燃機(jī)電廠余熱鍋爐再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱管座裂紋原因分析及預(yù)防對(duì)策

廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司 李惠

1 設(shè)備概述

某燃機(jī)電廠一期工程建設(shè)3臺(tái)9F級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組（單機(jī)容量390MW）。燃?xì)廨啓C(jī)由日本三菱重工和東方汽輪機(jī)廠聯(lián)合制造，型號(hào)為M701F型，最大負(fù)荷270MW；余熱鍋爐屬于臥式、自然循環(huán)、三壓、再熱、無(wú)補(bǔ)燃鍋爐。露天布置，效率不小于86.43%，設(shè)備于2006年底投入運(yùn)行。

2 現(xiàn)場(chǎng)情況檢查

2.1 再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱結(jié)構(gòu)

再熱器進(jìn)口聯(lián)箱布置在余熱鍋爐爐底0米層,規(guī)格Ф610X30.96，材質(zhì)SA-335P22，接管規(guī)格Ф273X15.09，材質(zhì)SA-335P22，接管共有三組六條，每組一進(jìn)一出，接管均接到爐內(nèi)再熱器2受熱面模塊，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱示意圖

2.2 缺陷情況#2余熱鍋爐再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱在金屬檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)角焊縫出現(xiàn)較多的線性缺陷，經(jīng)滲透探傷檢驗(yàn)，可以觀察到1號(hào)連通管管座的下側(cè)中部和上惻中部都有1條裂紋顯示，如圖2、3所示；4號(hào)連通管管座的下側(cè)中部也有1條裂紋顯示，3條裂紋長(zhǎng)度都是四分之一的圓周左右。以上3條裂紋都位于連通管管座角焊縫靠再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱一側(cè)的焊趾上，連通管管座角焊縫屬于廠家制造焊口。綜合1、2、3號(hào)爐歷次檢修期間檢查的情況，再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱管座裂紋有以下特征：

圖2 管座下側(cè)中部焊縫裂紋

1）1 、2、3號(hào)爐再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱管座均發(fā)現(xiàn)過(guò)裂紋，所有裂紋位置都在連通管管座角焊縫（廠家焊口）靠再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱一側(cè)的焊趾上；

2）裂紋都是在連通管管座的下側(cè)中部或（和）上惻中部出現(xiàn)，兩者比較，管座的下側(cè)中部出現(xiàn)裂紋的次數(shù)更多一些。

2.3聯(lián)箱受力情況及冷熱態(tài)膨脹量比較

再熱器2出口聯(lián)箱處于再熱器1模塊和再熱器2模塊之間，從再熱器1出來(lái)的蒸汽通過(guò)爐右側(cè)1條呈倒“U”形的大口徑管道引入到再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱,在通過(guò)6根連通管送到煙道內(nèi)的模塊1下集箱在大口徑管道倒”U”形的頂部有1個(gè)恒力吊架，再熱器2出口聯(lián)箱中部有1個(gè)恒力吊架。

再熱器2出口聯(lián)箱中部恒力吊架的下方有膨脹指示器。在停爐的2號(hào)爐上，再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱的恒力吊架的膨脹指示值為0；為進(jìn)行比較，觀察運(yùn)行中的3號(hào)爐再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱的恒力吊架受力情況及其下方膨脹指示器的指示值，發(fā)現(xiàn)再熱器2聯(lián)箱的恒力吊架受力指示位置在8.5，膨脹指示器的指示值155，說(shuō)明熱態(tài)運(yùn)行時(shí)再熱器2出口聯(lián)箱位移較大，其支吊系統(tǒng)受力也較大。

3 缺陷原因分析

3.1 再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱通過(guò)6根連通管與模塊1相連。而模塊1的上下聯(lián)箱和受熱面管子靠爐頂?shù)牡跫軕业踉跓煔馔ǖ纼?nèi)的，模塊1處于模塊的最前方，最先與燃?xì)廨啓C(jī)出來(lái)的煙氣接觸。熱態(tài)運(yùn)行時(shí)模塊1有明顯的前后擺動(dòng)，由于模塊1的下聯(lián)箱通過(guò)6根連通管與再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱相連，模塊1的擺動(dòng)會(huì)傳遞給6根連通管和再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱一齊振動(dòng)，并產(chǎn)生交變的應(yīng)力,在連通管與兩端聯(lián)箱之間的角焊縫等一些易形成應(yīng)力集中的部位引起開(kāi)裂。

3.2 機(jī)組熱態(tài)時(shí)模塊1及其上下聯(lián)箱、聯(lián)通管會(huì)向下膨脹，使的再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱位置下移，而在爐右側(cè)，引入管道也會(huì)向下膨脹，若兩側(cè)的膨脹值相差較大，則會(huì)使得再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱和連通管之間的管座角焊縫位置承受較大的應(yīng)力。

3.3 材料方面：再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱和連通管材質(zhì)均為SA-335P22鋼。P22鋼顯微組織為貝氏體+鐵素體，其組織穩(wěn)定性及抗氧化性較好，是一種貝氏體耐熱鋼，但P22鋼也具有一定的冷裂傾向和再熱裂紋傾向，該鋼管焊接時(shí)容易產(chǎn)生以下問(wèn)題：

1）近縫區(qū)冷裂紋。P22鋼在冷卻速度較大時(shí)，熱影響區(qū)會(huì)出現(xiàn)貝氏體和大量馬氏體的淬硬組織，導(dǎo)致缺口敏感性增加，脆化嚴(yán)重，加之氫的擴(kuò)散聚集和較大應(yīng)力疊加，容易引起近縫區(qū)冷裂紋。

2）再熱裂紋。該鋼種往往會(huì)在焊后消除應(yīng)力熱處理過(guò)程中沿著熱影響區(qū)產(chǎn)生再熱裂紋，在高溫下長(zhǎng)期運(yùn)行的焊接接頭也會(huì)出現(xiàn)再熱裂紋。

3）回火脆性等。接頭在回火脆化溫度內(nèi)受熱、鋼雜質(zhì)在奧氏體晶界偏析，引起晶界脆化及Mn、Si等促進(jìn)回火脆化的元素存在，產(chǎn)生回火脆性，P22鋼還有弧坑裂紋和根部裂紋的傾向。

從連通管的結(jié)構(gòu)來(lái)看，管座與再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱之間的角焊縫部位不是最薄弱的部位，因?yàn)樵撎幍墓茏羌訌?qiáng)管座，角焊縫成形也較好，相對(duì)而言，管座與聯(lián)通管之間的對(duì)接接頭更薄弱一些。然而裂紋出現(xiàn)在了連通管管座角焊縫靠再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱一側(cè)的焊趾上，其原因可能是管座角焊縫焊接時(shí)焊接工藝執(zhí)行不到位，比如焊前預(yù)熱溫度不夠，焊后熱處理溫度不夠或保溫時(shí)間不足或熱處理后冷卻速度過(guò)快等，使得管座角焊縫的缺口敏感性增加，角接接頭整體性能沒(méi)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖3 管座上惻中部焊縫裂紋

4 建議與對(duì)策

對(duì)同樣受到作用力的連通管另一端與模塊1下聯(lián)箱之間的管座角焊縫進(jìn)行100%表面探傷。

對(duì)裂紋出現(xiàn)區(qū)域按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)焊及加固處理，對(duì)再熱器2進(jìn)口聯(lián)箱管座角焊縫焊趾處進(jìn)行圓滑過(guò)渡處理，減小應(yīng)力集中效應(yīng)。

建議采取措施減小模塊1的擺動(dòng)?？稍谀K1下聯(lián)箱處裝設(shè)多個(gè)限位塊，限制模塊1下聯(lián)箱的前后方向的位移，但不能限制其上下方向的位移，以此來(lái)減小模塊1的擺動(dòng)，從而防止或減小連通管的振動(dòng)。

應(yīng)加強(qiáng)對(duì)焊接工藝執(zhí)行情況控制，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝卡要求，加強(qiáng)旁站和跟蹤檢查，防止出現(xiàn)違反工藝紀(jì)律的行為發(fā)生。對(duì)焊接重點(diǎn)要關(guān)注焊接時(shí)的層間溫度、焊接速度、蓋面時(shí)的焊條直徑的選用和焊工的操作手法等。

鍋爐啟動(dòng)、停爐和運(yùn)行過(guò)程中，嚴(yán)格按照運(yùn)行規(guī)程和規(guī)定操作，嚴(yán)格執(zhí)行啟、停曲線，嚴(yán)禁鍋爐快速升降負(fù)荷和超負(fù)荷運(yùn)行，以避免應(yīng)力集中引起的疲勞斷裂泄漏。

6）完善鍋爐膨脹指示裝置，加強(qiáng)檢查和記錄鍋爐各受熱部件的膨脹情況。