电站锅炉钢结构常见缺陷及原因

电站锅炉钢结构常见缺陷及原因摘要：电站锅炉钢结构的主要作用是保证锅炉整体稳定性，确保电站锅炉安全、可靠的运行。钢结构在运行中承担了大部分的荷载力和压力，例如在机组运行过程中承受了汽水系统以及保温系统等零部件的静载荷，还负担着机组运行过程中振动产生的疲劳负载，因此对电站锅炉钢结构进行合理的布置设计，保证其质量和安全性显得至关重要。关键词：电站锅炉；钢结构；常见缺陷；原因引言虽然电力行业的发展趋势是环保、新能源发电，但由于我国是煤炭大国，并且火力发电技术成熟、成本低，不受地势环境等因素的影响，决定了未来很长一段时间内，火力发电仍是电力行业的主力。火力发电厂最主要的热力设备就是电站锅炉，也叫电厂锅炉。锅炉的主要作用是使燃料在炉内燃烧产生热量，并将锅炉工质由水加热，产生足够数量质量的过热蒸汽，推动汽轮机运转发电。造成锅炉厂发生事故的原因很多，除运行人员技术程度、工作态度外，设备的设计、制造、安装和检测等相关环节如有纸漏，都可能导致锅炉事故的发生。因此，要防患于未然、从根源上避免锅炉事故的发生。本文主要论述电厂钢结构的主要缺陷及其原因分析，从而给出预防措施。1电厂钢结构的特点早期的电厂锅炉支架还以混凝土结构为主，但近二三十年来，电力行业越来越重视投资的时效性及允许的质量稳定性，钢结构由于其材质均匀，安装快速的特点，已经在电厂支撑结构中成为主流，尤其是在锅炉支架中基本上是完全淘汰了混凝土结构。钢材的优点很明显，强度高、塑性好、自重轻、同强度体积尺寸小、制作简便快速，材质均匀且与力学模型较吻合。缺点则主要是耐腐蚀性差，而且耐热不耐火（摄氏600度以上失去承载能力）。钢结构主要以钢板和型钢焊接、铆接或栓接而成。同样由于时效性的要求，目前电厂钢结构基本是在生产工厂内将各构件焊接成型，然后现场再用高强螺栓连接安装成支撑框架。2钢结构钢材原材料的分层缺陷电站锅炉钢结构中一个常见的缺陷是钢结构的原材料，也就是母材存在夹层。对于钢结构件中的中厚板（板厚超过20mm），比如柱底板，大构件或板梁的腹板或翼缘板，在轧制过程中就会形成或大或小的分层缺陷，如果在后期的设计、工艺和制造中没有相应的措施，就更容易形成明显的分层，对结构安全产生影响。钢板轧制过程中的分层原因主要是当钢水中S含量偏高时，钢水凝固进程中S和Mn元素发生化学反应生成MnS夹杂。这样在后期轧制工序中，硫化物夹杂会沿轧制方向变形为长条状从而形成滑移带，进而产生空洞;成片空洞随着轧制应力的加大连通形成微裂纹且扩展后形成或大或小的宏观分层。在制造焊接和结构受力过程中，如果再产生垂直与钢板方向的拉力，就会形成不可逆转，无法修复的结构性分层。钢板的分层缺陷可以从设计、制造和检查三个方面来预防。第一设计上可以直接选用具备Z向性能的钢板，在母材轧制出厂时就具备了相当的防分层性能。而且根据结构受力的特点和重要性可以选取不同等级，比如Z15、Z25甚至Z35的Z向性能钢板。随着钢材轧制技术的不断成熟，其费用与普通钢板的差距越来越小，目前市场上差价不超过200元/吨。同时在焊缝的设计上还应注意：1采用较小的焊接坡口角度及间隙，并满足焊透深度要求；2在角接接头中，采用对称坡口或偏向于侧板的坡口（如下图）；3采用对称坡口；4在T形或角接接头中，板厚方向承受焊接拉应力的板材端头伸出接头焊缝区。第二制造过程中严格按照规范标准要求进行焊前预热和焊后热处理，以减小由于焊接应力导致基材分层的可能性。第三对有分层风险的材料进行入厂超声波检测和焊后超声波检测。3电站锅炉钢结构常见焊接缺陷由于焊接是用焊材将各构件连接在一起的主要方式，其工艺电流电压的选定、工人的操作技能、设备的稳定性、焊前预热后焊后热处理以及各项检查检验均有严格而复杂的规定。所以钢结构的焊接是最频发的缺陷，而且各种缺陷或大或小、或可接受或不可接受。严重的缺陷会导致构件变形、失稳、断裂以致丧失其支持能力，如果是关键构件，甚至会导致整个支撑结构的破坏甚至坍塌。3.1钢结构全融透拼焊时，对接焊缝未焊透钢结构钢板或型钢对拼要求全融透焊接时，未焊透是一种常见的钢结构缺陷。在对钢结构进行焊接时，如果接头的根部没有完全熔透就极易产生未焊透现象。未焊透是一种较为严重的缺陷，极易使锅炉钢结构出现间断或者突变，在一定程度上降低了焊缝的强度，甚至严重时可以导致钢结构焊缝出现裂缝，可能导致构件完全破坏失效，进而影响整体钢结构的安全性。因此，在实际制造生产中，严禁出现焊缝未焊透情况。从产生原因上进行分析，导致这一现象的主要原因可能是：（1）焊件装配间隙或者坡口的角度不够、钝边过厚、焊条直径过大，焊接电流不足以及电焊电弧过长等。（2）进行构件对接装配时，由于间隙过窄导致焊接操作出现障碍，产生未焊透情况。（3）组对间隙不一致，或者进行多个焊口同时焊接，当一个焊口焊接完成后导致其它尚未完成焊接的焊口间隙减小，导致它们在焊接过程中出现未焊透缺陷。为了防止以上情况产生，技术操作人员在进行钢结构焊接时应该选择适当的坡口尺寸、焊接电流以及焊接速度，另外操作人员应该从焊接最困难的部位开始起弧，并选择在受到最小障碍的地方收弧，防止由于焊接障碍影响操作人员视线，降低焊接质量；第三，应该保证焊接时的温度，为了保证焊头的温度，如果条件允许可采用两人对焊的方式进行焊接。焊接对接焊缝未焊透通常会造成较为严重的影响，因此一旦发现钢结构存在此类问题，检测人员应该要求制造厂商进行全规模复检，完全避免锅炉钢结构存在全融透拼焊未熔透焊接的缺陷。3.2母材坡口或焊缝金属未熔合母材坡口或者焊缝金属如果没有完全熔合，也会对钢结构焊接质量产生影响。如果在进行焊接时，焊接电流不足或者焊接速度过快，就会降低焊接处的热量，导致母材坡口先进行焊接的焊接材料不能够被充分的熔化；其次，如果焊接时使用的焊接电流过大，会使后半根焊条温度过高而快速熔化，甚至在母材的边缘还没有熔化时，已经熔化的焊条金属就覆盖在了钢结构表面，也会影响焊接金属的熔合度；第三，焊件散热速度过快，或者焊接起始处温度不足，导致钢结构母材的开始端没有发生熔化现象；第四，钢结构母材的坡口发生了氧化反应，或者坡口处存在没有清理的污迹，在焊接时，氧化物或者污迹没有被熔化就被熔化的焊条覆盖住，也会造成钢结构表面或者边缘存在未熔合情况；最后在锅炉安装过程中，如果同一条焊缝焊接时出现了停弧，就会出现"冷接头”，这种"冷接头〃也是导致焊接金属未熔合的主要原因。4电站锅炉钢结构常见螺栓连接缺陷之前已提到，在电厂的现场钢结构安装过程中，由于建设时效的要求，目前绝大部分钢结构支架均要求高强螺栓连接。那么一旦螺栓及其连接存在缺陷，就有可能使结构连接失效，进而对局部结构或整个结构产生安全影响。目前锅炉钢结构中使用的高强螺栓连接副主要有钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副和钢结构用大六角高强度螺栓连接副。首先高强螺栓连接副在生产过程中必须严格执行国家的相关标准规范进行制造和检测以确保质量。然后需特别注意现场的存储。高强螺栓连接副发运到现场后，由于安装的先后顺序，可能不会立即使用，甚至会存放较长时间。这时候就需要高度重视其包装储存。现场的保管不善，往往会造成螺栓表面损伤或腐蚀，这会改变螺栓的紧固轴力变异系数的稳定性及扭矩系数，进而直接影响螺栓的预紧力和承载能力。故安装公司应通过总包方与生产厂家紧密配合，依据施工的进度，分批分期的按安装进度发往现场，既减少工地的存储量,又能保证工程的需要。工地安装时还应严格管理，按当天的使用量领取，剩余的螺栓应妥善保管。高强螺栓连接副的保质期一般为6个月，如果是包装、运输出现问题，应及时和制造厂家协调解决。最后在现场安装高强螺栓连接副过程中，更是要注意拧紧过程中符合规程规范的要求，使其终拧后达到设计所选取螺栓的扭矩数值范围。比如扭剪型高强度螺栓施工时，对大节点分初拧、复拧和终拧，各种有其扭矩要求，直至终拧把梅花头拧掉。大六角头高强度螺栓施工时,对大节点同样分初拧、复拧和终拧，初拧扭矩为施工扭矩的50%左右，复拧扭矩等于初拧的扭矩，最后终拧。以上只是从原材料、焊接和螺栓连接三方面简述了锅炉钢结构比较容易出现的缺陷及其原因分析，以及预防修正方式方法。实际上锅炉钢结构由于投资项目越来越短的投资建设周期，越来越高的结构要求，相对巨大的重量和数量，制造安装的复杂程度，在各个方面都存在各种各样的缺陷。这必须引起投资方、承包方、设计方、制造方