淺談火力發(fā)電廠煙囪鈦—鋼內(nèi)筒建造的質(zhì)量管理

顧 健，陳衛(wèi)東

（1.江蘇常熟發(fā)電有限公司，江蘇 常熟 215536；2.江蘇興源電力建設監(jiān)理有限公司，江蘇 南京 210024）

0 引 言

目前國內(nèi)眾多火力發(fā)電廠大部分采用不設煙氣加熱系統(tǒng)(GGH)的煙氣濕法脫硫系統(tǒng)。經(jīng)脫硫后的煙氣水分含量高、濕度大、溫度低，易出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，在煙囪內(nèi)壁上形成腐蝕性很強的硫酸酸液。同時濕煙氣冷凝物中氯化物或氟化物的存在，使?jié)駸煔飧g強度及滲透性增強。因此，國內(nèi)多數(shù)大型火力發(fā)電廠目前已采用鈦—鋼復合板建造煙囪鋼內(nèi)筒。雖然鈦及鈦合金材料具有非常強的耐腐蝕性，但如果在建造過程中不能有效地控制其施工質(zhì)量，則同樣會被具有較強腐蝕性的冷凝水腐蝕，從而嚴重影響火力發(fā)電廠煙囪的安全運行。筆者結(jié)合某工程鈦—鋼復合內(nèi)筒的施工過程，介紹在該工程鈦—鋼內(nèi)筒建造過程中開展的全面質(zhì)量管理活動，以達到控制鈦—鋼復合內(nèi)筒的施工質(zhì)量。

1 工程項目簡介

某公司 2×1000 MW 機組兩爐合用一座雙管集束鋼內(nèi)筒煙囪。煙囪混凝土外筒高 230 m，外筒底部外直徑 28.56 m、頂部外直徑 20.4 m。內(nèi)筒為2個高度 240 m的鋼筒，鋼內(nèi)筒筒體部分內(nèi)直徑 8.5 m，出口內(nèi)直徑 7.2 m。鋼內(nèi)筒系自立式結(jié)構(gòu)，直接支承在底部基礎板上。鋼內(nèi)筒材質(zhì)：11 m～ 240 m 采用鈦—鋼復合板，基板為Q235B 復合 1.2 mm 鈦層；11 m 以下為Q235B 普通鋼板；為了防雨淋、腐蝕，鋼內(nèi)筒頂部露出部分，在保溫材料外再覆不銹鋼板。另外，鋼內(nèi)筒在 120 m 平臺和0 m 各設置 1個可開啟的入孔門，80 m平臺處設置 4 組共 12個檢測點，用來放置凈煙氣測點及備用檢測孔，以進行凈煙氣測量分析和檢測鋼內(nèi)筒腐蝕情況。鋼內(nèi)筒與混凝土外筒之間共設置 7層巡檢、檢修鋼平臺，各鋼平臺之間設置上下鋼扶梯。

2 煙囪鈦—鋼內(nèi)筒建造過程的全面質(zhì)量管理

2.1 考察材料供應市場，做好招標采購工作，擇優(yōu)選擇供應商，確保材料供應質(zhì)量

認真進行鈦—鋼復合板采購招標前的市場調(diào)研，詳細了解各供貨商的資質(zhì)和質(zhì)保體系，并到供貨商生產(chǎn)現(xiàn)場進行實地考察。通過面談交流、突擊察看生產(chǎn)工藝和管理，以及側(cè)面了解等方法，對供應商作出真實評估。根據(jù)設計院提供的設計文件和要求，有針對性地編制《煙囪鋼內(nèi)筒(鈦—鋼復合板)招標技術規(guī)范書》。例如在技術規(guī)范書中明確供貨商的供貨業(yè)績、產(chǎn)品使用的用戶證明；提供必要的焊接、安裝技術指導；鈦—鋼復合板鈦層及鈦貼條的供貨厚度必須保證是正公差；規(guī)定嚴格按照 GB/T 3621—2007《鈦及鈦合金板材》和GB 8547—2006《鈦—鋼復合板》的要求，對全部材料在出廠前進行 100% 檢測與試驗，提供每一批次材料的證明書和工廠試驗數(shù)據(jù)，出具正式的出廠試驗報告；所有材料做好防腐措施，便于運輸保管等。嚴格遵循招投標程序，要求各投標單位對評標小組提出的疑義和問題應仔細考慮并作出澄清或承諾。以技術規(guī)范書規(guī)定的內(nèi)容和承諾澄清文件的內(nèi)容為主，與中標單位商榷并簽訂《煙囪鋼內(nèi)筒鈦—鋼復合板買賣合同的技術協(xié)議》，用合同專用條款的形式把供貨質(zhì)量要求加以固定，對保證材料的供貨質(zhì)量具有可約束性。

2.2 策劃質(zhì)量管理措施，督查施工準備工作

鈦—鋼內(nèi)筒的建造本質(zhì)上隸屬于鋼結(jié)構(gòu)施工安裝的范疇。其施工質(zhì)量的優(yōu)劣，核心部分在于焊接工藝的準確性和施工人員的焊接水平。因此在施工準備期間，現(xiàn)場管理小組將鈦—鋼復合板所做的焊接工藝評定，作為關鍵工作進行重點把控。試板焊接按設計文件要求和國家行業(yè)標準NB/T 47014—2011《承壓設備焊接工藝評定》(原 JB/T 4708—2005)組織開展工藝評定。施工單位根據(jù)焊接工藝評定報告，編寫報審《煙囪鈦—鋼內(nèi)筒焊接作業(yè)指導書》。根據(jù)現(xiàn)場多次試驗，確定本工程最終采用焊接工藝為：鋼筒壁板基材采用 CO2氣體保護焊打底和手工焊條電弧焊填充、蓋面，內(nèi)部鈦貼條采用鎢極氬弧焊；鋼內(nèi)筒基板選用 J427 焊條，H08Mn2SiA 焊絲，吊耳焊接選用 J507 焊條，鈦貼條選用 TA2φ1.6 mm 焊絲?，F(xiàn)場管理小組重點控制焊接施工人員的資質(zhì)和焊接器具，規(guī)定施工單位上報的焊接人員除取得相應鋼材焊接(Q235B 材料)的資格證外，還必須參照 GB/T 13149—2009《鈦及鈦合金復合鋼板焊接技術條件》附錄 A“鈦及鈦合金考試規(guī)則”(參考件)中 A4.2 基本知識組織考試?？荚嚪秶鸀殁仭搹秃习?TA2/Q235B)焊工的應知部分和A4.3 中側(cè)重 TA2 板材焊接的應會部分，并由供貨單位的鈦材焊接專業(yè)工程師進入施工現(xiàn)場進行焊前培訓，對焊接試樣進行檢測檢驗。確認培訓合格后，簽發(fā)煙囪鈦材焊接培訓焊工證明書，確定鈦材焊接的專業(yè)人員名單，備案登記造冊并告知各級質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)，規(guī)定施工單位在施工過程中不允許更換鈦材焊接人員。焊接人員在 TA2/Q235B 鈦—鋼復合板煙囪焊接過程中，必須嚴格遵守被批準的《煙囪鈦—鋼內(nèi)筒焊接作業(yè)指導書》的所有規(guī)定。

2.3 狠抓施工過程控制，及時糾正過程偏差

遵循質(zhì)量管理事前檢查、事中控制、事后糾偏的總體原則。

2.3.1 控制原材料進場質(zhì)量

對原材料進場除審查合格證和材質(zhì)檢測報告外，對進場的鈦—鋼復合板按批次進行鈦復合層厚度和面積結(jié)合率的抽檢，抽檢比例為20%。每塊板厚度檢測時檢測點每平方米不少于1 點，面積結(jié)合率應大于95%，單個不結(jié)合區(qū)面積小于60 cm2(滿足 GB 8547—2006《鈦—鋼復合板》表7 中爆炸—軋制復合板 2 類即 BR2 標準要求)。任一批次在檢查中若發(fā)現(xiàn)有一處不符合要求，則進行擴大檢查，抽檢比例為40%。若再發(fā)現(xiàn)有問題，則進行 100% 檢查，并根據(jù)合同規(guī)定辦理退貨更換手續(xù)；相關檢測、運輸費用由供貨商負責承擔。

2.3.2 控制鈦—鋼復合板材卷制質(zhì)量

首先應對鈦—鋼復合板的卷板機性能進行檢查確認。按設計的鈦—鋼復合板的不同厚度，現(xiàn)場用相同規(guī)格的鋼板先進行多次試卷，并根據(jù)試卷結(jié)果對卷板機進行調(diào)整，以達到最佳卷制質(zhì)量。其次在鈦—鋼復合板材卷制過程中要對每塊板進行表面宏觀檢查，在卷制結(jié)束拼裝焊接前再進行全面檢查，對發(fā)現(xiàn)的缺陷如沙眼、凹痕等做好明顯記號，在拼裝過程中及時進行補焊修復。

2.3.3 控制焊接質(zhì)量

由式(1)、式(3)和式(4)得到直線形全車速下轉(zhuǎn)向助力函數(shù)表達式,利用Matlab繪制出直線形助力特性曲線的三維曲面圖,如圖4所示.

焊接前必須做好焊前清理工作。TA2 鈦填條、鈦貼條及鈦焊絲在領用前必須進行進行酸洗。酸洗后的TA2 鈦填條、鈦貼條及鈦焊絲用清水沖洗干凈，并經(jīng)烘干或風干后使用。施焊前，基層鋼及鈦復層的坡口區(qū)要進行清洗，做到?jīng)]有污染。如加工的坡口被污染，必須進行清洗或用機械方法(用角向砂輪機或用刮刀)清理干凈；對鈦材使用潔凈白布蘸酒精(丙酮)擦洗。基層鋼清潔范圍離焊邊至少 20 mm，鈦復層清潔范圍離焊邊 50 mm。

TA2/Q235B 鈦—鋼復合板焊件裝配，厚度相同或者厚度不同時，均以鈦復層表面為基準(如圖1、圖2所示)。

圖1 鈦—鋼復合板不同板厚對接示意圖

圖2 鈦鋼復合板對接接口及鈦貼條布置示意圖

筒節(jié)焊接時，制定焊工定位焊接實名制度和焊接順序流程。具體規(guī)定為：沿筒節(jié)內(nèi)外緣實施焊接位置的焊工為固定人員 10名(鈦材焊接人員 4名)，每人承包焊接固定的焊縫；要求每段焊縫焊接結(jié)束后在焊接檢查表中簽名確認，以備在焊后檢測發(fā)現(xiàn)有不合格處時，能找到具體的施焊人員及時進行返工修復，并實施經(jīng)濟責任制考核，有利于督促焊工自身的操作責任心，加強焊接質(zhì)量自檢程度。施工單位、監(jiān)理單位及建設單位各級質(zhì)量監(jiān)督人員每日對焊接檢查表進行審核、簽字，每周匯總歸檔交建設單位質(zhì)量管理專業(yè)組備案。為了防止由于基板(Q235B)的連續(xù)焊接區(qū)域在焊接過程中過熱或過燒而導致鈦復層 TA2 板的變形和過度損傷，特別規(guī)定了筒節(jié)焊接的順序流程。在基板所有層焊接以及和附屬加強筋、固定點、吊耳等焊接的過程中，嚴格控制焊接熱輸入?；甯綄俸附硬捎貌贿B續(xù)、分段、分層焊接，對不同焊機調(diào)整好各焊機使用的最佳電流，每一筒節(jié)基板及附件焊接完畢，經(jīng)質(zhì)量檢驗合格后.再進行鈦貼條與鈦復層的點焊和焊接。

2.3.4 控制鋼內(nèi)筒各部附件的焊接密封

除上述控制整體筒節(jié)焊接安裝質(zhì)量外，施工中鋼內(nèi)筒各部附件的焊接密封顯得尤為重要。因為煙囪在實際運行過程中，濕煙氣是無孔不入的。只要有細微的滲漏就會釀成整體的腐蝕，具體存在的位置有導流板、人孔門、各煙氣測點孔、冷凝液排放口以及各支撐桿等處。各部件進入鋼內(nèi)筒的定位焊接結(jié)束后，與筒壁處鈦貼條密封部位的所有焊接處必須進行 100%PT 檢驗，實施全過程實測監(jiān)控。鈦材部位若出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，則需增加覆蓋 1層鈦貼條；覆蓋后必須重新進行全部檢驗，確保合格。尤其在導流板筒節(jié)內(nèi)兩側(cè)底部死角處部位的斜焊，應增加鈦貼條圓弧焊接定溢。所有鈦貼條焊接部位確保一次成功，不允許用鋼絲刷或其他方法進行拋光。

2.3.5 綜合管理方面

在整個施工過程中還應考慮做到以下幾點。

(1)材料保護。材料進廠后應按不同規(guī)格進行有序存放，并采用防雨措施保護，防止機加部位過度生銹。

(2)焊條和焊絲的庫存管理。焊條和焊絲必須按照類別、規(guī)格及進貨的先后次序進行區(qū)分堆放并做好標識。庫房內(nèi)要保持通風、干燥；室溫宜 10℃～25℃，相對濕度小于50%。堆放要用木板墊高，距離地面不小于300 mm，且離墻面距離不小于300 mm，使上下左右空氣流通，防止焊條藥皮受潮失效。

(3)冬季施工的特殊性。在外溫低于0℃ 時，應采取焊前有效預熱，防止焊后脆裂現(xiàn)象發(fā)生。冬季焊接必須按照要求對焊條進行烘干保溫，現(xiàn)場保溫桶必須能進行有效保溫，確保二保焊打底和蓋面作業(yè)區(qū)無風作業(yè)。

(4)鈦材表面的清潔度。卷制工序必須對棍軸和鈦板面清理污物，并進行有效保護，避免損傷污染鈦板面。基板坡口區(qū)域采用打磨機鋼刷打磨已銹和污染部位，在距坡口中心至少 30 mm的范圍內(nèi)打磨至基板金屬光澤，應保證坡口焊接區(qū)域清潔、無污染?；宥：复虻缀蟊仨氹p面進行檢查，各層蓋面和丁字口焊接必須徹底清根，且丁字口焊接采用立向上焊正確的方法焊接，穩(wěn)定焊接速度。加強焊后焊接人員自檢、互檢的力度，對缺陷部位進行修復處理，確保兩面焊縫的成形質(zhì)量和檢測一次通過率。

(5)鈦貼條的焊接。對焊接區(qū)域、鈦貼條、鈦焊絲等污染部位進行清理，并用酒精(丙酮)擦拭干凈。鈦材密度非常小，十分堅韌且耐腐蝕。鈦焊接對熔池的保護非常重要，保護不當易氧化。因此必須確保鈦焊接范圍內(nèi)無風作業(yè)。鈦貼條焊接一次成形后，保留原始狀態(tài)，絕對不允許打磨處理。經(jīng)大量試驗證明，熱影響區(qū)的原始保護膜起相當重要的保護作用，比打磨后耐腐性更強，所以當焊縫局部顏色呈淡藍色、藍色或深藍色時不要求打磨處理。基板焊接對鈦板過燒嚴重部位進行加蓋鈦貼條焊接處理。鈦貼條焊接后，加強焊接人員自檢和互檢；對后續(xù)加工產(chǎn)生的表面缺陷和污染嚴重的部分，必須進行徹底清理、補焊修復處理，確保鈦貼條焊接質(zhì)量和鈦板表面質(zhì)量。

2.4 嚴格執(zhí)行驗收規(guī)范，采用合適檢驗方法

煙囪鈦—鋼內(nèi)筒建設工程的驗收，執(zhí)行 GB 50252—2010《工業(yè)安裝工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標準》中單位工程質(zhì)量驗收的程序。選用的驗評標準主要如表1所列。

表1 主要驗評標準

要求施工單位、監(jiān)理單位和建設單位均應按照上述評審確定的《施工質(zhì)量驗收范圍劃分表》和《質(zhì)量控制點(W、S、H 點)檢驗計劃》，進行施工項目質(zhì)量檢驗或驗收工作，并做好相應記錄。施工單位負責按照 3 級驗收制度，組織對施工項目的質(zhì)量驗收工作；有質(zhì)量控制點項目時，還應填寫《質(zhì)量控制點驗收簽證表》，并由監(jiān)理單位和建設單位相應專業(yè)質(zhì)檢人員簽字確認。監(jiān)理單位負責組織 4 級質(zhì)量驗收，負責分部、分項工程及檢驗批的驗收，并對施工單位的驗收進行抽檢和監(jiān)督；在抽檢過程中應填寫《工程質(zhì)量控制過程監(jiān)視和測量記錄》。建設單位負責組織 5 級施工項目的驗收和單位工程的質(zhì)量驗收，對監(jiān)理單位和施工單位分部、分項工程和檢驗批的驗收進行抽查和監(jiān)督，并要求監(jiān)理單位按作業(yè)程序跟班到位實施 W 點、H 點、S 點的質(zhì)量監(jiān)控。列為S點的項目，監(jiān)理單位應對該工序施工過程進行連續(xù)、有效的旁站監(jiān)理并做好旁站記錄，建立旁站記錄匯總表，每月將旁站情況報告建設單位。建設單位參加所有的H 點的驗收，對相應的S 點的抽檢率不低于40%。

鈦—鋼內(nèi)筒焊接質(zhì)量的專項檢查驗收和不合格品處理。

(1)焊接質(zhì)量專項檢查主要分為基材焊縫表面質(zhì)量檢查、鈦焊縫區(qū)表面顏色檢查和無損檢測三部分。

①基材焊縫表面質(zhì)量檢查。主要采用自檢、互檢、專檢的方法進行(見表2)。

表2 鋼內(nèi)筒基材焊縫外觀檢查的檢驗方法、范圍及標準

②鈦焊縫區(qū)表面顏色檢查。鈦焊縫和熱影響區(qū)表面的顏色以銀白色、白色、淡黃色、淡藍色為合格。允許出現(xiàn)不超過單條焊縫總長度 20%的深黃、深藍或紫藍色；但焊縫表面呈灰色或有白色粉狀物，則判定為不合格，必須進行返修。

③無損檢測。鋼內(nèi)筒焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢驗，在焊縫的外觀檢查和焊接接頭變形檢查合格且焊縫焊接完成 24 h 后進行。明確要求 20% 焊縫超聲波探傷檢測，由監(jiān)理單位或建設單位焊接質(zhì)檢員在現(xiàn)場制定。若發(fā)現(xiàn)有 1 處不符合要求，則進行擴大檢查范圍，抽檢比例為40%；若再發(fā)現(xiàn)有問題，則抽檢比例為80% 直至 100%(見表3)。

表3 焊縫內(nèi)部質(zhì)量的檢驗方法、范圍及標準

(2)不合格品的處理。

①表面檢查不合格情況的處理。焊縫表面有超標缺陷時，如焊縫余高過高、余高差超標，可用機械方法去除；余高不足時，可先將表層焊縫清理干凈，然后補焊；咬邊超標、焊縫成形不好，過渡處存在突變現(xiàn)象時，應打磨清理干凈、圓滑過渡；若打磨深度超過安全使用范圍，則應進行補焊后再打磨處理；對于電弧擦傷、弧坑、氣孔、裂紋等，都應清理至無缺陷處且不應留下尖角，然后進行補焊；凡是不能用局部補焊法修復的缺陷，采用等離子切割法或機械法割除，重新加工坡口，對口焊接；裂紋返修時，必須先查明缺陷產(chǎn)生的原因，然后再采取止裂措施，有針對性地進行返修，提高返修質(zhì)量。

②無損檢測不合格情況的處理。焊縫內(nèi)部有超標缺陷時，可采用挖補方式進行返修，但焊縫同一部位返修次數(shù)不得超過兩次。返修前應分析缺陷性質(zhì)、缺陷長度和寬度，確認缺陷的部位；補焊前應徹底清除缺陷，重新修磨的坡口應盡量規(guī)則，避免坡口底部有尖角、輪廓突變及毛刺等。焊縫返修應由相應合格項目的持證合格焊工擔任；返修的焊接工藝應與正式焊接工藝相同；返修完畢，按原焊縫質(zhì)量驗收標準對補焊區(qū)進行重新檢驗，直至確認合格為止。

3 結(jié)論與展望

所有工程建設中的質(zhì)量管理基本相同。煙囪鈦—鋼內(nèi)筒的建造也不例外，同樣也是采用 PDCA 循環(huán)的方法，嚴格控制人、機、料、法、環(huán)這影響質(zhì)量的五大根本因素。關鍵在于建設單位應高度重視質(zhì)量管控工作，選擇優(yōu)質(zhì)的鈦—鋼復合板的原料供貨商；施工單位要嚴格按批準的施工方案、規(guī)程規(guī)范的要求開展各項工作，重點選擇有責任心的焊接人員及質(zhì)量檢驗人員；監(jiān)理單位要強化現(xiàn)場督查力度，確保施工單位嚴格按方案及規(guī)范要求實施。任何一項工程都不是靠一家企業(yè)或一個部門能獨立完成的。在此建議建設單位應該采用項目管理的理念，積極加強與設計、監(jiān)理、施工以及材料供貨單位甚至相關政府職能部門的聯(lián)系，聯(lián)合打造一支具有專業(yè)水平較高的項目管理團隊，運用全面質(zhì)量管理的理論和鈦—鋼內(nèi)筒工程質(zhì)量控制相關的規(guī)范和標準，以施工質(zhì)量控制點為目標，構(gòu)成全面質(zhì)量控制的管理體系。在實際工作中，結(jié)合工程實際，建立關鍵工序的質(zhì)量控制點，編制質(zhì)量控制程序圖，形成質(zhì)量控制體系和程序，重點分析鈦—鋼內(nèi)筒制作過程中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，及時制定并落實控制措施，有效控制工程質(zhì)量。當然，隨著各種新技術、新工藝、新設備的應用，對煙囪鈦—鋼內(nèi)筒工程質(zhì)量檢測手段和分析方法的不斷提高，會更有利于煙囪鈦—鋼內(nèi)筒工程質(zhì)量控制水平的提高。