如何来防止电厂高压蒸汽管道爆炸？

tjpipe赵武芝

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某电厂爆炸事故过去一段时间以后，很多电力行业工作者还在深刻反思，电厂为什么会爆炸？高压蒸汽管道有哪些风险点？如何规避风险，确保电厂安全建设、安全生产？本文带您全面梳理一下高压蒸汽管道爆裂原因、存在的危险点以及防范措施。

高压蒸汽管道爆炸原因

高压蒸汽管道之所以会爆炸，其根本原因都是因为管道内的蒸汽压力超过了管道的允许应力所造成的。由于设计、制造以及材料等各方面因素，可能会出现蒸汽压力超过了实际管道的允许应力的情况，蒸汽从管道的薄弱点突破，高压蒸汽到正常压力环境中，蒸汽体积会瞬间增大，造成爆炸。

1、设计原因

设计选材不当。高温高压管道压力高、温度高， 管道材料的选择是安全的第一步。

管道布置不当。高温高压蒸汽管道布置复杂，设计过程和应力计算难道要求极高，所以管道布置的合理性显得尤为重要。如果管道布置存在问题，就会使管道局部应力增大，特别是弯头、阀门、三通连接处以及支吊架等部位发生爆裂现象。

此外，管道柔性不足、固定方法不当、震动及温度补偿吸收能力不足，在交变在和作用下过早疲劳破坏，也会导致管道爆裂，从而引起爆炸。

2、材料制造原因

高温高压管道工作环境恶劣，对管材要求较高，所以管材质量必须控制，以保证材料性能。

管材在厂家生产过程中会有纰漏，导致材料有沙眼缺陷，材料密度不均匀，材料应力不合格等。

3、安装施工检修原因

安装施工中焊接工艺不当、焊接质量不好，会造成长时间运行后管道老化，焊口爆裂。

无损检测不到位，因管理疏忽、工艺错误或技术水平低下造成的缺陷漏检，从而留下隐患。

此外，现场施工并没有完全遵循设计图纸，包括管道布置与设计图纸不符、支吊架间距和支吊架形式与设计图纸不符等，势必导致管道在运行过程中未按设计意图膨胀、受力等，都会导致发生管裂或爆管现象。

4、运行管理原因

超温、超压运行操作，使管道应力超过强度极限；阀门等的误操作使流量、温度、压力失控。操作人员违反工艺纪律、巡检制度不执行、巡检项目内容不落实；不及时查找隐患、缺陷整改不及时，运行管道运行期间定期检验制度贯彻不力等，都是运行管理不当，最终导致管道事故的发生。

高压蒸汽管道的风险点

1、设计参数的选取

电厂中的高压蒸汽管道相对较多，高压蒸汽中的许多管道温度还很高。设计时需要根据机组的运行情况准确的确定管道的设计参数，而后根据管道的参数选用适合的材料、管径和壁厚。

2、管材及管件质量

随着大容量高参数机组的不断普及，目前新建工程的蒸汽管道参数不断提高，主蒸汽压力通常都在30MPa（相当于3000米水柱高度）以上，温度高达620℃以上，对管材及管件的要求相对较高。控制管材及管件的质量，是防止高压蒸汽管道爆炸的基础工作。

3、管道与管件、阀门等的焊缝处

阀门、弯头及三通等管件与管道连接处通常应力相对集中，且很多在现场焊接，安装施工中如果焊接工艺不当、质量不好，如焊条、焊丝选用不当、焊条，焊剂未按要求烘干与保存，焊接加热、冷却、保温不当等会造成焊接裂纹；焊后热处理工艺不当会造成残余应力导致开裂；焊接中咬边、错边、未焊透等形成局部应力过于集中，长时间的运行导致管道老化，焊口爆裂。焊接质量如果控制不好，在长期受力后，容易产生爆裂。

4、管道和支吊架的安装

电厂中的高压管道大多都伴随着高温，热膨胀产生的应力需要合理的管道布置和支吊架设置来化解。但在施工过程中，有可能支吊架的安装有偏差，或是管道在热膨胀过程中受到某些钢梁的阻碍，造成整个管系的受力改变，在长期运行后，管系中某些薄弱点就有可能出现爆裂。

危险点预防措施

1、严控设计质量

良好的设计是保证工程安全的基础，尤其对于高温高压管道要严格执行设计规范的相关规定，选择准确的设计参数，在此基础上做好管材的选择、管道的布置、管道应力计算、支吊架的设置等相关工作。

以华北院的设计为例，高温高压管道采用CAESARII、glif、pipenet等业内认可的应力计算工具进行静态和动态的应力校验，从而能够做出准确的应力分析，保证管道的受力安全。同时采用三维设计，做好管道和支吊架的布置，在设计阶段及早的发现碰撞，减少现场可能出现的修改，另外，在设计阶段，通过图纸的精细化设计、完善的校核制度，最大程度的保证设计质量，从而保证高温高压管道的设计安全。

CAESARII 计算软件示例1

CAESARII 计算软件示例2

PDMS三维设计示例

主汽管道计算图

2、保证材料质量

高温高压管道工作参数较高，对管材及管件的质量要求就比较严格。如果管材及管件在厂家生产过程中有纰漏，管材及管件出现沙眼、热处理不当等缺陷后，就会导致材料应力不合格，从而容易引起事故。所以管材及管件质量必须控制，以保证材料性能。

3、保证现场施工质量

施工质量是保证整个工程质量的重要环节，对于高温高压管道，首先在现场要做好管材的检验，对现场到货的所有管材及管件均应在施工前做好质量检验。现场的焊接质量直接决定高温高压管道的安全，高温高压管道的每一道焊缝必须做好检验。同时在施工中要注意与设计图纸的一致性，保证施工质量。

4、加强运行监测

良好的设计和施工都是为运行服务，反过来，运行过程中必须按照设计参数的要求来运行，在运行过程中必须加强监测，避免超温超压运行，定期要做好金属和焊缝以及支吊架的监测工作，对于异常现象做到早发现、早处理，杜绝一切可能的隐患。

案例说明

某电厂因焊接质量不佳使其热影响区产生延迟裂纹，从而在服役过程中发生开裂。管件裂纹的宏观形貌如图1～图5所示。管件没有变形和胀粗。裂纹沿焊缝与弯头母材的交界处裂开。外表面裂纹长约220毫米。内表面裂纹长约320毫米。与外表面裂纹相比，内表面裂纹更粗更长。

图1 管件宏观形貌

图2 管件外表面裂纹形貌

图3 外表面裂纹宏观形貌

图4 管件内表面裂纹形貌

图5 内表面裂纹宏观形貌

宏观检查的结果表明，受检管件裂纹沿弯头母材和焊缝的交界处扩展，内表面裂纹较粗大，因此该裂纹起源于焊缝根部，且沿焊道由内表面向外表面扩展。

金相检查结果表明，该裂纹位于焊接接头热影响区，沿热影响区细晶组织和弯头母材粗晶组织的交界面扩展，裂纹呈断续状。该裂纹具有焊接延迟裂纹的特征。由于细晶组织和粗晶组织的晶粒度反差巨大，这两种组织的结合面成为焊接接头的薄弱环节。若焊接质量不佳，存在较大的残余应力，则会在该部位存在较大的应力集中并产生裂纹。由于该裂纹的主要特点是焊后不立即出现，产生延迟现象，所以称为延迟裂纹。

采取措施如下:

焊后回火处理、焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应申报焊接技术负责人查清原因，制定出修补措施后才可处理。要求焊工严格按照焊接工艺卡操作、焊前将焊件边缘经气割或碳弧气刨后的残留氧化铁等杂物清理干净等等。

以上只是一个简单的例证，旨在提醒大家安全在电厂建设和运行过程中的重要性。我们每一名电力人都要时刻提高警惕，从我做起，确保安全，人人认真一小步，整个社会就会安全一大步。