張 雷

(山西省朔州市山西電建二公司焊接培訓(xùn)中心，山西036011)

某電廠三期№.5機(jī)組660 MW汽輪發(fā)電機(jī)自2008年11月11日16時(shí)00分開始進(jìn)入168 h試運(yùn)行，在2008年11月18日18時(shí)03分發(fā)現(xiàn)流量出現(xiàn)異常。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)鍋爐出現(xiàn)爆管，此時(shí)機(jī)組負(fù)荷為500 MW，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為172 h。為此，就爆管的原因進(jìn)行了分析，并提出了修復(fù)焊接工藝。

1 爆管原因

1.1 外觀檢查

依據(jù)“DL/T939-2005火力發(fā)電廠鍋爐受熱面管監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)導(dǎo)則”以及“DL438-2000火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程”，對(duì)爆管進(jìn)行內(nèi)外表面的外觀檢查。爆管破口開口較大，呈喇叭狀，爆口寬度達(dá)105 mm，爆口撕裂長(zhǎng)度達(dá)220 mm，爆口邊沿距離管道焊縫熔合線25 mm，爆口處管壁比原管璧厚度相對(duì)薄了許多，邊緣為韌性撕裂斷口的特征，爆口的內(nèi)壁附近由于受到管內(nèi)高速高壓高溫蒸汽的沖刷而顯得特別光潔，爆口外壁呈藍(lán)黑色，由于受到高速泄露介質(zhì)的反作用力，使泄漏的管子發(fā)生了160°左右的大變形，造成了大范圍內(nèi)的管排管子變形、吹損、碰傷c及管壁厚度減薄，爆管原始形狀見圖1。

對(duì)管子進(jìn)一步檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，爆口位于T91與TP347H異種鋼焊口處，規(guī)格為?45 mm×7 mm。焊接接頭處有一個(gè)寬12 mm，高6 mm的焊瘤，這可能導(dǎo)致了管內(nèi)異物卡在焊口處而造成了本次爆管。

圖1 高溫過熱器爆管圖Figure 1 The bursted pipeline pictures of the elevated temperature superheater

在對(duì)高溫過熱器集箱采用內(nèi)窺視頻檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，高溫過熱器集箱內(nèi)第18排接管管孔內(nèi)存在有氧化鐵，如圖2所示。集箱可能沒有進(jìn)行噴砂處理，導(dǎo)致一些氧化鐵未能清理干凈而遺留在集箱內(nèi)部，在高溫高壓蒸汽的作用下，從集箱內(nèi)壁脫落造成管內(nèi)介質(zhì)受阻，從而導(dǎo)致高溫過熱器管排發(fā)生爆管事故。

1.2 蠕脹檢測(cè)

針對(duì)爆管本身，按圖3所示進(jìn)行了管徑測(cè)量，依此來判斷管子的蠕脹狀況是否合格。

管徑測(cè)量結(jié)果見表1。從測(cè)量結(jié)果可以看出，只有位于焊縫兩側(cè)的蠕變合格，這是由于焊縫的強(qiáng)度大于母材本身的原因。

1.3 光譜分析

對(duì)爆管段進(jìn)行了光譜檢測(cè)并且未發(fā)現(xiàn)異常，表明不是由于錯(cuò)材引起爆管。

1.4 硬度檢測(cè)

對(duì)爆管表面進(jìn)行了4點(diǎn)硬度檢測(cè)(見圖3)，硬度值測(cè)量結(jié)果為120～134HBS，硬度指標(biāo)明顯低于DL/T438《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》的要求值175HBS，造成爆管處硬度值偏低的原因一個(gè)可能是管子本身材質(zhì)就存在問題，再一個(gè)原因就是管內(nèi)介質(zhì)受阻后造成短時(shí)間內(nèi)管子溫度較高。

圖2 管座內(nèi)氧化鐵存在狀態(tài)Figure 2 The picture for the ferric oxide in the tube holder

圖3 管徑測(cè)量圖Figure 3 The schematic diagram for measuring the pipeline diameter

測(cè)點(diǎn)編號(hào)原始管徑/mm實(shí)測(cè)管徑/mm蠕變量(%)計(jì)算值標(biāo)準(zhǔn)值評(píng)定結(jié)果1234567891011121314151617454545454545454545454545454545454545.9/46.046.18/45.9845.98/46.1645.98/46.045.32/45.2045.10/45.1645.72/45.9045.80/46.045.92/46.1845.78/45.9046.40/46.045.98/46.045.90/46.1645.9845.9046.8846.402.222.622.582.220.710.362.02.222.622.03.112.222.582.182.04.183.11≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20≤1.20超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢合格合格超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢超標(biāo)判廢

2 爆管修復(fù)焊接工藝

本次爆管修復(fù)焊接主要有T91和TP347H兩種材質(zhì)的同種材質(zhì)對(duì)接和異種材質(zhì)對(duì)接，同種材質(zhì)對(duì)接的焊接工藝都比較成熟，本次爆管修復(fù)焊接工藝主要針對(duì)T91+TP347H異種材質(zhì)接頭的焊接。

由于T91和TP347兩種鋼的焊接難度都很大，對(duì)于異種接頭的焊接難度就更大了。為了保證焊接質(zhì)量，焊接材料的選用非常重要。Cr是強(qiáng)碳化物形成的元素，能夠降低碳的活度。T91鋼中Cr≈9%，而TP347H中Cr≈19%，Cr含量相差10%。如果采用高匹配焊材，T91鋼側(cè)的碳活度較高，使得T91鋼側(cè)的自由碳越過熔合線向高Cr側(cè)的焊縫遷移，在熔合線的焊縫側(cè)形成明顯的增碳層，而在T91側(cè)形成脫碳層，容易導(dǎo)致T91鋼側(cè)熱影響區(qū)產(chǎn)生早期失效。若選用低匹配的焊材，碳遷移程度將減少，但焊縫組織將不可避免的出現(xiàn)淬硬馬氏體組織和少量鐵素體。而采用焊后熱處理和控制層間溫度可以降低該現(xiàn)象造成的危害。所以針對(duì)上述幾點(diǎn)考慮選用ER347焊絲，規(guī)格為?2.5 mm，焊接電流為70 A～90 A，焊接前采用火焰預(yù)熱，火焰預(yù)熱溫度為250～300℃。焊接時(shí)應(yīng)采取管子內(nèi)壁充氬保護(hù)，氬氣流量為(10±2)L/min。焊接過程層間溫度控制在350℃以內(nèi)，焊接完成之后對(duì)焊口進(jìn)行750±10℃×0.5 h的焊后熱處理。

經(jīng)過修復(fù)，機(jī)組至今已運(yùn)行近270天，未發(fā)生質(zhì)量事故。

3 結(jié)論

(1)造成本次爆管的主要原因是T91與TP347H材質(zhì)異種鋼接頭處有一個(gè)寬12 mm、高6 mm的焊瘤，并且集箱接管座處存在氧化鐵從而造成管排短時(shí)間溫度過高，管子力學(xué)性能急劇下降最終造成爆管泄漏。

(2)選用低匹配的焊接材料，采取合理的焊接參數(shù)和熱處理參數(shù)，可以減小焊接對(duì)熔合區(qū)的增碳、脫碳層的影響，同時(shí)可以消除TP347H鋼材接頭區(qū)的敏化作用，提高焊縫的質(zhì)量。

(3)在今后的工程施工過程中，應(yīng)杜絕焊口存在類似的缺陷，在封閉集箱或容器時(shí)應(yīng)認(rèn)真對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行檢查，排除爆管隱患。

[1] DL/T869-2004 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程.

[2] T/P91 焊接工藝導(dǎo)則.

[3] DL/T752-2001 火力發(fā)電廠異種鋼焊接技術(shù)規(guī)程.

[4] DL/T819-2002 火力發(fā)電廠焊接熱處理焊接技術(shù)規(guī)程.

[5] 楊富.新型耐熱鋼的焊接.北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[6] 余燕，吳祖乾. 焊接材料選用手冊(cè).上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2005.

[7] 鄧金健. T91和TP347異種鋼焊接工藝討論. 湖南電力，2005.