基于风险思想妥善处理电站锅炉使用假冒P91钢管事件

郑培生 叶卫东

（云南曲靖市质量技术监督局 曲靖 655000）

基于风险思想妥善处理电站锅炉使用假冒P91钢管事件

郑培生 叶卫东

（云南曲靖市质量技术监督局 曲靖 655000）

针对假冒P91钢管已使用在电站锅炉上的实际情况，在保证安全运行的前提下，为减少损失，本文介绍了历时8年之久，基于风险思想用“2类3步”方法处理的全过程，即用医学的方式将失效模式分“急性病”和“慢性病”2类，针对假冒P91钢管情况分3步走--包括探讨“监控运行”的可靠性、采取的监护措施、验证性检验及后续处理。以供同行在遇到同类问题时做初步判断和参考。

风险思想 处理 钢管 事件

P91钢管是专门用于大型火力发电厂“四大管道”的合金耐热高强度进口钢管。2006年12月，青海大通发电厂30万发电机组在运行调试中发生主蒸汽管爆炸事故，造成2死1伤，事故的主要原因就是使用了国内某公司假冒美国制造的P91钢管材料存在缺陷。为此，国家质检总局以《关于对假冒国外锅炉钢管使用情况进行消除隐患的通知》（国质检特联[2006]601号）要求：对列入有问题（无高温性能数据报告等）的一律停止使用，“对已用于电站锅炉‘四大管道’系统的，应当更换。……”

经检查,曲靖市某大型电厂600MW的1、2号机组四大管道已经使用了假冒P91钢管，主蒸汽管道规格φ457mm×37.85mm，再热蒸汽热段管道规格为φ560mm×50.5mm，总数量约为1975t，预计更换材料费近8000万，施工费3200多万，合计1亿多；若停止运行等待更换，订货周期7～9个月，施工周期70～80天，单停运近1年的发电量损失约10～20亿元（不包括间接损失）；如果对钢管取样做高温持久性能试验，试验出结果时间需2～3年。为此，企业请求是否能够在可接受安全风险的前提下，采取安全保证措施“监控运行”2～3年，边订货边生产，将损失降到最低。

针对以上实际情况，仔细查阅了钢管出厂资料、安装质量证明、检验资料，进行了必要的材料试验，制定出相应的监督运行安全管理保障措施等。通过对方案可行性分析论证，决定对其采取“监控运行”，直到2013年11月全部更换完为止，比计划提前一年（比高温性能试验得出的使用寿命）更换完毕。其间，在保证设备安全运行方面具体做了以下工作。

1 探讨“带病运行”的可靠性

1.1 假冒P91与标准符合性探讨

查阅制造厂出厂《钢管产品质量证明书》、安装单位《光谱复验报告》及相关资料、云南电力研究院的《材质复验报告》等， P91钢管的化学成分值、短时力学性能值与GB 5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》中对应钢号10Cr9Mo1VNbN比对完全符合，但是，无持久强度的数值。

●1.1.1 供货状态

“P91钢管出厂质量证明书”：正火+回火，正火温度1040℃～1060℃，保温90min；回火温度750℃～780℃，保温120min。符合ASME SA335-2001《高温用无缝铁素体合金钢公称管》和GB 5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》标准要求。

●1.1.2 化学成分比对（见表1）

表1 化学成分对比表

比对结果显示：三方提供的化学成分符合ASME SA335-2001和GB 5310—2008标准要求。

●1.1.3 金相组织

云南电力研究院取样做金相分析，管壁断面组织为回火马氏体，符合GB 5310—2008、ASME SA335-2001对P91钢管的要求。

●1.1.4 室温力学性能（见表2）

表2 室温力学性能比对

室温力学性能符合ASME SA335-2001和GB 5310—2008标准。

●1.1.5 外观及壁厚

出厂质量证明书规格为φ457×37.85，安装单位实测壁厚，最大：40.90mm,最小：39.80mm，平均壁厚40.65mm。

●1.1.6 硬度比对（见表3）

表3 硬度比对表

●1.1.7 高温力学性能

1）短时高温力学性能：云南电力研究院取样在温度550℃试验，结果抗拉强度（Rm）分别是461MPa、463MPa、506MPa，断口部位未见表面宏观缺陷。

2）高温力学性能分析

根据制造厂质量证明书、安装单位材质复验和云南电力研究院检验三方的化学成分、金相组织、短时力学性能实验结果，该批假冒钢管属于P91钢管，室温性能符合ASME SA335-2001和GB 5310—2008标准要求。虽然钢管出厂未能提供高温力学性能，但是决定高温性能的供货状态、Cr、Mo、V、Ni化学成分和金相组织等关键数值完全符合相关标准。

1.2 安全性判断

●1.2.1 高温力学性能估算

基于以上分析判断，参照ASME SA335-2001，根据GB 5310—2008附录B：高温规定非比例延伸强度中RP0.2——温度数据绘制出“RP0.2——温度下降趋势曲线”后得出：P91钢管在560℃下RP0.2应不低于248MPa。

●1.2.2 许用应力确定

根据GB 9222—1988《水管锅炉受压元件强度计算》和SDGJ6-90《火力发电厂汽水管道应力计算技术规定》持久强度的分散性在±20%，现阶段工作温度下的材料许用应力 :

[R]560℃=（0.9×248÷1.5）-248×0.2=99.2MPa。

●1.2.3 管道壁厚校核

因为D外/D内=407.5/331.8=1.23＜1.7，所以直管最小壁厚:

Smin= p设D外/2[R]560℃+2Yp设

=1 7.4 M P a×407.5m m/(2×99.2 M P a +2×0.7×17.4MPa)

=31.5mm

考虑壁厚10%负偏差，则

Smin=34.6mm＜实际壁厚37.5mm

同理，也可以算出再热蒸汽管热段p设=16.8 MPa，规格为φ560mm×50.5mm，直管最小壁厚S= 34.7+34.7×10%=38.2mm＜实际壁厚50mm。

因此，在设计温度546℃下使用短时间内不应该会发生因强度不足导致管道爆炸事故。

2 监督运行的管理保障及监护措施

2.1 管理方面的保障能力

该单位系国内某大型电力集团在云南的投资，具有完整的管理体制和机构设置，建立了完备的安全生产管理制度，管理人员、工程技术人员、操作人员都是相应对口专业大学毕业生，尤其是设备管理人员是原锅炉安装单位从事金属材料的专业工程师，操作工人是具有多年操作火力发电厂300MW锅炉机组的熟练工人。

2.2 监护措施及后续手段

1）制定《防止主蒸汽、主再热蒸汽管道超温超压的措施》，严格控制过热器、再热器得温度＜541℃、主蒸汽压力＜17.2MPa；

2）加强定期检验，尤其是硬度和蠕变的监控；

3）取样做高温长时性能试验，找出105h的持久强度、抗蠕变极限等数据，准确得出P91钢管使用剩余寿命（该试验需要2～3年时间）。

综合技术的可靠性、管理的保障能力和运行中采取的监控措施，经研究，采取相关的措施后，在严格执行操作规程和监控措施可以保证安全的前提下“监控运行”2～3年。

3 后续验证检验

3.1 验证试验结果

2007年8月委托苏州热工研究所对主蒸汽管、再热蒸汽热段管道进行材质状态评价和寿命评估，其中P91主蒸汽管道送样规格为φ560mm×50.5mm。

1）2008年6月对管道进行的材质状态评价和寿命评估短时性能试验结束,主要结果如下:

（1）化学成分（见表4）

表4 验证化学成分表

（2）力学性能（见表5）

表5 验证力学性能表

（3）金相组织为金相组织为回火板条马氏体,板条较为粗大,位向特征明显,局部有混晶特征;晶粒4~7级,符合GB 5310—2008要求(≥3级,且级差不大于3级);

2）2009年7月对管道进行的材质状态评价和寿命评估长时性能试验结束,结果如下

（1）持久强度采用Larson—Miller的等温线外推法，试验温度546℃，试验压力为290MPa、280MPa、260MPa、240MPa、220MPa、200MPa。使用最小二乘法的外推趋势方程式：

式中：y=logτ, τ——时间；

x=logR, R——应力。

用外推法得假冒P91钢管10万h的持久强度R546℃=169.7MPa。

根据GB 9222—1988和SDGJ6-90核算,结果见表6。

表6 根据GB 9222—1988和SDGJ6-90核算结果表

（2）使用寿命估算

在严格控制运行条件和金属监督的基础上,采用以蠕变为主的失效方式时,利用持久强度外推法和ϴ函数方程对剩余寿命进行评估：在设计参数(17.4MPa、546℃)符合继续运行10万h的安全系数为1.5，若考虑分散系数0.8时，最少8万h（自2006年2月投产，可以使用到2014年）。

3.2 运行在用检验结果

2010年12月，西安热工研究所进行了在用检验，结果如下：

1）材质为 P91主蒸汽管道，实测硬度值范围为HB175～266。

2）实测管子壁厚：φ407.5mm×37.85mm，大部分在33.50mm~35.50mm，其中最大38.92mm、最小31.50mm; 规格为φ560mm×50.5mm的大部分在47.5mm~51.50mm，其中最大59.07mm、最小42.24mm，计算管子壁厚满足强度要求，但是部分管段存在壁厚不均，最大偏差量9.81mm(管段编号：H39-H40，规格：φ560mm×50.5mm)。

3）圆度符合标准要求。

4）母材及焊缝经超声波探伤，所探伤部位未发现可记录缺陷，符合JB/T 4730.3—2005中级的要求。

5）金相组织正常。

管段：H9-H10金相点：a规格：φ407.5×37.85材质：P91金相组织：回火马氏体放大倍数：400×

管段：H9-H10金相点：b规格：φ407.5×37.85材质：P91金相组织：回火马氏体放大倍数：400×

管段：H39-H40金相点：a规格：φ560×50.5材质：P91金相组织：回火马氏体放大倍数：400×

管段：H39-H40金相点：b规格：φ560×50.5材质：P91金相组织：回火马氏体放大倍数：400×

验证检验结果说明当初的判断是正确的。

4 效果和管道更换

监护运行期间未停产、未发生任何事故，每年的定期检验和金属监督检验均未发现异常和安全隐患；为保证设备安全，到2013年11月为止已按计划提前一年更换完毕；经检验，更换下来的管道外观尺寸几乎无变化，硬度值在正常范围，蠕变几乎为零。

5 结语

1）本次处理假冒P91钢管事件的基本想法是“分2类3步走”实施，按照“急性病”急诊先治，“慢性病”控制后治原则。首先将管道失效方式分为“急性病”和“慢性病”2类，“急性病”包括材料本身存在杂质等制造缺陷、管道壁厚不够和强度不足导致失效或者爆炸等因素；“慢性病”是以高温蠕变的形式失效等因素。曲靖市某大型电厂600MW已经使用的假冒P91钢管既无短时的高温力学性能数据报告，也无长时的持久强度等高温性能数据报告，前者属于 “急性病”，后者属于 “慢性病”；第1步从技术角度探讨继续运行的可能性、安全性，第2步制定实施监护运行、定期检验方案，第3步委托有关单位验证性检验、订货及有计划更换。

2）紧紧抓住决定高温性能的供货状态、Cr、Mo、V、Ni化学成分和金相组织等关键要素，配以短时间能出结果的室温性能、短时高温性能、化学成分和金相组织等试验，通过符合性、安全性评价，为制定方案提供技术支撑，这样做可以为企业赢得时间，效益又非常显著。

3）在遇到同类型问题时，必须坚持“以科学技术为支撑，大胆设想，小心求证”。用基于风险思想方法解决处理质量安全方面的问题，工作人员首先必须有责任心，不仅要认真学习政策法规，掌握较好的专业理论知识、多下基层丰富实践经验，更要有认真细致、踏实、吃苦耐劳的工作作风，其次是有积极的实事求是态度，不能一棍子打死，更不能盲目下结论。

综上所述，历时8年之久，基于风险思想和方法处理假冒P91钢管事件已经结束。实践证明，方法虽然不是十分严谨，风险和责任很大，但在保证安全的前提下，主动积极探索解决实际工作中的质量安全问题，为企业赢得了时间，经济效益和社会效益十分显著。

[1] 杨华春，屠勇.P91钢管特殊性能试验研究[J].压力容器，2004，03：6-10+15.

[2] 于建明，郑庆荣.关于SA-335P91钢管材料的异常问题[J].中国特种设备安全，2011，27(08)：37-38.

Measure to Dispose the Fake P91 Steel Pipe Case in Utility Boilers Based on Risky Thinking

Zheng Peisheng Ye Weidong
(Yun'nan Qujing Mass Bureau of Quality and Technical Supervision Qujing 655000)

Based on the case in which the fake P91 steel pipes were used in utility boilers, this paper reviews‘Two Types , There Steps’ method used in overall processing procedures for eight years to ensure operation safety as well as reduce the loss. This method divides the failure mode into two types as medicine ways, including acute disease and chronic disease. Besides, there are three following steps that we should consider according to the case. It is necessary to discuss whether it is reliable to monitor the operation, to know what protective actions we should take, to discuss how to do the verification experiments and what we would do after them. The paper is for the peer to make a preliminary judgment and reference in similar cases. There may be some unscientific or even wrong viewpoints and practice in it.

Risk thinking Cope with Steel pipe Case

X933.2

B

1673－257X(2015)10-0068-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.10.018

郑培生(1961～), 男，本科，高级工程师，从事承压类特种设备安全监察及检验工作，协助安全生产管理局从事危险化学品安全管理工作。

2015-04-11）