李緒連，劉曉華，莊海青，劉盛耀

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力建設(shè)第三工程有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

0 引言

隨著電力工業(yè)的發(fā)展和環(huán)保要求的提高，火力發(fā)電機(jī)組逐步走向大容量、高參數(shù)的路線。塔式鍋爐具有占地面積小、熱效率高、受熱面磨損小等一系列優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。某電廠二期2×1 000 MW超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐水冷壁管子材料為12Cr1MoVG，規(guī) 格 包 含 φ44.5×9 mm、φ38×8.5 mm、φ38×7 mm。相對(duì)于國(guó)內(nèi)常規(guī)的超超臨界一次再熱機(jī)組，水冷壁的壁厚有所增加，而根據(jù)DL/T 869—2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程規(guī)定》，對(duì)于壁厚超過(guò)8mm的12Cr1MoVG材質(zhì)的焊接接頭需做焊后熱處理。由于現(xiàn)場(chǎng)工期較為緊張，需要熱處理的水冷壁管子繁多且空間位置復(fù)雜，而目前關(guān)于水冷壁管排焊后熱處理的工藝研究報(bào)道較少，沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。因此本文選取水冷壁左墻上部垂直段管屏T型三通進(jìn)行熱處理工藝分析，探討履帶式電加熱器對(duì)該部位進(jìn)行熱處理工藝的可操作性和實(shí)用性，以保證熱處理后的焊接接頭具備優(yōu)異的使用性能，并應(yīng)用在之后相同空間位置的熱處理工作中。

1 熱處理工藝準(zhǔn)備

1.1 材料

本次熱處理工藝所用材料為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際焊接的水冷壁左墻上部垂直段管屏T型三通焊縫，焊接項(xiàng)目代號(hào)為SL1，管屏如圖1所示。對(duì)垂直段管屏T型三通24只焊口進(jìn)行編號(hào)，如圖2所示。

圖1 水冷壁T型三通焊縫管屏圖

圖2 管屏T型三通焊口編號(hào)示意圖

1.2 工藝流程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所選定的熱處理工藝材料，制定初步的熱處理工藝方案后，對(duì)水冷壁管屏T型三通焊縫進(jìn)行熱電偶以及加熱器的布置與綁扎，然后在加熱器表面按照規(guī)范要求鋪設(shè)保溫棉，熱處理機(jī)開(kāi)機(jī)后對(duì)溫度跟蹤記錄。

2 熱處理工藝方案實(shí)施

2.1 工藝的制定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水冷壁管子的規(guī)格參數(shù)，依據(jù)公司焊接工藝評(píng)定以及DL/T 819—2019火力《發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程的相關(guān)規(guī)定》，編制焊接熱處理工藝卡，工藝參數(shù)如表1所示。

表1 熱處理工藝參數(shù)

2.2 熱電偶的布置與綁扎

水冷壁管屏熱電偶布置如圖3所示，編號(hào)為2、5、7共3支熱電偶為控溫?zé)犭娕迹?、3、4、6、8共5支熱電偶為測(cè)溫?zé)犭娕迹?支熱電偶均布置在管屏上面。

圖3 熱電偶布置圖

熱電偶的綁扎是采用鐵絲穿過(guò)安裝對(duì)口時(shí)留下的應(yīng)力槽進(jìn)行扎緊。

2.3 加熱器的布置與綁扎

采用的履帶式電加熱器單片尺寸為1 000 mm× 180 mm，功率為10 kW，加熱器的示意圖如圖4所示。

圖4 履帶式電加熱器

相鄰管子的中心間距為120 mm，考慮到加熱器能最大程度覆蓋住焊縫，因此每片加熱器加熱8根管子，加熱器采用上下兩片對(duì)稱布置。

由于現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)的水冷壁左墻上部垂直段管屏的T型三通凸出管距離安裝焊縫有42.75 mm，而本研究選用的履帶式電加熱器的寬度為180 mm，因此管屏上側(cè)履帶式電加熱器不能平均鋪設(shè)在焊縫的兩側(cè)。又因異型結(jié)構(gòu)件很難保證管屏上下加熱元件完全對(duì)稱布置，所以對(duì)于管屏上部的加熱器的鋪設(shè)，采用一端靠緊T型三通凸出管邊緣，并將T型三通用保溫棉完全包裹起來(lái)，保證T型三通的整體加熱熱量均勻分布，減少熱損失。管屏下側(cè)的加熱器則平均鋪設(shè)在焊縫兩側(cè),履帶式電加熱器的鋪設(shè)如圖5所示。

圖5 加熱器布置圖

上下兩片加熱器的綁扎是通過(guò)事先在未開(kāi)割槽的管屏上面鉆孔（鉆孔的位置距三通約100 mm處），然后用鐵絲通過(guò)應(yīng)力槽與鉆孔口進(jìn)行捆綁，左右兩片的加熱器亦通過(guò)鐵絲進(jìn)行連接，應(yīng)力槽與鉆孔口的位置如圖6所示。

圖6 應(yīng)力槽及鉆孔口布置圖

加熱器綁扎時(shí)應(yīng)注意綁扎用的鐵絲不能跟電阻絲接觸，并且保證陶瓷套管與管子最大面積地接觸，現(xiàn)場(chǎng)加熱器的布置與綁扎如圖7、圖8所示。

圖7 管屏上部加熱器的布置與綁扎

圖8 管屏下部加熱器的布置與綁扎

2.4 保溫棉的鋪設(shè)

由于三通之間有空隙，若直接鋪設(shè)保溫棉，勢(shì)必造成加熱過(guò)程中熱量的散失。因此在鋪設(shè)保溫棉之前，采用圖9的方法將三通之間的空隙用保溫棉塞住。塞完空隙后，采用圖10的方法用保溫棉對(duì)整個(gè)加熱器進(jìn)行鋪蓋，為了保證陶瓷套管與管子的接觸充分，在鋪完保溫棉后，兩側(cè)均使用槽鋼把保溫棉壓住，如圖11所示。因?yàn)樵跓崽幚淼倪^(guò)程中容易造成管屏的變形，所以使用千斤頂在管屏下面將管屏頂住，起到防變形和壓緊陶瓷套管與管屏的作用。

圖9 三通之間填塞保溫棉

圖10 加蓋保溫棉及接線

圖11 槽鋼壓住保溫棉

2.5 熱處理溫度記錄跟蹤

各工藝步驟完成后，將加熱器開(kāi)機(jī)并記錄同一時(shí)間段不同測(cè)溫點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)情況，如表2所示。

表2 履帶式電加熱器溫度監(jiān)測(cè)情況℃

由圖3熱電偶布置圖可知，測(cè)溫點(diǎn)1、控溫點(diǎn)2、測(cè)溫點(diǎn)3、測(cè)溫點(diǎn)4共4支熱電偶布置在第一片加熱器上，從表2溫度分布可以看出，測(cè)溫點(diǎn)3的溫度較低，與其他3個(gè)點(diǎn)之間的最大溫差為140 ℃，這是由于溫度控溫點(diǎn)2布置在焊縫上，而測(cè)溫點(diǎn)3布置在距離焊縫較遠(yuǎn)處所致。測(cè)溫點(diǎn)1位于水冷壁管屏最外側(cè)，由于連接上下片的陶瓷套管與管子接觸面積最大，單位時(shí)間吸收更多熱量，因此溫度偏高。將控溫點(diǎn)2重新布置在溫度偏高的水冷壁焊縫最外側(cè)數(shù)字1位置處，如圖12所示，并將該處的保溫棉重新包扎，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)測(cè)溫點(diǎn)1溫度數(shù)據(jù)恢復(fù)正常標(biāo)準(zhǔn)范圍。

圖12 水冷壁管屏熱電偶布置圖

控溫點(diǎn)5、測(cè)溫點(diǎn)6共2支熱電偶布置在第二片加熱器上，由于第二片加熱器布置在第一片加熱器與第三片之間，因此該片加熱器的溫度相對(duì)均勻，波動(dòng)幅度很小，從表2中可以看出，兩者之間的溫度偏差均值為1 ℃左右。

控溫點(diǎn)7和測(cè)溫點(diǎn)8共2支熱電偶布置在第三片加熱器上，因?yàn)闇y(cè)溫點(diǎn)8熱電偶位于管屏邊緣，熱量散失相對(duì)較大，因此測(cè)溫溫度偏低，低于理論溫度10 ℃左右，也就是50#—51#焊口的熱處理溫度低10 ℃，熱處理后硬度檢測(cè)偏高，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。于是對(duì)50#—51#焊口進(jìn)行二次熱處理，重新均勻布置加熱塊，保證圖12中數(shù)字2處的加熱塊延伸到管屏拼縫處，并將測(cè)溫點(diǎn)放在51#焊縫處，恒溫溫度設(shè)置730 ℃，并對(duì)圖12中數(shù)字2處的保溫棉適當(dāng)加厚用槽鋼壓實(shí)，減少熱量損失，熱處理后硬度檢測(cè)滿足規(guī)范要求。

3 硬度檢測(cè)

對(duì)熱處理后的焊縫及附近的母材打磨并進(jìn)行硬度檢測(cè)，硬度檢測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 硬度檢測(cè)數(shù)據(jù)

續(xù)表

從表3中可以看出，焊縫硬度平均值為243HB，焊縫附近母材硬度平均值為152HB，此次熱處理后的焊接接頭及母材在熱處理后，硬度值均在合格范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)鍋爐水冷壁管排T型三通位置的焊縫熱處理難度大，分析采用履帶式電加熱器上下對(duì)稱布置來(lái)處理位置結(jié)構(gòu)復(fù)雜的管屏。針對(duì)熱處理過(guò)程中出現(xiàn)溫度分布不均，表現(xiàn)為局部溫度偏高或偏低等問(wèn)題，研究后通過(guò)合理布置控溫?zé)犭娕己蜏y(cè)溫?zé)犭娕嘉恢?，以及?duì)個(gè)別焊口進(jìn)行二次熱處理，已保證熱處理工藝質(zhì)量。熱處理后24只焊縫的硬度平均值為243HB，焊縫附近母材的硬度平均值為152HB，分析表明采用合理的工藝規(guī)范和操作流程，履帶式電加熱器能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)水冷壁熱處理的需要。按照工藝步驟對(duì)該電廠百萬(wàn)二次再熱機(jī)組鍋爐水冷壁的前、后、左、右四面墻的垂直段上部管屏共712只T型三通焊口進(jìn)行焊后熱處理，并經(jīng)硬度檢測(cè)后均符合要求，并且機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行后各項(xiàng)指標(biāo)正常。