火电厂超超临界锅炉高温部件常用的高等级材料有TP347HFG/Super304H/HR3C奥氏体不锈钢、T/P91和T/P92耐热钢等[1],均为国外钢铁企业开发研制的钢种,国内在2000年后才开始国产化研制工作。特别是Super304H和HR3C奥氏体不锈钢,截止2019年底大部分仍采用进口产品,因国内制造厂家的生产技术和产品质量仍不稳定,国产管材尚未开始大规模的使用。随着国内钢管制造能力的不断提升,大量国产管材用于超超临界锅炉的建造中。近年来发现因锅炉管材原材料质量问题引起的锅炉水压试验泄漏、锅炉短期爆管等异常事故非常频繁,造成的锅炉非计划停机问题较为突出,给火电机组的长期运行安全也埋下了重大隐患。

1 国产关键原材料延伸监造的必要性

1.1 原材料存在的质量缺陷

根据近5年笔者对超超临界机组质量监控的经验,发现国产原材料尚存在较多的质量问题,主要表现为:表面质量缺陷。如管子的表面裂纹、管端线性缺陷、表面麻坑/凹坑、内壁折叠、离层等缺陷(图1);内部质量缺陷。如UT检测存在超标缺陷、管端分层、夹杂物严重超标等(图2);材质性能不合格。如成分不合格、管子强度超标、硬度超标、局部硬度不均(图3);金相组织异常。如铁素体超标、异常金相组织、不锈钢混晶问题、不锈钢的假细晶问题等[2]。

1.2 生产工艺存在的问题

根据调研,笔者发现国内部分材料制造商为了降低生产成本、追求产品利润,存在工艺执行不到位、偷工减料、节省工序等现象,造成管材的制造质量不稳定,存在较多的质量隐患,且个别问题直接影响了管子的使用寿命。例如:

不锈钢小口径管盲区切除不够,导致一些线性缺陷残留,引起锅炉整体水压试验泄漏、或运行初期的爆管,造成机组意外停机;国内小口径管多采用热穿孔+冷轧工艺,为了降低生产成本,热穿孔的芯棒经常超负荷使用,造成管子内壁存在类裂纹缺陷,从而降低管子使用寿命;由于国内部分钢管厂家对高等级不锈钢的生产工艺不熟悉,热处理工艺掌握不到位,造成奥氏体不锈钢管的混晶问题,这会显著降低不锈钢管的高温持久强度、影响服役性能。

TP347HFG、Super304H钢管的正常生产工艺为高温软化处理+最后1道冷轧+固溶处理[3],有的厂家节省高温软化工艺、故意降低固溶处理温度,从而获得了假细晶管子,但是假细晶产品因合金元素固溶不充分,造成其高温持久强度低、耐蒸汽氧化性能差、易发生应力腐蚀开裂,引起锅炉高温受热面的早期泄漏;个别厂家因对喷丸设备的压力/流量控制不到位、钢丸的过度使用,导致不锈钢管的内壁喷丸深度不够,从而造成奥氏体不锈钢管的抗蒸汽氧化性能不足[4],氧化皮的大面积剥落。

1.3 延伸监造的必要性

以上这些质量问题若不及时消除,会大大提高锅炉受热面早期失效风险,不仅引起锅炉短期爆管等异常事故频繁发生,造成机组的大量非停,而且给锅炉的长期运行安全埋下重大隐患,降低锅炉的使用寿命。针对以上问题,笔者认为开展超超临界锅炉关键国产原材的延伸监造是非常必要的。特别是首批大规模的采用国产Super304H/HR3C/P92材料的制造厂家,及时引入锅炉国产原材料的延伸监造技术措施,采用监造+监检+取样试验的组合模式,将原材料各类质量问题消除在制造过程、杜绝不合格品出厂,保证国产关键原材料达到良好的质量水平,是保证锅炉关键高温部件长期运行安全的有效手段。

2 锅炉原材料制造质量监检要求

2.1 制造厂的质量管理体系检查

驻场监造人员对钢管制造厂的质量管理体系进行审核,审核项目及内容包括:制造许可证书、设计资质证书、ISO9000质量认证书,各类设备的检查,各类仪器、仪表、无损检测、理化检验仪器的计量校验单和记录等有效期的检查和审核,热处理工、无损检验和理化检验人员资质证的审查及培训及考核记录,钢管制作的工艺技术文件,钢管的质量评定报告,钢管的冶炼、成型(热加工、冷加工)、热处理、机加工等工序记录,钢管的质量检验记录,钢管不合格品的处理程序,钢管的业绩及质量反馈等。

2.2 钢管制造过程监督检查

钢管制造过程是质量监控的重点环节,通过引入管坯入厂复检、热成型工艺过程、冷成型工艺过程、热处理、钢管质量检验、盲区切除等关键节点的现场监督检查,对国产高端锅炉管和P91/P92大口径无缝钢管制造过程的全环节进行实时监控,及时发现工艺问题,有效保证国产管材的制造质量。对钢管制造全过程进行实时监督检查,检查项目及内容包括:钢管的订货技术协议及合同,管坯入厂复检,下料过程,冷成型工艺过程,成品热处理,质量检验,奥氏体不锈钢管喷丸过程,盲区切割,标识/标记,包装及成品放置等。

2.3 钢管成品质量监检

在制造厂自检合格的基础上对国产管按一定比例现场抽检,同时随机抽取试样在实验室进行全面性能检验。进一步验证国产高端锅炉管和国产P91/P92大口径无缝钢管的制造质量和性能,及时发现和消除钢管的原始制造质量问题和缺陷,保证国产管100%合格品出厂。国产高端锅炉管和P91/P92大口径钢管的质量检验项目及内容包括:钢管表面质量检查,钢管外径、壁厚的测量,管端0～400mm无损检测,光谱检验,硬度检验,管材实验室取样检验等。

3 结语

随着国内钢管制造能力的不断提升,大量国产管材用于超超临界锅炉的建造中。但国内不同钢管制造企业的技术水平差异,内部质量管控能力不同,造成不同厂家管材的制造质量存在较大差异,甚至存在一些严重的质量缺陷。及时引入锅炉国产原材料的延伸监造技术措施,采用监造+监检+取样试验的组合模式,将原材料各类质量问题消除在制造过程、杜绝不合格品出厂,保证国产关键原材料达到良好的质量水平,是保证锅炉关键高温部件长期运行安全的有效手段。