浅谈火力发电厂烟囱钛—钢内筒建造的质量管理

顾 健，陈卫东

（1.江苏常熟发电有限公司，江苏 常熟 215536；2.江苏兴源电力建设监理有限公司，江苏 南京 210024）

0 引 言

目前国内众多火力发电厂大部分采用不设烟气加热系统(GGH)的烟气湿法脱硫系统。经脱硫后的烟气水分含量高、湿度大、温度低，易出现结露现象，在烟囱内壁上形成腐蚀性很强的硫酸酸液。同时湿烟气冷凝物中氯化物或氟化物的存在，使湿烟气腐蚀强度及渗透性增强。因此，国内多数大型火力发电厂目前已采用钛—钢复合板建造烟囱钢内筒。虽然钛及钛合金材料具有非常强的耐腐蚀性，但如果在建造过程中不能有效地控制其施工质量，则同样会被具有较强腐蚀性的冷凝水腐蚀，从而严重影响火力发电厂烟囱的安全运行。笔者结合某工程钛—钢复合内筒的施工过程，介绍在该工程钛—钢内筒建造过程中开展的全面质量管理活动，以达到控制钛—钢复合内筒的施工质量。

1 工程项目简介

某公司 2×1000 MW 机组两炉合用一座双管集束钢内筒烟囱。烟囱混凝土外筒高 230 m，外筒底部外直径 28.56 m、顶部外直径 20.4 m。内筒为2个高度 240 m的钢筒，钢内筒筒体部分内直径 8.5 m，出口内直径 7.2 m。钢内筒系自立式结构，直接支承在底部基础板上。钢内筒材质：11 m～ 240 m 采用钛—钢复合板，基板为Q235B 复合 1.2 mm 钛层；11 m 以下为Q235B 普通钢板；为了防雨淋、腐蚀，钢内筒顶部露出部分，在保温材料外再覆不锈钢板。另外，钢内筒在 120 m 平台和0 m 各设置 1个可开启的入孔门，80 m平台处设置 4 组共 12个检测点，用来放置净烟气测点及备用检测孔，以进行净烟气测量分析和检测钢内筒腐蚀情况。钢内筒与混凝土外筒之间共设置 7层巡检、检修钢平台，各钢平台之间设置上下钢扶梯。

2 烟囱钛—钢内筒建造过程的全面质量管理

2.1 考察材料供应市场，做好招标采购工作，择优选择供应商，确保材料供应质量

认真进行钛—钢复合板采购招标前的市场调研，详细了解各供货商的资质和质保体系，并到供货商生产现场进行实地考察。通过面谈交流、突击察看生产工艺和管理，以及侧面了解等方法，对供应商作出真实评估。根据设计院提供的设计文件和要求，有针对性地编制《烟囱钢内筒(钛—钢复合板)招标技术规范书》。例如在技术规范书中明确供货商的供货业绩、产品使用的用户证明；提供必要的焊接、安装技术指导；钛—钢复合板钛层及钛贴条的供货厚度必须保证是正公差；规定严格按照 GB/T 3621—2007《钛及钛合金板材》和GB 8547—2006《钛—钢复合板》的要求，对全部材料在出厂前进行 100% 检测与试验，提供每一批次材料的证明书和工厂试验数据，出具正式的出厂试验报告；所有材料做好防腐措施，便于运输保管等。严格遵循招投标程序，要求各投标单位对评标小组提出的疑义和问题应仔细考虑并作出澄清或承诺。以技术规范书规定的内容和承诺澄清文件的内容为主，与中标单位商榷并签订《烟囱钢内筒钛—钢复合板买卖合同的技术协议》，用合同专用条款的形式把供货质量要求加以固定，对保证材料的供货质量具有可约束性。

2.2 策划质量管理措施，督查施工准备工作

钛—钢内筒的建造本质上隶属于钢结构施工安装的范畴。其施工质量的优劣，核心部分在于焊接工艺的准确性和施工人员的焊接水平。因此在施工准备期间，现场管理小组将钛—钢复合板所做的焊接工艺评定，作为关键工作进行重点把控。试板焊接按设计文件要求和国家行业标准NB/T 47014—2011《承压设备焊接工艺评定》(原 JB/T 4708—2005)组织开展工艺评定。施工单位根据焊接工艺评定报告，编写报审《烟囱钛—钢内筒焊接作业指导书》。根据现场多次试验，确定本工程最终采用焊接工艺为：钢筒壁板基材采用 CO2气体保护焊打底和手工焊条电弧焊填充、盖面，内部钛贴条采用钨极氩弧焊；钢内筒基板选用 J427 焊条，H08Mn2SiA 焊丝，吊耳焊接选用 J507 焊条，钛贴条选用 TA2φ1.6 mm 焊丝。现场管理小组重点控制焊接施工人员的资质和焊接器具，规定施工单位上报的焊接人员除取得相应钢材焊接(Q235B 材料)的资格证外，还必须参照 GB/T 13149—2009《钛及钛合金复合钢板焊接技术条件》附录 A“钛及钛合金考试规则”(参考件)中 A4.2 基本知识组织考试。考试范围为钛—钢复合板(TA2/Q235B)焊工的应知部分和A4.3 中侧重 TA2 板材焊接的应会部分，并由供货单位的钛材焊接专业工程师进入施工现场进行焊前培训，对焊接试样进行检测检验。确认培训合格后，签发烟囱钛材焊接培训焊工证明书，确定钛材焊接的专业人员名单，备案登记造册并告知各级质量监督机构，规定施工单位在施工过程中不允许更换钛材焊接人员。焊接人员在 TA2/Q235B 钛—钢复合板烟囱焊接过程中，必须严格遵守被批准的《烟囱钛—钢内筒焊接作业指导书》的所有规定。

2.3 狠抓施工过程控制，及时纠正过程偏差

遵循质量管理事前检查、事中控制、事后纠偏的总体原则。

2.3.1 控制原材料进场质量

对原材料进场除审查合格证和材质检测报告外，对进场的钛—钢复合板按批次进行钛复合层厚度和面积结合率的抽检，抽检比例为20%。每块板厚度检测时检测点每平方米不少于1 点，面积结合率应大于95%，单个不结合区面积小于60 cm2(满足 GB 8547—2006《钛—钢复合板》表7 中爆炸—轧制复合板 2 类即 BR2 标准要求)。任一批次在检查中若发现有一处不符合要求，则进行扩大检查，抽检比例为40%。若再发现有问题，则进行 100% 检查，并根据合同规定办理退货更换手续；相关检测、运输费用由供货商负责承担。

2.3.2 控制钛—钢复合板材卷制质量

首先应对钛—钢复合板的卷板机性能进行检查确认。按设计的钛—钢复合板的不同厚度，现场用相同规格的钢板先进行多次试卷，并根据试卷结果对卷板机进行调整，以达到最佳卷制质量。其次在钛—钢复合板材卷制过程中要对每块板进行表面宏观检查，在卷制结束拼装焊接前再进行全面检查，对发现的缺陷如沙眼、凹痕等做好明显记号，在拼装过程中及时进行补焊修复。

2.3.3 控制焊接质量

由式(1)、式(3)和式(4)得到直线形全车速下转向助力函数表达式,利用Matlab绘制出直线形助力特性曲线的三维曲面图,如图4所示.

焊接前必须做好焊前清理工作。TA2 钛填条、钛贴条及钛焊丝在领用前必须进行进行酸洗。酸洗后的TA2 钛填条、钛贴条及钛焊丝用清水冲洗干净，并经烘干或风干后使用。施焊前，基层钢及钛复层的坡口区要进行清洗，做到没有污染。如加工的坡口被污染，必须进行清洗或用机械方法(用角向砂轮机或用刮刀)清理干净；对钛材使用洁净白布蘸酒精(丙酮)擦洗。基层钢清洁范围离焊边至少 20 mm，钛复层清洁范围离焊边 50 mm。

TA2/Q235B 钛—钢复合板焊件装配，厚度相同或者厚度不同时，均以钛复层表面为基准(如图1、图2所示)。

图1 钛—钢复合板不同板厚对接示意图

图2 钛钢复合板对接接口及钛贴条布置示意图

筒节焊接时，制定焊工定位焊接实名制度和焊接顺序流程。具体规定为：沿筒节内外缘实施焊接位置的焊工为固定人员 10名(钛材焊接人员 4名)，每人承包焊接固定的焊缝；要求每段焊缝焊接结束后在焊接检查表中签名确认，以备在焊后检测发现有不合格处时，能找到具体的施焊人员及时进行返工修复，并实施经济责任制考核，有利于督促焊工自身的操作责任心，加强焊接质量自检程度。施工单位、监理单位及建设单位各级质量监督人员每日对焊接检查表进行审核、签字，每周汇总归档交建设单位质量管理专业组备案。为了防止由于基板(Q235B)的连续焊接区域在焊接过程中过热或过烧而导致钛复层 TA2 板的变形和过度损伤，特别规定了筒节焊接的顺序流程。在基板所有层焊接以及和附属加强筋、固定点、吊耳等焊接的过程中，严格控制焊接热输入。基板附属焊接采用不连续、分段、分层焊接，对不同焊机调整好各焊机使用的最佳电流，每一筒节基板及附件焊接完毕，经质量检验合格后.再进行钛贴条与钛复层的点焊和焊接。

2.3.4 控制钢内筒各部附件的焊接密封

除上述控制整体筒节焊接安装质量外，施工中钢内筒各部附件的焊接密封显得尤为重要。因为烟囱在实际运行过程中，湿烟气是无孔不入的。只要有细微的渗漏就会酿成整体的腐蚀，具体存在的位置有导流板、人孔门、各烟气测点孔、冷凝液排放口以及各支撑杆等处。各部件进入钢内筒的定位焊接结束后，与筒壁处钛贴条密封部位的所有焊接处必须进行 100%PT 检验，实施全过程实测监控。钛材部位若出现氧化现象，则需增加覆盖 1层钛贴条；覆盖后必须重新进行全部检验，确保合格。尤其在导流板筒节内两侧底部死角处部位的斜焊，应增加钛贴条圆弧焊接定溢。所有钛贴条焊接部位确保一次成功，不允许用钢丝刷或其他方法进行抛光。

2.3.5 综合管理方面

在整个施工过程中还应考虑做到以下几点。

(1)材料保护。材料进厂后应按不同规格进行有序存放，并采用防雨措施保护，防止机加部位过度生锈。

(2)焊条和焊丝的库存管理。焊条和焊丝必须按照类别、规格及进货的先后次序进行区分堆放并做好标识。库房内要保持通风、干燥；室温宜 10℃～25℃，相对湿度小于50%。堆放要用木板垫高，距离地面不小于300 mm，且离墙面距离不小于300 mm，使上下左右空气流通，防止焊条药皮受潮失效。

(3)冬季施工的特殊性。在外温低于0℃ 时，应采取焊前有效预热，防止焊后脆裂现象发生。冬季焊接必须按照要求对焊条进行烘干保温，现场保温桶必须能进行有效保温，确保二保焊打底和盖面作业区无风作业。

(4)钛材表面的清洁度。卷制工序必须对棍轴和钛板面清理污物，并进行有效保护，避免损伤污染钛板面。基板坡口区域采用打磨机钢刷打磨已锈和污染部位，在距坡口中心至少 30 mm的范围内打磨至基板金属光泽，应保证坡口焊接区域清洁、无污染。基板二保焊打底后必须双面进行检查，各层盖面和丁字口焊接必须彻底清根，且丁字口焊接采用立向上焊正确的方法焊接，稳定焊接速度。加强焊后焊接人员自检、互检的力度，对缺陷部位进行修复处理，确保两面焊缝的成形质量和检测一次通过率。

(5)钛贴条的焊接。对焊接区域、钛贴条、钛焊丝等污染部位进行清理，并用酒精(丙酮)擦拭干净。钛材密度非常小，十分坚韧且耐腐蚀。钛焊接对熔池的保护非常重要，保护不当易氧化。因此必须确保钛焊接范围内无风作业。钛贴条焊接一次成形后，保留原始状态，绝对不允许打磨处理。经大量试验证明，热影响区的原始保护膜起相当重要的保护作用，比打磨后耐腐性更强，所以当焊缝局部颜色呈淡蓝色、蓝色或深蓝色时不要求打磨处理。基板焊接对钛板过烧严重部位进行加盖钛贴条焊接处理。钛贴条焊接后，加强焊接人员自检和互检；对后续加工产生的表面缺陷和污染严重的部分，必须进行彻底清理、补焊修复处理，确保钛贴条焊接质量和钛板表面质量。

2.4 严格执行验收规范，采用合适检验方法

烟囱钛—钢内筒建设工程的验收，执行 GB 50252—2010《工业安装工程施工质量验收统一标准》中单位工程质量验收的程序。选用的验评标准主要如表1所列。

表1 主要验评标准

要求施工单位、监理单位和建设单位均应按照上述评审确定的《施工质量验收范围划分表》和《质量控制点(W、S、H 点)检验计划》，进行施工项目质量检验或验收工作，并做好相应记录。施工单位负责按照 3 级验收制度，组织对施工项目的质量验收工作；有质量控制点项目时，还应填写《质量控制点验收签证表》，并由监理单位和建设单位相应专业质检人员签字确认。监理单位负责组织 4 级质量验收，负责分部、分项工程及检验批的验收，并对施工单位的验收进行抽检和监督；在抽检过程中应填写《工程质量控制过程监视和测量记录》。建设单位负责组织 5 级施工项目的验收和单位工程的质量验收，对监理单位和施工单位分部、分项工程和检验批的验收进行抽查和监督，并要求监理单位按作业程序跟班到位实施 W 点、H 点、S 点的质量监控。列为S点的项目，监理单位应对该工序施工过程进行连续、有效的旁站监理并做好旁站记录，建立旁站记录汇总表，每月将旁站情况报告建设单位。建设单位参加所有的H 点的验收，对相应的S 点的抽检率不低于40%。

钛—钢内筒焊接质量的专项检查验收和不合格品处理。

(1)焊接质量专项检查主要分为基材焊缝表面质量检查、钛焊缝区表面颜色检查和无损检测三部分。

①基材焊缝表面质量检查。主要采用自检、互检、专检的方法进行(见表2)。

表2 钢内筒基材焊缝外观检查的检验方法、范围及标准

②钛焊缝区表面颜色检查。钛焊缝和热影响区表面的颜色以银白色、白色、淡黄色、淡蓝色为合格。允许出现不超过单条焊缝总长度 20%的深黄、深蓝或紫蓝色；但焊缝表面呈灰色或有白色粉状物，则判定为不合格，必须进行返修。

③无损检测。钢内筒焊缝内部质量检验，在焊缝的外观检查和焊接接头变形检查合格且焊缝焊接完成 24 h 后进行。明确要求 20% 焊缝超声波探伤检测，由监理单位或建设单位焊接质检员在现场制定。若发现有 1 处不符合要求，则进行扩大检查范围，抽检比例为40%；若再发现有问题，则抽检比例为80% 直至 100%(见表3)。

表3 焊缝内部质量的检验方法、范围及标准

(2)不合格品的处理。

①表面检查不合格情况的处理。焊缝表面有超标缺陷时，如焊缝余高过高、余高差超标，可用机械方法去除；余高不足时，可先将表层焊缝清理干净，然后补焊；咬边超标、焊缝成形不好，过渡处存在突变现象时，应打磨清理干净、圆滑过渡；若打磨深度超过安全使用范围，则应进行补焊后再打磨处理；对于电弧擦伤、弧坑、气孔、裂纹等，都应清理至无缺陷处且不应留下尖角，然后进行补焊；凡是不能用局部补焊法修复的缺陷，采用等离子切割法或机械法割除，重新加工坡口，对口焊接；裂纹返修时，必须先查明缺陷产生的原因，然后再采取止裂措施，有针对性地进行返修，提高返修质量。

②无损检测不合格情况的处理。焊缝内部有超标缺陷时，可采用挖补方式进行返修，但焊缝同一部位返修次数不得超过两次。返修前应分析缺陷性质、缺陷长度和宽度，确认缺陷的部位；补焊前应彻底清除缺陷，重新修磨的坡口应尽量规则，避免坡口底部有尖角、轮廓突变及毛刺等。焊缝返修应由相应合格项目的持证合格焊工担任；返修的焊接工艺应与正式焊接工艺相同；返修完毕，按原焊缝质量验收标准对补焊区进行重新检验，直至确认合格为止。

3 结论与展望

所有工程建设中的质量管理基本相同。烟囱钛—钢内筒的建造也不例外，同样也是采用 PDCA 循环的方法，严格控制人、机、料、法、环这影响质量的五大根本因素。关键在于建设单位应高度重视质量管控工作，选择优质的钛—钢复合板的原料供货商；施工单位要严格按批准的施工方案、规程规范的要求开展各项工作，重点选择有责任心的焊接人员及质量检验人员；监理单位要强化现场督查力度，确保施工单位严格按方案及规范要求实施。任何一项工程都不是靠一家企业或一个部门能独立完成的。在此建议建设单位应该采用项目管理的理念，积极加强与设计、监理、施工以及材料供货单位甚至相关政府职能部门的联系，联合打造一支具有专业水平较高的项目管理团队，运用全面质量管理的理论和钛—钢内筒工程质量控制相关的规范和标准，以施工质量控制点为目标，构成全面质量控制的管理体系。在实际工作中，结合工程实际，建立关键工序的质量控制点，编制质量控制程序图，形成质量控制体系和程序，重点分析钛—钢内筒制作过程中可能出现的质量问题，及时制定并落实控制措施，有效控制工程质量。当然，随着各种新技术、新工艺、新设备的应用，对烟囱钛—钢内筒工程质量检测手段和分析方法的不断提高，会更有利于烟囱钛—钢内筒工程质量控制水平的提高。