某電廠爆炸事故過去一段時間了，很多電力行業工作者還在深刻反思，電廠為什么會爆炸？高壓蒸汽管道有哪些風險點？如何規避風險，確保電廠安全建設、安全生產？本文帶您全面梳理一下高壓蒸汽管道爆裂原因、存在的危險點以及防范措施。
高壓蒸汽管道爆炸原因
高壓蒸汽管道之所以會爆炸，其根本原因都是因為管道內的蒸汽壓力超過了管道的允許應力所造成的。由于設計、制造以及材料等各方面因素，可能會出現蒸汽壓力超過了實際管道的允許應力的情況，蒸汽從管道的薄弱點突破，高壓蒸汽到正常壓力環境中，蒸汽體積會瞬間增大，造成爆炸。
1、設計原因
設計選材不當。高溫高壓管道壓力高、溫度高， 管道材料的選擇是安全的第一步。
管道布置不當。高溫高壓蒸汽管道布置復雜，設計過程和應力計算難道要求極高，所以管道布置的合理性顯得尤為重要。如果管道布置存在問題，就會使管道局部應力增大，特別是彎頭、閥門、三通連接處以及支吊架等部位發生爆裂現象。
此外，管道柔性不足、固定方法不當、震動及溫度補償吸收能力不足，在交變在和作用下過早疲勞破壞，也會導致管道爆裂，從而引起爆炸。
2、材料制造原因
高溫高壓管道工作環境惡劣，對管材要求較高，所以管材質量必須控制，以保證材料性能。
管材在廠家生產過程中會有紕漏，導致材料有沙眼缺陷，材料密度不均勻，材料應力不合格等。
3、安裝施工檢修原因
安裝施工中焊接工藝不當、焊接質量不好，會造成長時間運行后管道老化，焊口爆裂。
無損檢測不到位，因管理疏忽、工藝錯誤或技術水平低下造成的缺陷漏檢，從而留下隱患。
此外，現場施工并沒有完全遵循設計圖紙，包括管道布置與設計圖紙不符、支吊架間距和支吊架形式與設計圖紙不符等，勢必導致管道在運行過程中未按設計意圖膨脹、受力等，都會導致發生管裂或爆管現象。
4、運行管理原因
超溫、超壓運行操作，使管道應力超過強度極限；閥門等的誤操作使流量、溫度、壓力失控。操作人員違反工藝紀律、巡檢制度不執行、巡檢項目內容不落實；不及時查找隱患、缺陷整改不及時，運行管道運行期間定期檢驗制度貫徹不力等，都是運行管理不當，最終導致管道事故的發生。
高壓蒸汽管道的風險點
1、設計參數的選取
電廠中的高壓蒸汽管道相對較多，高壓蒸汽中的許多管道溫度還很高。設計時需要根據機組的運行情況準確的確定管道的設計參數，而后根據管道的參數選用適合的材料、管徑和壁厚。
2、管材及管件質量
隨著大容量高參數機組的不斷普及，目前新建工程的蒸汽管道參數不斷提高，主蒸汽壓力通常都在30MPa（相當于3000米水柱高度）以上，溫度高達620℃以上，對管材及管件的要求相對較高。控制管材及管件的質量，是防止高壓蒸汽管道爆炸的基礎工作。
3、管道與管件、閥門等的焊縫處
閥門、彎頭及三通等管件與管道連接處通常應力相對集中，且很多在現場焊接，安裝施工中如果焊接工藝不當、質量不好，如焊條、焊絲選用不當、焊條，焊劑未按要求烘干與保存，焊接加熱、冷卻、保溫不當等會造成焊接裂紋；焊后熱處理工藝不當會造成殘余應力導致開裂；焊接中咬邊、錯邊、未焊透等形成局部應力過于集中，長時間的運行導致管道老化，焊口爆裂。焊接質量如果控制不好，在長期受力后，容易產生爆裂。
4、管道和支吊架的安裝
電廠中的高壓管道大多都伴隨著高溫，熱膨脹產生的應力需要合理的管道布置和支吊架設置來化解。但在施工過程中，有可能支吊架的安裝有偏差，或是管道在熱膨脹過程中受到某些鋼梁的阻礙，造成整個管系的受力改變，在長期運行后，管系中某些薄弱點就有可能出現爆裂。
危險點預防措施
1、嚴控設計質量
良好的設計是保證工程安全的基礎，尤其對于高溫高壓管道要嚴格執行設計規范的相關規定，選擇準確的設計參數，在此基礎上做好管材的選擇、管道的布置、管道應力計算、支吊架的設置等相關工作。
以華北院的設計為例，高溫高壓管道采用CAESARII、glif、pipenet等業內認可的應力計算工具進行靜態和動態的應力校驗，從而能夠做出準確的應力分析，保證管道的受力安全。同時采用三維設計，做好管道和支吊架的布置，在設計階段及早的發現碰撞，減少現場可能出現的修改，另外，在設計階段，通過圖紙的精細化設計、完善的校核制度，最大程度的保證設計質量，從而保證高溫高壓管道的設計安全。
CAESARII 計算軟件示例1
CAESARII 計算軟件示例2
PDMS三維設計示例
主汽管道計算圖
2、保證材料質量
高溫高壓管道工作參數較高，對管材及管件的質量要求就比較嚴格。如果管材及管件在廠家生產過程中有紕漏，管材及管件出現沙眼、熱處理不當等缺陷后，就會導致材料應力不合格，從而容易引起事故。所以管材及管件質量必須控制，以保證材料性能。
3、保證現場施工質量
施工質量是保證整個工程質量的重要環節，對于高溫高壓管道，首先在現場要做好管材的檢驗，對現場到貨的所有管材及管件均應在施工前做好質量檢驗。現場的焊接質量直接決定高溫高壓管道的安全，高溫高壓管道的每一道焊縫必須做好檢驗。同時在施工中要注意與設計圖紙的一致性，保證施工質量。
4、加強運行監測
良好的設計和施工都是為運行服務，反過來，運行過程中必須按照設計參數的要求來運行，在運行過程中必須加強監測，避免超溫超壓運行，定期要做好金屬和焊縫以及支吊架的監測工作，對于異常現象做到早發現、早處理，杜絕一切可能的隱患。
案例說明
某電廠因焊接質量不佳使其熱影響區產生延遲裂紋，從而在服役過程中發生開裂。管件裂紋的宏觀形貌如圖1～圖5所示。管件沒有變形和脹粗。裂紋沿焊縫與彎頭母材的交界處裂開。外表面裂紋長約220毫米。內表面裂紋長約320毫米。與外表面裂紋相比，內表面裂紋更粗更長。
圖1 管件宏觀形貌
圖2 管件外表面裂紋形貌
圖3 外表面裂紋宏觀形貌
圖4 管件內表面裂紋形貌
圖5 內表面裂紋宏觀形貌
宏觀檢查的結果表明，受檢管件裂紋沿彎頭母材和焊縫的交界處擴展，內表面裂紋較粗大，因此該裂紋起源于焊縫根部，且沿焊道由內表面向外表面擴展。
金相檢查結果表明，該裂紋位于焊接接頭熱影響區，沿熱影響區細晶組織和彎頭母材粗晶組織的交界面擴展，裂紋呈斷續狀。該裂紋具有焊接延遲裂紋的特征。由于細晶組織和粗晶組織的晶粒度反差巨大，這兩種組織的結合面成為焊接接頭的薄弱環節。若焊接質量不佳，存在較大的殘余應力，則會在該部位存在較大的應力集中并產生裂紋。由于該裂紋的主要特點是焊后不立即出現，產生延遲現象，所以稱為延遲裂紋。
采取措施如下:
焊后回火處理、焊縫出現裂紋時，焊工不得擅自處理，應申報焊接技術負責人查清原因，制定出修補措施后才可處理。要求焊工嚴格按照焊接工藝卡操作、焊前將焊件邊緣經氣割或碳弧氣刨后的殘留氧化鐵等雜物清理干凈等等。
以上只是一個簡單的例證，旨在提醒大家安全在電廠建設和運行過程中的重要性。我們每一名電力人都要時刻提高警惕，從我做起，確保安全，人人認真一小步，整個社會就會安全一大步。
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