再熱蒸汽熱段放空氣管焊縫裂紋的防治措施

王鵬程

鄭州裕中能源有限責(zé)任公司，河南新密 452375

鄭州裕中能源有限責(zé)任公司新密電廠2×300MW機(jī)組所配套的鍋爐是上海鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的1025t/h自然循環(huán)汽包鍋爐，鍋爐型號(hào)為SG1025/17.5-M888型，單爐膛∏型布置，爐膛由四側(cè)水冷壁組成，水冷壁為膜式全焊接結(jié)構(gòu)，前后側(cè)水冷壁采用雙拱形布置，爐膛截面11.89m×12.8m，呈近似正方形，鍋筒中心標(biāo)高64.5m，爐頂管中心線標(biāo)高60m，爐頂大板梁標(biāo)高72m，采用四角切圓燃燒，熱風(fēng)送粉，中儲(chǔ)式鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)，露天布置，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，固態(tài)機(jī)械排渣方式。#1機(jī)組于2006年12月份投產(chǎn)，#2機(jī)組于2007年4月份投產(chǎn)。

主蒸汽管道從鍋爐高溫過(guò)熱器出口集箱引出，引出管為Φ610×90mm，材質(zhì)A335P91，經(jīng)大小頭變徑為Φ450×41mm，材質(zhì)A335P91。在距離第一個(gè)彎頭垂直焊口約1 500mm處的水平段管子上安裝有放空氣管（管徑Φ42×5.5mm，材質(zhì)12Cr1MoVG）。

再熱蒸汽熱段管道分兩路從鍋爐高溫再熱器出口集箱引出，引出管均為Φ557.6×24.8mm，材質(zhì)A335P22，經(jīng)三通匯合后，管徑變?yōu)棣?47.5×34mm，材質(zhì)A335P22。三通出口焊口至第一個(gè)彎頭焊口之間水平段管子長(zhǎng)度為2450mm，在距離第一個(gè)彎頭焊口約500mm處的水平段管子上安裝有放空氣管（管徑Φ28×2.5mm，材質(zhì)12Cr1MoVG）。再熱蒸汽熱段管道母材及放空氣管道角焊縫出現(xiàn)大量裂紋的位置，就發(fā)生在長(zhǎng)度為2 450mm，且距離第一個(gè)彎頭焊口約1 000mm范圍內(nèi)的水平段管子上（見圖1）。

圖1

1 事件經(jīng)過(guò)

2010年初，新密電廠#1鍋爐再熱蒸汽熱段管道放空氣管（管徑Φ28×2.5mm，材質(zhì)12Cr1MoVG）焊縫根部出現(xiàn)漏汽現(xiàn)象，泄漏量很小，屬于輕微飄汽，經(jīng)研究后決定繼續(xù)觀察、監(jiān)護(hù)運(yùn)行。當(dāng)時(shí)機(jī)組正常運(yùn)行，并無(wú)檢修作業(yè)和操作工作，排除人為干擾造成漏汽，初步分析原因可能是放空氣管與管座根部對(duì)接焊縫出現(xiàn)裂紋或由原始焊接缺陷造成的。

2 查出問題

圖2 #1鍋爐再熱熱段放空氣管管孔放射狀裂紋形貌

圖3 #2鍋爐再熱熱段放空氣管管孔及筒體內(nèi)壁裂紋形貌

圖4 #2鍋爐再熱熱段放空氣管與管座對(duì)接焊縫裂紋形貌

2010年上半年，新密電廠利用#1機(jī)組調(diào)停檢修和#2機(jī)組大修機(jī)會(huì)，委托河南電力試驗(yàn)研究院對(duì)#1鍋爐再熱蒸汽熱段管道放空氣管角焊縫處漏汽原因進(jìn)行分析，在查清泄漏原因的基礎(chǔ)上，對(duì)#1、2鍋爐主蒸汽管道、再熱蒸汽熱段管道放空氣管焊縫及母管進(jìn)行了全面探傷檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果如下：

1）#1鍋爐主蒸汽管放空氣管焊縫及筒體：超聲波檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷；2）#1鍋爐再熱蒸汽熱段放空氣管焊縫周圍及筒體：超聲波檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)從放空氣管管座沿氣流方向至彎頭焊縫長(zhǎng)約250mm、周向?qū)挾?50mm范圍有大量裂紋，裂紋最深已延伸至外壁（即內(nèi)外貫穿）。這也是#1鍋爐再熱蒸汽熱段管道放空氣管焊縫根部出現(xiàn)漏汽的主要原因（圖2）；3）#2鍋爐主蒸汽管放空氣管焊縫及筒體：超聲波檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷；4）#2鍋爐再熱蒸汽熱段放空氣管焊縫及筒體：超聲波檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)空氣管孔四周多處缺陷信號(hào)，管座沿氣流方向至彎頭焊縫筒體內(nèi)壁有多處缺陷信號(hào)（圖3）；5）#2鍋爐再熱蒸汽熱段放空氣管焊縫探傷：磁粉探傷檢查放空氣管與管座對(duì)接焊縫發(fā)現(xiàn)焊縫下沿熔合線裂紋類缺陷磁痕，長(zhǎng)約80mm（見圖4）。

經(jīng)磁粉探傷檢查，認(rèn)定#1、2鍋爐主蒸汽管筒體（管徑Φ450×41mm，材質(zhì)A335P91）及放空氣管焊縫超聲波檢驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷。

#1鍋爐再熱蒸汽熱段筒體（管徑Φ747.5×34mm，材質(zhì)A335P22）及放空氣管（管徑Φ28×2.5mm，材質(zhì)12Cr1MoVG）焊縫周圍：超聲波檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)從放空氣管管座沿氣流方向至彎頭焊縫長(zhǎng)約250mm、周向?qū)挾?50mm范圍有大量裂紋，裂紋最深已延伸至外壁。

#2鍋爐再熱蒸汽熱段筒體（管徑Φ747.5×34mm，材質(zhì)A335P22）及放空氣管（管徑Φ28×2.5mm，材質(zhì)12Cr1MoVG）焊縫：超聲波檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)空氣管孔四周多處缺陷信號(hào)，管座沿氣流方向至彎頭焊縫筒體內(nèi)壁有多處缺陷信號(hào)。

3 原因分析

再熱蒸汽熱段放空氣管有較長(zhǎng)的垂直管段和水平段，且外部保溫效果較差，在機(jī)組停機(jī)時(shí)，由于管子內(nèi)外溫差較大，這樣兩者之間就形成強(qiáng)烈的熱交換，使放空氣管內(nèi)距離再熱熱段管道較遠(yuǎn)的蒸汽冷凝，且距離再熱熱段管道越遠(yuǎn)，蒸汽冷凝越快。當(dāng)冷凝水量達(dá)到一定量時(shí)，就會(huì)順著放空氣管回流到再熱熱段管道內(nèi)壁上，而此時(shí)再熱熱段管道內(nèi)壁溫度較高，于是在放空氣管口再熱管道的內(nèi)壁就會(huì)產(chǎn)生較高的熱應(yīng)力。在此交變熱應(yīng)力的反復(fù)作用下造成母管及放空氣管管座產(chǎn)生大量的熱疲勞裂紋。

4 采取措施

1）金屬材料的疲勞強(qiáng)度對(duì)各種外在因素和內(nèi)在因素都極為敏感，應(yīng)從各種工藝和結(jié)構(gòu)上合理優(yōu)化，從而預(yù)防和減少金屬部件損傷和失效；2）對(duì)發(fā)現(xiàn)有裂紋的#1、2鍋爐再熱蒸汽熱段管道進(jìn)行更換，為安全起見，裂紋管段兩端各加長(zhǎng)500mm母管進(jìn)行更換。

（1）再熱蒸汽熱段管道對(duì)接焊接坡口如圖5所示；熱段管道和放空氣管座焊接坡口如圖6所示；（2）坡口加工采用機(jī)械加工的方法進(jìn)行加工，熱段管道對(duì)接前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管道坡口處進(jìn)行磁粉探傷檢查，確保無(wú)裂紋缺陷。預(yù)熱前在坡口內(nèi)設(shè)置定位塊，定位塊三個(gè)位置點(diǎn)固，點(diǎn)固塊要求等距離布置在坡口圓周內(nèi)側(cè)，待預(yù)熱結(jié)束并開始電焊焊接時(shí)，除去“定位塊”，且除去“定位塊”時(shí)，不得損傷母材，并將其殘留焊疤清除干凈，確認(rèn)該處無(wú)裂紋等缺陷后，方可繼續(xù)施焊；（3）由于P22鋼材的淬透性和淬硬性都很大，焊接過(guò)程中在焊縫及熱影響區(qū)易產(chǎn)生脆硬的馬氏體組織，在焊縫內(nèi)部形成較大的內(nèi)應(yīng)力，為此應(yīng)做好焊前預(yù)熱和焊后熱處理措施；

（4）焊材選取見下表

母材 焊絲 焊條熱段管道A335-P22 TIG-R40 R407放空管/熱段管道 TIG-R31 R317放空氣管 TIG-R31

（5）焊接工藝：熱段管道對(duì)接焊口、熱段管道與放空氣管角焊縫采用氬弧焊打底電焊填充及蓋面的方法進(jìn)行焊接。放空氣管采用全氬弧焊的焊接方法進(jìn)行焊接。放空氣管對(duì)接不用預(yù)熱及焊后熱處理，其余焊接采用焊前預(yù)熱200℃～300℃，焊后進(jìn)行720℃～750℃恒溫1.5小時(shí)的焊后熱處理工藝；

（6）為了減少焊接應(yīng)力與變形，宜采用兩人對(duì)稱焊接。水平固定管焊至平焊位置，不得兩人同時(shí)在一處收弧，避免溫度過(guò)高，引起局部過(guò)熱。

圖5

圖6

3）對(duì)#1、2鍋爐再熱蒸汽熱段放空氣管進(jìn)行改造，將放空氣管垂直段加長(zhǎng)200mm，使放空氣管水平段“前高后低”，留足疏水坡度，防止凝結(jié)水回流到再熱蒸汽管道；4）對(duì)放空氣管做好保溫，盡量不使放空氣管內(nèi)蒸汽過(guò)早、過(guò)快冷凝；5）在放空氣管出口200mm處加裝隔離門進(jìn)行隔離，該閥門運(yùn)行過(guò)程中處于常開狀態(tài)，在機(jī)組停機(jī)時(shí)關(guān)閉，機(jī)組開啟正常后打開該閥門通汽。

5 結(jié)論

建議其他同容量同參數(shù)，使用相同材質(zhì)的發(fā)電企業(yè)，加強(qiáng)對(duì)300mW機(jī)組鍋爐再熱蒸汽熱段管道（材質(zhì)A335P22）及放空氣管（材質(zhì)12Cr1MoVG）的關(guān)注，利用機(jī)組停檢機(jī)會(huì)，對(duì)上述材料及部位進(jìn)行檢查，及時(shí)消除設(shè)備隱患，確保發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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