接进行了焊接工艺试验研究，其研究成果的部分内容被纳入DL/T869-2012《火力发电厂焊接技术规程》。

5.2 焊接参数监控仪和带参数控制装置的专用电焊机

针对P91、P92钢和Supper304、H3RC超级不锈钢的焊接，投用带参数控制装置的数字式专用焊机，该焊机在焊接施工前由技术员设定好焊接层道数、每层道的焊接电流、电压、焊材规格等各种参数，焊工在施焊过程中无法进行更改，这一焊机的投用使焊接工艺得到了严格执行。

5.3 镜面焊焊接工艺方法的使用

由于焊口设计紧凑，有大量焊口的局部位置肉眼无法观察到，采用常用的焊接方法无法施焊，因此本工程采用了镜面焊法进行施焊，通过专用镜子的反面成像解决了盲焊位置的焊接难题。

5.4 钛钢复合板的焊接

烟囱钢内筒钛钢复合钢板的焊接是较新的工艺，也是现场施工质量控制的一个难点。由于钛与钢不能直接进行熔焊，即钛面、钢面各自进行焊接，钛复层与钢基层互不相熔合，但要求各自尽量焊透。选择接头的原则是：型式要简单；钢面力求焊透以保证接头性能，减少应力集中；钛面要尽量焊透，表面要光顺以减少流体阻力。现场选用搭接接头，以避免两种金属的焊缝相互接触。钛面采用手工钨极氩弧焊，钢面采用CO2气体保护焊的焊接方法。