電廠蒸汽管道支吊架襯板焊縫裂紋分析及處理

郝冬福，劉鴻

(廣東粵華發(fā)電有限責(zé)任公司，廣州 510731)

1 缺陷分布及裂紋實(shí)例

某電廠#5機(jī)組為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300-165/535/535型亞臨界、中間再熱、單軸、四缸、四排汽、凝汽式汽輪機(jī)；鍋爐為SG-1025/16.7-M313型1 025 t/h亞臨界壓力、中間再熱、露天布置、四角切圓燃燒、UP型直流單爐膛、固態(tài)排渣煤粉鍋爐。機(jī)組于1989年投產(chǎn)，在2013年4月開始的A級(jí)檢修中，對(duì)“四大管道”支吊架襯板焊縫——主蒸汽管道所有支吊架襯板焊縫、高溫再熱蒸汽管道垂直段管道襯板焊縫、低溫再熱蒸汽管道襯板焊縫、主給水管道襯板焊縫——進(jìn)行金屬檢查，發(fā)現(xiàn)主蒸汽管支吊架13個(gè)(編號(hào)為1，2，3，8，10，15，21，26，30，32，36，37，44)襯板焊縫有裂紋；高溫再熱蒸汽管23個(gè)(編號(hào)為6，9，10，11，19，21，22，24，25，30(鍋爐)；13，12，14，17，31，33，38，42，43，45，41，44，37(汽輪機(jī)))襯板焊縫有裂紋。

出現(xiàn)裂紋的主蒸汽支吊架分布如圖1所示， 出現(xiàn)裂紋的高溫再熱蒸汽管支吊架分布如圖2所示，主蒸汽支吊架襯板焊縫裂紋宏觀照片(部分)如圖3所示，高溫再熱蒸汽支吊架襯板焊縫裂紋宏觀照片(部分)如圖4所示。

圖1 出現(xiàn)裂紋的主蒸汽支吊架分布

圖2 出現(xiàn)裂紋的高溫再熱蒸汽管支吊架分布

圖3 主蒸汽支吊架襯板焊縫裂紋宏觀照片(部分)

圖4 高溫再熱蒸汽支吊架襯板焊縫裂紋宏觀照片(部分)

2 裂紋產(chǎn)生原因分析

缺陷出現(xiàn)后，委托檢測(cè)單位進(jìn)行了主蒸汽管道、高溫再熱蒸汽管道抽查，結(jié)果見表1、表2。

表1 主蒸汽管道抽查結(jié)果

表2 高溫再熱蒸汽管道抽查結(jié)果

金屬專業(yè)組召集相關(guān)技術(shù)人員及相關(guān)專家對(duì)缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，得出以下初步結(jié)論。

(1)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)(已24年)，焊縫容易產(chǎn)生疲勞裂紋；據(jù)復(fù)膜金相檢測(cè)結(jié)果，金相組織正常，球化4級(jí)，存在材料老化現(xiàn)象。

(2)鍋爐為直流爐，在調(diào)峰過程中升降溫速度較快，導(dǎo)致管道內(nèi)外壁產(chǎn)生溫差而使內(nèi)外壁存在一定應(yīng)力。

(3)支吊架的襯板尺寸為400 mm×200 mm×25 mm(長(zhǎng)×寬×高)，襯板較厚，襯板尺寸不符合設(shè)計(jì)要求，在運(yùn)行及較高溫度熱處理過程中，易因襯板薄厚不均導(dǎo)致膨脹量不同而產(chǎn)生較大應(yīng)力，并最終形成裂紋。

3 處理總體意見及工藝

3.1 總體處理意見

查DL/T 5366—2006《火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)程》計(jì)算出最小取用計(jì)算壁厚：主蒸汽管?419 mm×55 mm，最小取用壁厚40.00 mm；高溫再熱蒸汽管?457 mm×25 mm，最小取用壁厚13.87 mm。

對(duì)于裂紋深度不超過3 mm的缺陷，建議打磨成圓滑過渡而不再補(bǔ)焊處理；對(duì)于裂紋深度超過3 mm的缺陷，進(jìn)行補(bǔ)焊處理。凡需補(bǔ)焊處理的，都要將支吊架襯板去除后再補(bǔ)焊。

3.2 處理工藝

根據(jù)DL/T 869—2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》及DL/T 819—2002《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》編寫以下焊接工藝。

(1)掛葫蘆代替補(bǔ)焊位置的支吊架，使缺陷所在區(qū)域處于自由無外力狀態(tài)；葫蘆的額定載荷應(yīng)大于此處吊架工作時(shí)所受載荷。

(2)火焊去除此處支吊架襯板，修整打磨形狀，使其符合焊接要求，去除尖角、凹槽。

(3)焊接方法為氬弧焊，焊接材料為焊絲TIG-R31。

(4)逐層逐道焊接，層間仔細(xì)清渣，自檢每道焊縫表面質(zhì)量，不允許有氣孔、未熔合、裂縫(弧坑裂縫)等缺陷，一旦發(fā)現(xiàn),打磨去除后才能繼續(xù)焊接。層道間的起?；√幰e(cuò)開25 mm；焊接過程中層間溫度不得高于450 ℃；補(bǔ)焊焊縫盡量與母材齊平后再焊接一道，焊后將該道焊縫打磨掉。

(5)熱處理。

1)采用遠(yuǎn)紅外加熱器進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250～300 ℃，主蒸汽管以113 ℃/h、高溫再熱蒸汽管以200 ℃/h的升溫速度達(dá)到預(yù)熱溫度后恒溫0.5 h，使內(nèi)壁也達(dá)到此預(yù)熱溫度。

2)施焊過程中保留加熱片，確保層間溫度不低于預(yù)熱溫度下限，焊接過程層間溫度低于或高于此規(guī)定時(shí)應(yīng)立即停止補(bǔ)焊，待加熱或冷卻到規(guī)定的層間溫度后方可繼續(xù)施焊。

3)主蒸汽管道材質(zhì)為12Cr1MoV,熱處理升降溫速度為113 ℃/h,恒溫溫度為730 ℃，恒溫時(shí)間為2 h；高溫再熱蒸汽管道材質(zhì)為12Cr1MoV,熱處理升降溫速度為200 ℃/h, 恒溫溫度為730 ℃，恒溫時(shí)間為1 h。

4)熱處理加熱寬度從焊縫中心算起，每側(cè)不小于管子壁厚的3倍；熱處理保溫寬度，從焊縫中心算起，每側(cè)不少于管子壁厚的5倍；保溫層應(yīng)比加熱器每側(cè)寬100 mm。

(6)熱處理完成24 h后，進(jìn)行硬度檢查、磁粉探傷。

4 結(jié)束語

通過分析裂紋產(chǎn)生原因并采取上述補(bǔ)焊工藝后，消除了缺陷。在機(jī)組今后的運(yùn)行中，特別是在機(jī)組調(diào)峰時(shí)溫度、壓力以較大的速度變化時(shí)，應(yīng)注意參數(shù)控制，避免出現(xiàn)超溫、超壓。停機(jī)檢修時(shí)重點(diǎn)跟蹤出現(xiàn)過裂紋的襯板位置，并對(duì)吊架襯板不合理的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，徹底消除隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T 5366—2006 火力發(fā)電廠汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)程[S].

[2]DL/T 869—2012 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DL/T 819—2010 火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程[S].