畢耜明

江蘇徐礦綜合利用發(fā)電有限公司

某火力發(fā)電公司一期工程為2×300MW循環(huán)流化床機(jī)組，鍋爐選用國內(nèi)自主改進(jìn)研發(fā)的DG 1025/17.5-II19型330MW亞臨界參數(shù),鍋筒工作壓力18.87MPa，工作溫度為365℃，額定蒸發(fā)量1025t/h；鍋筒總長(zhǎng)度19000mm，外徑2090mm，壁厚145mm。其中#1機(jī)組于2009年10月29日正式投入運(yùn)行，2013年4月25日機(jī)組累計(jì)運(yùn)行約25446h，按照運(yùn)行周期開展了首次A修檢修工作，根據(jù)《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》（DL/T 438-2009）標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)水冷壁上集箱至鍋筒飽和蒸汽聯(lián)通管的角焊縫進(jìn)行了10%抽查，無損檢測(cè)方法為磁粉檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)爐左第三排第二根飽和蒸汽引出管角焊縫邊緣處出現(xiàn)表面裂紋，如圖1。

圖1 飽和蒸汽引出管角焊縫邊緣處的裂紋

經(jīng)外觀查看，裂紋位于角焊縫邊緣，偏向于鍋筒側(cè)的母材，裂紋表面長(zhǎng)度約10mm，在裂紋周圍區(qū)域有明顯焊后打磨的痕跡，表面較光滑，與其他區(qū)域的焊縫魚鱗紋有明顯的區(qū)別。配合著色探傷，對(duì)裂紋進(jìn)行了砂輪打磨處理，徹底消除裂紋后，打磨后的溝槽長(zhǎng)度即裂紋長(zhǎng)度約60mm，寬度約10mm, 深度（從母材表面測(cè)量）約10mm；原焊縫的焊址剩余高度20mm，如圖2。

圖2 裂紋清除后的各項(xiàng)數(shù)據(jù)

1 原因分析

根據(jù)廠家提供的《鍋爐受壓元件強(qiáng)度計(jì)算書》提供的信息，鍋筒材質(zhì)為13MnNiMo5-4，壁厚δ=145mm,常溫抗拉強(qiáng)度570MPa,中溫屈服強(qiáng)度308MPa,其合金成分，見下表。

表 鍋筒材質(zhì)的合金成份

根據(jù)國際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量分析公式CE（ⅡW）=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+ Cu)/15，計(jì)算可得該鋼材的CE（ⅡW）=0.64%，可知焊接時(shí)淬硬傾向大，且淬硬傾向隨著冷卻速度的增大而增大，焊接接頭在較大的拘束應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生冷裂紋。另外，廠家查看技術(shù)檔案后，認(rèn)為裂紋產(chǎn)生的原因?yàn)椋簭S家制造過程中，因工藝操作不當(dāng)，產(chǎn)生了缺陷（比如冷裂紋等），雖經(jīng)打磨處理，但處理并不徹底，表面仍有微裂紋殘留，再加上材質(zhì)具有一定的冷脆性，經(jīng)過機(jī)組3年多的運(yùn)行，裂紋發(fā)生了擴(kuò)展，最終導(dǎo)致目前的嚴(yán)重狀況。

2 可供選擇的方案

經(jīng)與廠家技術(shù)人員及同行業(yè)專家討論分析，有兩種處理方案，現(xiàn)對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 方案一：補(bǔ)焊熱處理工藝

采用砂輪去除裂紋，期間輔以磁粉探傷檢查確保缺陷徹底清除，打磨后形成的凹槽圓滑過渡，以利于施焊。

清理焊接區(qū)域及周圍20mm范圍450mm范圍以上，預(yù)熱需均勻。采用焊條電弧焊工藝，焊條采用CHE507，φ3.2補(bǔ)焊，焊接層間溫度≤350℃焊后立即后熱消氫250℃～350℃/3～5h；冷卻至50℃后，清理、打磨焊接區(qū)域并與周圍金屬圓滑過渡，100%超聲波和100%磁粉探傷或著色探傷檢查；返修管接頭的焊后局部進(jìn)行熱處理。

熱處理工藝：以補(bǔ)焊管接頭為中心，采用履帶式電加熱器包扎管接頭所在鍋筒筒身環(huán)帶，包扎范圍自補(bǔ)焊區(qū)域起兩側(cè)各不小于450mm，電加熱器外用硅酸鋁纖維毯保溫，鍋筒外壁保溫層需超出外壁電加熱片邊緣300mm以上，鍋筒內(nèi)壁對(duì)應(yīng)部位也應(yīng)采用硅酸鋁纖維毯保溫，為確保局部熱處理內(nèi)壁高溫效果，需拆除鍋筒補(bǔ)焊管接頭對(duì)應(yīng)部件的內(nèi)件，內(nèi)壁保溫范圍同外壁要求一致保溫層厚度均不小于80mm，控溫?zé)犭娕疾贾迷陔娂訜崞飨屡c筒身貼實(shí)，并與所控制的電加熱器相對(duì)應(yīng)，測(cè)溫?zé)犭娕疾贾迷诰嘌a(bǔ)焊角焊縫5mm以內(nèi)，保溫溫度590±10℃，保溫時(shí)間210+30min，所有熱電偶到580℃后開始計(jì)算保溫時(shí)間，300℃以上升、降溫速度不大于50℃/h。清理、修磨返修焊縫，100%磁粉或表面著色探傷檢查。

2.2 方案二：直接打磨消除工藝

該工藝是先采用機(jī)械法將裂紋消除，然后和周圍母材及管座圓滑過渡即可；但其前提條件是鍋筒的剩余壁厚及管座的剩余焊址高度均大于強(qiáng)度計(jì)算書中的最小需用值。

具體做法是先用砂輪角磨機(jī)追隨著裂紋的發(fā)展方向，打磨成溝槽狀，徹底消除裂紋，打磨時(shí)不要傷及管接頭及鍋筒其余部分母材，然后測(cè)量焊縫焊址剩余高度和鍋筒的剩余壁厚，確認(rèn)測(cè)量值均大于技術(shù)說明書和圖紙上的最小需用值然后將溝槽向兩側(cè)打磨平滑過渡，以消除應(yīng)力集中，打磨過程中，輔以磁粉或表面著色探傷檢查確保裂紋清楚干凈，之后無需再做其他處理，設(shè)備即可投入正常使用，以后監(jiān)督運(yùn)行。

3 方案的比較

3.1 方案一的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：該方案為比較傳統(tǒng)的處理工藝，有成熟的焊接工藝評(píng)定報(bào)告作技術(shù)支持，比較適合加工制造廠實(shí)施，若順利的完成整個(gè)工藝，可以基本徹底消除該隱患。

缺點(diǎn)：由于鍋筒各數(shù)據(jù)較大，因此剛性較強(qiáng)，且整個(gè)鍋筒為已經(jīng)安裝好的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)的剛性再次增強(qiáng)，若采用方案一進(jìn)行，其熱處理過程中必然出現(xiàn)膨脹不均的現(xiàn)象，會(huì)給系統(tǒng)造成較大的應(yīng)力集中，帶來不確定的安全隱患。

其次需耗用大量的時(shí)間、人力、物力與財(cái)力。整個(gè)工藝完成約6～10天的時(shí)間；工作量較大，包括腳手架的搭設(shè)與拆除、保溫的拆除與恢復(fù)、正式施焊以及焊前焊后熱處理加熱片的安裝與拆除等；費(fèi)用也較高，根據(jù)熱處理公司的報(bào)價(jià)約為10萬元左右。

3.2 方案二的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：該方案工藝簡(jiǎn)單，只需保證打磨后的母材剩余壁厚不小于最小需用厚度，角焊縫剩余焊址高度不小于最小角焊縫的焊址高度即可。不會(huì)給其他設(shè)備帶來隱患。

缺點(diǎn)：由于經(jīng)過了打磨處理，該處母材剩余厚度與焊縫的剩余焊址高度與周圍區(qū)域比較，均小于原來的實(shí)際壁厚數(shù)值，因此該部位應(yīng)作為監(jiān)督運(yùn)行區(qū)域，定期對(duì)此部位進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。

4 方案的選擇與實(shí)施

無論選擇哪種方案，首先應(yīng)將裂紋先于進(jìn)行消除；經(jīng)過對(duì)裂紋的徹底打磨，最終發(fā)現(xiàn)裂紋深度為10mm，寬度為10mm，長(zhǎng)度為60mm，從裂紋底部到管座的角焊縫焊址高度為20mm ,如圖2。經(jīng)過查閱該鍋爐的《鍋爐受壓元件強(qiáng)度技術(shù)書》，技術(shù)資料上要求鍋筒取用壁厚為145mm，最小需用壁厚117.3mm，由于裂紋深度為10mm，則剩余壁厚為135mm，大于最小需用壁厚；查閱鍋筒設(shè)計(jì)圖紙，圖紙要求管座角焊縫為20mm，而實(shí)際測(cè)量原焊址高度為26mm，打磨處的焊址剩余高度為20mm，等于圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的焊址高度，如圖3，因此鍋筒母材剩余厚度及焊址剩余高度均滿足各自的技術(shù)要求。所以可以實(shí)施第二種方案。

圖3 鍋筒與聯(lián)通管角焊縫

5 方案的實(shí)施

按照方案二執(zhí)行，將裂紋徹底清除后，沿著清理裂紋形成的溝槽，向四周打磨圓滑過渡，形成緩慢的坡度，以降低應(yīng)力集中，最后打磨的外形，再次經(jīng)著色探傷未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷。

6 結(jié)束語

本次處理采用方案二，在滿足設(shè)備安全的前提下，既便于操作，又節(jié)省資源。機(jī)組連續(xù)運(yùn)行6個(gè)月后，對(duì)該處焊縫進(jìn)行外觀檢驗(yàn)、表面著色探傷，未見明顯缺陷。機(jī)組連續(xù)運(yùn)行12個(gè)月后，再次檢驗(yàn)，未見明顯缺陷，證明此方案可行。

[1]中華人民共和國國家能源局.DL/T 438-2009 火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,2009

[2]國家發(fā)展和改革委員會(huì).JB/T 4730.4-2005 承壓設(shè)備無損檢測(cè) 第4部分:磁粉檢測(cè)[S].北京:新華出版社,2005

[3]國家發(fā)展和改革委員會(huì).JB/T 4730.5-2005 承壓設(shè)備無損檢測(cè) 第5部分:滲透檢測(cè)[S].北京:新華出版社,2005

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 713-2008 鍋爐和壓力容器用鋼板[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008