鍋爐汽包下降管焊縫缺陷的處理及預防

蘆軍

文摘：分析火電廠的鍋爐汽包下降管焊縫存在缺陷，提出鍋爐焊縫的處理措施及辦法，分析焊縫缺陷原因提出預防措施。

關鍵詞：汽包;下降管;角焊縫;預防措施;結論

【概況]

一、設備概況

某電廠鍋爐是北京鍋爐廠設計制造的B&WB-65/3.82-M型鍋爐，該爐為二型室內布置單汽包，單鍋筒固態(tài)排渣，自然循環(huán)式的煤粉爐，制粉系統(tǒng)為鋼球磨中間儲粉倉及熱風送粉，正四角直流式燃燒器，省煤器和管式空氣預熱器各為雙級交替布置，汽包內部采用旋風分離器，鍋筒內徑為1400mm，壁厚38mm，材質20g，鍋筒下部采用由四根（D273×8mm集中下降管，過熱器汽溫調節(jié)采用自制冷凝水噴水減溫器裝置.2004年1月投產。

二、問題的提出及解決辦法

2012年11月17日對鍋爐進行鍋爐外部定檢，對汽包下降管焊縫檢查：①鍋爐左側第一下降管角焊縫，滲透探傷發(fā)現(xiàn)焊縫邊緣汽包側半圈11處斷續(xù)裂紋，單個長度5-10mm。②下降管角焊縫邊緣2-3mm深的整圈凹槽，即應力集中部位。焊縫存有11處斷續(xù)裂紋，與廠家制造綜合工藝處聯(lián)系。

（1）打磨缺陷：砂輪打磨去除裂紋，注意打磨角度和力度，不要因過度打磨而損傷母材，用角砂輪或錐形小銑刀頭均可。應邊打邊磨邊做著色檢查，確定無殘留缺陷。

（2）凹槽填補焊：如果裂紋打磨深度≥3mm，應與凹槽同時補焊（焊條牌號：E5015，規(guī)格φ3.2焊條烘干350℃，1小時焊前放人保溫筒），補焊處周圍20mm范圍內無油銹。焊前預熱溫度≥100℃，范圍：補焊處周邊300mm（氧乙炔火焰烘烤，時間不小于1小時，該溫度保持到焊接結束）焊接規(guī)范：焊接電流在90-121，電弧電壓為22-26伏，直流反接。

（3）焊后立即去氫：使用氧乙炔火焰烘烤或電加熱到300℃、1小時預熱，然后包裹緩冷（裂紋打磨深度小于4mm時不需要熱處理）修磨焊道后著色檢查。

（4）局部熱處理（當裂紋打磨深度≥4mm時），履帶式加熱片或電熱繩、接觸式熱電偶、溫控柜、記錄儀、包裹用保溫棉，加熱范圍：焊縫兩側（汽包及下降管）各200mm。保溫溫度：620℃+15℃，時間1小時。升降溫速度：427℃以上≤150℃/小時，降溫至427℃以下斷電，包裹緩冷。

（5）熱處理前后各做一次著色檢查。

1、焊縫的處理過程

1.1 下降管座焊縫沿汽包壁表面打磨累計長度達到380mm的弧長。

（1）主要對沿汽包壁橢圓面打磨6-7mm，見圖①，經著色探傷后，所有裂紋都已消除。

（2）沿汽包母材打磨2mm，見圖②，經著色探傷后，所有裂紋都消除。

1.2 對其它缺陷較輕的部位只打磨2-3mm，經著色探傷后，所有裂紋都消除。

1.3.根據(jù)打磨情況（現(xiàn)焊縫處還未進行焊縫圓滑過渡處理），發(fā)現(xiàn)裂紋可能焊接未熔合及熱應力作用的結果，是否按照北京鍋爐廠方案執(zhí)行？與廠家制造綜合工藝處再聯(lián)系，反饋四條處理意見：（1）將凹陷處補焊到略高于圖紙尺寸（1-2mm）。（2）打磨焊道形成圓滑過渡。（3）去氫處理，保持溫度：300℃，保溫時間：1小時。（4）磁粉或著色檢查。

2、焊縫缺陷原因分析

1.焊接工藝上存在問題：主要指鍋爐在焊接過程中，出現(xiàn)了未熔合，造成的因素有（1）電流過小，焊接速度過快。（2）施焊中焊條、焊絲、焊炬或火焰偏于坡口一側，焊接電弧偏吹，使母材或前一層焊道金屬未得到充分熔化。（3）坡口或前一層焊道上有油、銹和臟物，焊接時溫度不夠，未能將其熔化，產生夾層。焊接必須按照焊接工藝指導書執(zhí)行。

2.鍋爐運行過程中，金屬材料的工作溫度或膨脹系數(shù)有差別時，各部分膨脹和收縮會相互約束而產生附加溫度應力即熱應力，如果溫度發(fā)生變化，熱應力也隨之變化，同時伴隨著彈塑性變形的循環(huán)，塑性變形逐漸積累引起損傷，最后導致破裂，構件熱應力與動態(tài)和靜態(tài)的機械應力疊加在一起發(fā)生作用，溫度變化速度快，變化的幅度較大時，一次溫度循環(huán)所形成的熱應力就會超過材料的斷裂強度，產生裂紋最終形成斷裂。

3：鍋爐受熱不均，導致較為嚴重的“熱疲勞”?！盁崞凇爆F(xiàn)象在鍋爐運行過程中逐漸被重視。“熱疲勞”破壞主要有以下特征：（1）宏觀特征管子外壁有較厚的氧化層，熱疲勞裂紋尺寸較小，呈現(xiàn)兩種現(xiàn)象，一種是叢狀平行橫向裂紋，一種網(wǎng)狀裂紋。（2）熱疲勞部位取樣作金相分析，發(fā)現(xiàn)晶界狀態(tài)對熱疲勞強度的影響也很大，沿晶界分布的大塊析出相降低熱疲勞強度，裂紋易沿析出相擴展。

汽包的溫差是形成熱應力的主要原因，運行形成汽包溫差的現(xiàn)象有：

（1）鍋爐在啟動期間，汽包蒸發(fā)區(qū)的水循環(huán)尚不正常，汽包上壁與蒸汽接觸，點爐初期不切換油槍，水冷壁局部受熱不均，水循環(huán)不暢。

（2）鍋爐停爐降壓的過程中，鍋爐水位上至+200mm，開啟省煤器再循環(huán)后，爐水溫逐步降低，低溫水加速對汽包下壁的冷卻，使汽包上下壁溫差增大。

（3）M爐帶壓放水時，按照壓力0.5Mpa放水進行干式保養(yǎng)，開啟空氣門、排汽門，汽包上壁蒸汽流動快，造成汽包上下壁溫差增大。

（4）鍋爐緊急停爐后，汽溫、汽壓降速度快，特別是受熱面泄露后，水位無法保持，汽包上下壁溫差增大。

（5）鍋爐出現(xiàn)緊急冷卻時，啟動引風機后受熱面得到冷卻，汽包下部壁溫先冷卻，汽包上壁逐漸冷卻，溫差迅速增大，對汽包危害較大。

（6）汽包本身存在設計、制造缺陷，安裝保溫不好等因素。

5、預防措施

1.熟練掌握焊接工藝的四個環(huán)節(jié)即（1）環(huán)境溫度（2）預熱要求（3）焊接對材質工藝要求（4）焊縫返修。

2.鍋爐升溫升壓緩慢避免汽包熱應力形成，按照規(guī)程做好防范措施：

（1）嚴格控制鍋爐上水溫度。

（2）鍋爐啟動或停運，嚴格控制升溫、升壓速度加強排污，形成良好水循環(huán)，油槍定期輪換，控制汽包壁升溫1℃/分鐘，按參數(shù)滑啟、滑停。

（3）停爐后必須緊急放水處理，將汽包壓力降到LOMpa，飽和壓力低，汽包壁溫溫差越小，另外，在滑停時將壓力降的越低越好。

（4）在鍋爐帶壓放水時，在停爐后不采取任何降溫、降壓措施，從停爐到壓力將至0.5Mpa，需要保持20小時后，帶壓放水。

（5）鍋爐受熱面漏泄造成緊急停爐，水位不能維持，最后一次補水將汽包充滿水，嚴禁緊急停爐，采取緊急冷卻措施，加劇汽包壁溫差增大。

（6）汽包保溫不良，按照鍋爐保溫工藝重新保溫。

（7）溫度變化幅度增加，材料熱疲勞強度下降，破裂所需要的熱循環(huán)次數(shù)會減少;熱循環(huán)上限溫度對熱疲勞強度影響很大。若溫度變化幅度不大，平均溫度提高，熱疲勞強度也會降低。高溫下應力松弛顯著，塑性變形增加高溫下塑性變形會促使析出相沿晶界析出的速度加快。氧化和腐蝕環(huán)境降低熱疲勞壽命。

參考文獻

[1]李彥林.燃煤鍋爐積灰結渣試驗研究與工程應用.石油工業(yè)出版社，2001年

[2]周昕.火力發(fā)電廠鍋爐受熱面失效分析與防護中國電力出版社，2004年。