屏式再熱器出口聯(lián)箱泄漏原因分析及修復(fù)處理

范海東，孫 剛，劉 斌

（1.山西大唐國(guó)際臨汾熱電有限責(zé)任公司，山西 臨汾 041000；2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；3.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力建設(shè)一公司，山西 大同 037043）

0 引言

某公司1臺(tái)型號(hào)為HG-1092/17.5-YM28的鍋爐，為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式。鍋爐投產(chǎn)至2014年6月27日累計(jì)運(yùn)行23 881 h，期間共進(jìn)行過(guò)兩次“C”級(jí)檢修，兩次停備檢修。2014年7月檢修期間對(duì)爐頂鍋爐集箱檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)屏式再熱器出口集箱泄漏，位置為屏式再熱器出口集箱爐后靠右側(cè)，右向左數(shù)第6屏前向后數(shù)第14根集箱短節(jié)管座（短節(jié)管子Φ63×4.5材質(zhì)12Cr1MoVG）角焊縫產(chǎn)生泄漏，如圖1、2所示。屏式再熱器出口集箱設(shè)計(jì)壓力4.72 MPa，設(shè)計(jì)溫度505℃，筒身規(guī)格Φ457×26，材質(zhì)SA-335P22；集箱理論計(jì)算最小壁厚為20.6 mm，有效壁厚22.75 mm，取用壁厚26 mm。本文分析了泄漏的原因，并在檢修期間對(duì)屏式再熱器出口聯(lián)箱缺陷進(jìn)行修復(fù)處理。

1 泄漏原因分析

泄漏蒸汽導(dǎo)致緊靠接管處聯(lián)箱母材基體產(chǎn)生多溝槽面積性嚴(yán)重吹損，受損區(qū)域長(zhǎng)130 mm，寬72mm，最深深度20～22 mm，基體最薄壁厚剩余4 mm左右。宏觀照片分析顯示，靠小管側(cè)熔合區(qū)附近產(chǎn)生微裂紋，裂紋沿小接管側(cè)焊縫邊緣熔合線附近周向開(kāi)裂，長(zhǎng)度達(dá)1/2周，如圖2、3所示。考慮該接管與聯(lián)箱的異種鋼角焊縫焊接，本身屬于薄弱環(huán)節(jié)，在產(chǎn)生微裂紋的同時(shí)，并在長(zhǎng)期運(yùn)行中的高溫高壓應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力及冷熱膨脹收縮應(yīng)力作用下[1-2]，使裂紋得以擴(kuò)展，直至管子裂透，發(fā)生高壓蒸汽泄漏。最終對(duì)聯(lián)箱基體產(chǎn)生吹損；最初產(chǎn)生的裂紋為低周高應(yīng)力型疲勞裂紋，在較短的時(shí)間周期內(nèi)發(fā)生泄漏。

圖1 泄漏位置整體宏觀照片

圖2 泄漏位置局部放大照片

圖3 裂紋沿熔合線附近周向開(kāi)裂

2 缺陷修復(fù)處理

2.1 修復(fù)前期工作

a）首先對(duì)聯(lián)箱吹損區(qū)周圍測(cè)厚，受損區(qū)域（130 mm×72 mm）范圍之外周圍厚度在25.0～25.9 mm之間，未見(jiàn)明顯異常；直讀光譜分析確認(rèn)原聯(lián)箱材質(zhì)為P22，接管為12Cr1MoVG，接管管徑測(cè)量在63.1～63.4 mm之間，管子高溫蠕脹測(cè)量未超標(biāo)。

b）焊前準(zhǔn)備,將集箱吹損區(qū)及周圍20 mm范圍，集箱基體外表面全部機(jī)械打磨,去除氧化皮、銹蝕等，直至露出金屬光澤；吹損區(qū)域整體打磨成U型盆狀坡口。用機(jī)械貼壁（角焊縫集箱側(cè)）切割小短接管，盡量保留角焊縫裂紋缺陷形貌；然后打磨小徑管坡口，坡口的凹槽不得有尖角，角彎處要圓滑過(guò)渡，清理凹槽內(nèi)外表面，不得有油污、水份、鐵屑、粘砂等臟物；將坡口區(qū)及周圍50 mm區(qū)域進(jìn)行100%磁粉探傷或100%滲透探傷檢驗(yàn)，確認(rèn)集箱母材底部和坡口面有無(wú)裂紋、夾層、非金屬夾雜物等缺陷。

2.2 焊接實(shí)施

選派具有焊接資質(zhì)、有經(jīng)驗(yàn)的大管焊工2人，同時(shí)具備小管氬弧打底、電焊蓋面焊接資質(zhì)；選派具有焊后熱處理資質(zhì)的人員2名。設(shè)備使用氬弧焊機(jī)1臺(tái)、逆變直流焊機(jī)1臺(tái)、焊后熱處理設(shè)備1套。（因集箱中下部布置多排蛇形管排，為保證熱處理加熱區(qū)的溫度均勻，熱處理加熱帶的布置要考慮其難度。遠(yuǎn)紅外履帶加熱器及繩形加熱器的合理布置要滿足集箱熱處理工藝要求）。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，集箱坡口底部較深溝槽方向開(kāi)U型盆狀坡口，第一層、第二層采用全氬弧堆焊至大U型盆狀坡口底部齊平，全氬弧堆焊采用上海電力TIG-R40Φ2.5mm氬弧焊絲焊接；第三步采用AWSE6015-B3上海電力R407Φ3.2mm低氫堿性焊條對(duì)聯(lián)箱基體及管座角焊縫進(jìn)行多層施焊。

焊條使用前按要求烘焙，使用時(shí)裝入80～110℃專用保溫桶，隨用隨??；另外焊前對(duì)施焊焊條進(jìn)行施焊，熟悉焊接工藝參數(shù)。修復(fù)過(guò)程中用直讀光譜儀對(duì)熔敷金屬進(jìn)行光譜分析。補(bǔ)焊區(qū)熔敷金屬直讀光譜分析顯示Fe含量95.75、Mn含量 0.459、Cr含量2.13、Mo含量1.07，符合熔敷金屬成分要求。焊接參數(shù)如表1所示。

表1 焊接工藝參數(shù)[3]

整個(gè)施焊過(guò)程中采用履帶及繩形遠(yuǎn)紅外電加熱預(yù)熱，氬弧焊預(yù)熱溫度≥150℃，電焊條預(yù)熱≥200℃。采用多層多道薄層焊接，單層厚度控制在3 mm以內(nèi)，采用不擺動(dòng)窄焊道操作，控制單道焊接寬度≤6 mm，焊接層間溫度控制在200～300℃范圍內(nèi)[4～5]。預(yù)熱及層間溫度用RAYMx2C紅外測(cè)溫儀（福祿克公司）進(jìn)行輔助監(jiān)控。熱處理時(shí)補(bǔ)焊區(qū)、聯(lián)箱上下設(shè)3只熱電偶測(cè)控溫度，保證加熱區(qū)及集箱內(nèi)外壁溫差≤50℃，保證均勻加熱。焊接及熱處理工藝控制過(guò)程如圖4所示。

3 修復(fù)后質(zhì)量檢驗(yàn)

圖4 焊接及熱處理工藝控制過(guò)程

焊接修復(fù)及熱處理后24 h，將集箱補(bǔ)焊區(qū)及管座角焊縫整體機(jī)械打磨露出金屬光澤，熔敷金屬邊緣與集箱圓滑過(guò)渡。對(duì)補(bǔ)焊區(qū)及周圍50 mm區(qū)域進(jìn)行100%滲透探傷，補(bǔ)焊區(qū)及周圍100 mm區(qū)域進(jìn)行100%超聲波探傷檢查，同時(shí)對(duì)補(bǔ)焊區(qū)及聯(lián)箱基體進(jìn)行硬度試驗(yàn)，聯(lián)箱母材硬度在HB137～HB145之間，熔敷金屬硬度在HB197～HB217之間。經(jīng)檢驗(yàn)合格后并記錄原始缺陷具體位置，以備下次檢修復(fù)查。

[1] 楊慶旭,楊超,孫雄,等.1025 t/h CFB鍋爐屏式過(guò)熱器管失效分析[J].江蘇電機(jī)工程，2013，31（1）：71-73.

[2] 鐘群鵬，趙子華．?dāng)嗫趯W(xué)[M]．北京：高等教育出版社，2005：184-186.

[3]國(guó)電電力建設(shè)研究所.DL/T 869—2004 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2004：9-10.

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[5]中國(guó)電力科學(xué)研究院.DL/T 819—2010 火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2011.