300 MW機(jī)組鍋爐再熱器出口集箱與連接管焊縫裂紋分析及治理

(山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司，陽泉 045200)

0 引 言

某公司鍋爐為北京巴布科克·威爾科克斯有限公司制造的B&WB-1025/18.3-M型鍋爐。其類型為亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環(huán)、雙拱型單爐膛、平衡通風(fēng)、固體排渣、露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、尾部雙煙道的燃煤鍋爐，俗稱“W”型火焰鍋爐。再熱器蒸汽流量為851.6 t/h(BMCR工況)，進(jìn)/出口蒸汽壓力為3.82/3.64 MPa。再熱器出口集箱規(guī)格為￠609.6×45，材質(zhì)為12Cr1MoV；再熱器出口連接管段規(guī)格為￠577.6×24.8，材質(zhì)為ASTMA335P22。該機(jī)組于1999年12月投產(chǎn)，至今服役20年。2018年12月，再熱器出口至汽機(jī)側(cè)中壓主汽閥管段第一道焊口泄漏。

1 事件經(jīng)過

2018-12-27T11：00，發(fā)現(xiàn)3#爐7層右側(cè)再熱器管段冒氣，拆除保溫后確認(rèn)該管變徑處焊縫2—5點(diǎn)方向出現(xiàn)290 mm長環(huán)形裂紋，輕微冒氣，無泄漏聲音。與中調(diào)協(xié)調(diào)后，當(dāng)晚停機(jī)。

2 原因分析

2.1 客觀方面

2.1.1 直接原因

在環(huán)切機(jī)切削過程中，刀頭由焊縫中間深入，逐漸向焊縫兩側(cè)刮削，當(dāng)刮削至貼近裂縫時，將裂縫邊緣層粘帶下來，該“切片”長180 mm、寬12 mm、厚約3 mm。光譜確認(rèn)該切片材質(zhì)既有母材材質(zhì)，又有焊材材質(zhì)，這與該切片位置位于焊接熔合線相符。從剝落的焊縫形貌來看，裂紋沿焊縫熔合線(母材部位)開裂，裂縫剖面即A面無組織撕裂等粗糙形態(tài)，而是明顯焊接未熔合形成的表面。所以判斷該部位開裂主要是由于基建時留下焊接缺陷，不斷擴(kuò)展延伸后導(dǎo)致裂透漏氣。

2.1.2 間接原因

此次事故與該處管接頭變徑、運(yùn)行時間長、多次啟停、冷熱應(yīng)力交替、管道承載不合理等因素有關(guān)。

2.2 主觀方面

2.2.1 鍋爐定檢工作中，所選抽檢部位考慮不周全

根據(jù)《特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范》(TSG G 7002—2015)中鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)定超過5萬h的鍋爐，管道對接焊縫抽檢率為20%。但在2012年和2018年鍋爐定檢中，雖然達(dá)到了20%，未對此焊縫進(jìn)行檢查(已對彎頭應(yīng)力集中焊縫、閥門接管焊縫重點(diǎn)檢查)，暴露出專業(yè)人員在選取檢查部位時考慮不周全的問題，尤其是集汽箱變徑處焊縫等重點(diǎn)部位未進(jìn)行檢查。

2.2.2 專業(yè)人員對四大管道和防磨防爆檢查有放松思想

因四大管道出現(xiàn)問題的概率非常小，所以有些人員產(chǎn)生了“不可能出問題”的思想，但其事故一旦發(fā)生，后果極其嚴(yán)重。近年來，專業(yè)技術(shù)人員在四大管檢查和防磨防爆工作中出現(xiàn)了“越?jīng)]事越不重視”的麻痹大意思想。

3 處理方案

3.1 準(zhǔn)備工作

(1)在鍋爐右側(cè)過再熱器出口熱段管焊口處搭設(shè)腳手架，腳手架應(yīng)滿足焊口修復(fù)要求。

(2)拆除焊口區(qū)域保溫，自然冷卻至工作溫度，拆除臨時加固處保溫以滿足工作需要。

(3)焊口處架設(shè)環(huán)切裝置進(jìn)行管道焊口的切口及坡口制作。坡口加工按照圖紙及規(guī)程、規(guī)范要求制作。

由于鍋爐廠再熱器聯(lián)箱出口管道規(guī)格與設(shè)計院熱段管道壁厚不一致，且原設(shè)備廠制造聯(lián)箱出口坡口加工構(gòu)造與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)不一致，本次檢修將對聯(lián)箱出口坡口20～25 mm范圍內(nèi)進(jìn)行平直車削，然后與原坡口進(jìn)行手工打磨圓滑過渡，保證母材的運(yùn)行強(qiáng)度。焊前應(yīng)對坡口及其內(nèi)外壁附近15mm范圍內(nèi)進(jìn)行清理和打磨，保證無油漆、氧化鐵、水分、油脂及鐵銹，并露出金屬光澤。

3.2 焊接前對口

(1)焊口對口前應(yīng)先認(rèn)真檢查坡口的清潔度，對于清理不合適的坡口應(yīng)重新進(jìn)行打磨和清理。

(2)焊接組對時一般應(yīng)做到內(nèi)外壁齊平，如有錯口，內(nèi)壁錯口值不得超過壁厚的10%，且不大于1 mm；外壁錯口值不得超過壁厚的10%，且不大于4 mm。

(3)焊口局部間隙過大時，應(yīng)設(shè)法修整到規(guī)定尺寸，嚴(yán)禁在間隙內(nèi)加填塞物，可采用堆焊的方法修補(bǔ)坡口，修補(bǔ)后的坡口應(yīng)確認(rèn)無缺陷后，再用機(jī)械方式加工到規(guī)定尺寸。

3.3 焊口點(diǎn)固焊

(1)焊口點(diǎn)固焊與正式焊接相同，對于中徑管點(diǎn)固焊縫的段數(shù)不得少于2段，點(diǎn)固焊縫的長度不得小于50 mm、厚度不得小于3 mm；對大徑管焊口點(diǎn)固焊縫的段數(shù)應(yīng)以多段為宜，最少不得少于4段，且點(diǎn)固焊縫的長度不得小于50 mm、厚度不得小于3 mm。中、大徑管道焊口點(diǎn)固焊示意圖如圖1所示。

(2)點(diǎn)固焊完畢后一定要檢查對口間隙是否合適，點(diǎn)固焊縫有無缺陷，如有缺陷，必須用機(jī)械方式將缺陷清理磨掉，重新點(diǎn)焊。

3.4 焊口正式施焊要求

3.4.1 焊接方法

熱段管道焊口焊接時所選用焊接方法為：氬電聯(lián)焊，即鎢極氬弧焊打底，電焊填充蓋面。當(dāng)壁厚大于35 mm時，氬弧焊打底的焊層厚度不小于3 mm，對于Cr含量≥5%或合金總含量不小10%的耐熱鋼焊縫，其單層焊道厚度不能超過焊條直徑。

3.4.2 焊接規(guī)范

材料為SA335-P22的焊口焊接規(guī)范見表1。

表1 SA335-P22的焊口焊接規(guī)范

熱段管道焊接焊層、焊道示意圖如圖2所示。

3.5 熱處理

3.5.1 主要材料準(zhǔn)備

無塵電解石棉布、硅酸鋁針刺氈、鉛絲(14#)、熱處理專用二次輸出線(集束線)、無塵電解石棉布及硅酸鋁針刺氈應(yīng)有生產(chǎn)廠家提供的質(zhì)量合格證。

3.5.2 作業(yè)方案

熱電偶的安裝應(yīng)注意兩個問題：(1)與工件接觸良好；(2)測溫點(diǎn)布置在工件加熱范圍的適當(dāng)位置，如圖3所示。采用金屬線將熱電偶的熱端固定在工件上，要求緊密接觸，固定良好。熱電偶測溫點(diǎn)的布置和數(shù)量應(yīng)滿足下列要求：

(1)監(jiān)測加熱中心的最高溫度點(diǎn)①。

(2)監(jiān)控均熱(溫)帶邊緣的最低溫度點(diǎn)②。

圖3 熱電偶布置示意圖熱處理加熱寬度，從焊縫中心算起，每側(cè)不小于管壁厚度的3倍，且不小于60 mm。

使用繩狀加熱器時，線圈軸向中心線應(yīng)向下移，使之與焊縫中心線相距10～30 mm，以保證加熱過程順利有序的進(jìn)行和接頭范圍內(nèi)受熱溫度均勻。

保溫材料敷設(shè)的寬度應(yīng)從焊縫坡口邊緣算起，每側(cè)不得少于管子壁厚的5倍，且每側(cè)應(yīng)比加熱器的安裝寬度增加不少于100 mm，保溫時應(yīng)緊貼管壁(加熱器)，用金屬絲扎緊，減少熱損失。

3.5.3 焊口焊前預(yù)熱

焊口焊前應(yīng)根據(jù)管路材質(zhì)選定預(yù)熱溫度，焊前預(yù)熱時加溫速度與焊口焊后熱處理升降溫速度相同。

3.5.4 焊后熱處理

(1)升降溫速度計算公式：250×25/壁厚，且不大于300 ℃/h；熱電偶之間的溫差：不應(yīng)超過50 ℃。

(2)補(bǔ)償導(dǎo)線：必須使用和熱電偶、記錄儀器相配套的補(bǔ)償導(dǎo)線。

(3)工藝參數(shù)在規(guī)定控制范圍內(nèi)，有自動記錄曲線，曲線記錄焊接過程及熱處理全程。

(4)焊接熱處理結(jié)束后自檢，焊件表面無裂紋、無異常。

3.6 熱處理結(jié)果

焊口熱處理后經(jīng)過磁粉、超聲檢驗(yàn)合格，硬度檢驗(yàn)合格。

4 結(jié)束語

隨著鍋爐機(jī)組向高參數(shù)、大容量方向發(fā)展，近幾年在電廠運(yùn)行中出現(xiàn)了大管道焊縫出現(xiàn)裂紋及爆漏事件，因而對機(jī)組大管道關(guān)鍵部件的安裝提出了更高的性能要求，合理確定焊接工藝和熱處理工藝是保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。通過這次大管道裂紋泄漏事件，我們認(rèn)識到要提高專業(yè)人員對四大管道和防磨防爆的重視程度，提升專業(yè)人員技術(shù)水平，完善金屬監(jiān)督工作。