郭 琴，趙 鵬，張 剛

（首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司，山西長(zhǎng)治 047500）

0 引言

山西長(zhǎng)治首鋼生物質(zhì)能源有限公司是具有年處理生活垃圾36 萬(wàn)噸，年發(fā)電1.2 億度的垃圾焚燒發(fā)電廠，其實(shí)現(xiàn)了生活垃圾“減量化、資源化、無(wú)害化”處理目標(biāo)。主要設(shè)備有2 座500 t/d 的焚燒爐，2 臺(tái)4.5 t/h 余熱鍋爐和1 臺(tái)18 MW 汽輪發(fā)電機(jī)組。垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣橫向流經(jīng)余熱鍋爐各級(jí)受熱面，過(guò)熱器吸收高溫?zé)煔鉄崃慨a(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，最后匯集在過(guò)熱蒸汽母管中供汽輪機(jī)發(fā)電。2022 年9 月，該廠2#鍋爐三級(jí)過(guò)熱器管道因爆管導(dǎo)致緊急停機(jī)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有12 根管道出現(xiàn)磨損變薄和管道泄漏等情況，更換部分新管后，焚燒爐恢復(fù)正常運(yùn)行。

1 過(guò)熱器簡(jiǎn)介及爆管情況

1.1 過(guò)熱器結(jié)構(gòu)

生物質(zhì)余熱鍋爐為單鍋筒臥式自然循環(huán)水管鍋爐，設(shè)置有過(guò)熱器、蒸發(fā)器以及省煤器等。過(guò)熱器管束高度6500 mm，垂直布置，和集箱懸吊在頂梁上一起向下膨脹。過(guò)熱器系統(tǒng)由三級(jí)過(guò)熱器組成（圖1），一級(jí)由16 排Φ38×5 mm 的管子組成，材料為20G，二級(jí)為16 排Φ42×5 mm 管，三級(jí)為12 排Φ38×5 mm管，管子材料均為12Cr1MoVG。正常工況下，三級(jí)過(guò)熱器管道內(nèi)部過(guò)熱蒸汽壓力為4.0 MPa，溫度400 ℃，管道外部煙氣溫度＜650 ℃，過(guò)熱器最高管壁溫度＜430 ℃。

圖1 三級(jí)過(guò)熱器

1.2 過(guò)熱器損壞情況

因長(zhǎng)期受煙氣沖刷、腐蝕，三級(jí)過(guò)熱器管道有5 根管道壁出現(xiàn)破損，且管道破損部位上下壁都有不同程度變薄痕跡，7 根管壁經(jīng)測(cè)厚儀測(cè)量，原管壁5 mm，變薄為2～4.5 mm（圖2）。為解決爆管問(wèn)題，必須通過(guò)更換管道方式解決。

圖2 三級(jí)過(guò)熱器破損情況

2 過(guò)熱器焊接要求及存在的難點(diǎn)

2.1 焊接技術(shù)要求

三級(jí)過(guò)熱器不論是管道內(nèi)部過(guò)熱蒸汽還是外部煙氣，均為高壓、高溫介質(zhì)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，焊接質(zhì)量必須達(dá)到X 射線探傷I 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，不得存在根部?jī)?nèi)凹和根部咬邊、未焊透、條形缺陷，圓形缺陷在10 mm×10 mm評(píng)定區(qū)內(nèi)只能有1 個(gè)，焊縫質(zhì)量要求較高。

2.2 焊接難點(diǎn)

（1）爆管及附近管壁均有不同程度損壞和變形，但焊接質(zhì)量要求高。

（2）焊接管道時(shí)，人員必須進(jìn)入爐內(nèi)，而爐內(nèi)存在焚燒垃圾產(chǎn)生的有毒有害氣體，必須打開(kāi)引風(fēng)機(jī)形成一定負(fù)壓才有利于降低有毒有害氣體含量，但爐內(nèi)風(fēng)速會(huì)影響焊接作業(yè)。

3 更換過(guò)熱器管道

3.1 焊接工藝確定

（1）用測(cè)厚儀依次對(duì)管道壁厚進(jìn)行測(cè)量，選擇管壁最厚處截?cái)嗾w更換。

（2）依據(jù)過(guò)熱器管道材料12Cr1MoVG，選擇相同材料合格管道更換。

（3）為保證管道滿足高溫高壓運(yùn)行要求，采用氬弧焊單面焊雙面成型。管壁厚5 mm，由打底和蓋面兩層組成，設(shè)備選擇時(shí)代逆變機(jī)型。依據(jù)管道材料選用承壓設(shè)備，使用氣體保護(hù)焊，鋼焊絲THT-55B2V，直徑選擇Φ2.5 mm。

（4）先用新舊管道對(duì)接進(jìn)行試焊，確認(rèn)符合探傷要求后，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接。

3.2 試焊情況

（1）坡口。將新舊管道坡口加工成30°，留0.5 mm 鈍邊，用角磨機(jī)將切口兩側(cè)15 mm 范圍內(nèi)打磨出金屬光澤。

（2）焊接。通過(guò)多次測(cè)試，電流調(diào)整到85～90 A，氣壓控制在10～15 L/min，焊接中仍存在氣孔，通過(guò)排查焊槍無(wú)異常，更換為純度99.99%氬氣后，未再出現(xiàn)氣孔。重新更換管道后，留3.2 mm間隙對(duì)接，進(jìn)行打底焊接，用角磨機(jī)修磨焊縫、清理干凈氧化渣后實(shí)施第二層蓋面焊接，新舊管道試焊完成。

（3）經(jīng)X 射線探傷檢測(cè)達(dá)到I 級(jí)焊縫要求，此工藝可以用于現(xiàn)場(chǎng)施焊。

3.3 焊接實(shí)施

3.3.1 焊接前準(zhǔn)備

（1）在爐體內(nèi)部適當(dāng)高度用架管、木板搭腳手架，并在焊接位置用彩條布進(jìn)行臨時(shí)隔斷，以免通風(fēng)對(duì)焊接過(guò)程造成影響。

（2）將劃出更換位置的舊管道進(jìn)行切割、開(kāi)坡口、修磨。要求做到切口平齊，坡口角度符合30°±1°。焊縫側(cè)15 mm 范圍無(wú)銹、無(wú)污、無(wú)毛刺等，并露出金屬光澤。

（3）按照上下留3.2 mm 間隙準(zhǔn)備12 根適合尺寸的管道，機(jī)加工坡口，對(duì)其焊口周邊進(jìn)行打磨處理，兩側(cè)15 mm 范圍內(nèi)無(wú)銹、無(wú)污、無(wú)毛刺等，并露出金屬光澤。

3.3.2 施焊過(guò)程

（1）由一人輔助，將管道與兩側(cè)管道對(duì)正，分別檢查管道與上下管的對(duì)接情況，盡可能保證管道間距為3.2 mm，與上下對(duì)接管無(wú)錯(cuò)邊。

（2）將電流調(diào)整到90 A，氣體壓力調(diào)至10 L/min，對(duì)管道進(jìn)行2個(gè)點(diǎn)位定位焊，再次確認(rèn)管道對(duì)接位置未發(fā)生變化，開(kāi)始打底焊接。

（3）打底焊接要保證電弧焊透根部形成焊縫，內(nèi)凸小于1 mm，不內(nèi)凹。打底起弧時(shí)，焊絲和焊槍角度保持70°～80°，拉低電弧進(jìn)行預(yù)熱，看到坡口邊出現(xiàn)半熔化狀態(tài)時(shí)，壓低電弧熔化擊穿鈍邊，使之出現(xiàn)一個(gè)比間隙稍大的熔孔，從而保證熔敷金屬一部分過(guò)渡到焊縫根部及背面并與熔化的母材共同組成熔池。

采取適當(dāng)?shù)臏缁∈址?，使焊絲不斷擊穿熔化鈍邊形成熔孔，使背面形成焊縫。采用連弧焊，通過(guò)電弧反復(fù)交替燃燒與熄滅并控制熄弧時(shí)間，從而控制熔池溫度、形狀和位置，獲得良好的背面成形和內(nèi)部質(zhì)量。需接頭時(shí)，向焊接的反方向拉回10～15 mm，使電弧逐漸拉長(zhǎng)很快熄滅，將收弧縮孔消除或帶到焊道表面，以便在隨后焊接時(shí)將其熔化掉。但回?zé)龝r(shí)間也不能太長(zhǎng)，盡量使接頭處形成斜面，不能損壞坡口兩側(cè)棱邊，便于蓋面時(shí)可以看清坡口。

（4）對(duì)打底焊縫實(shí)施清理，去除打底焊縫熔渣，將打底層焊縫接頭打磨平整，將電流調(diào)至85 A 進(jìn)行蓋面。此時(shí)焊槍擺幅可加大，送絲速度要均勻，在坡口兩側(cè)停留時(shí)間比打底焊稍長(zhǎng)一些，觀察坡口兩側(cè)的熔化情況，使焊縫兩側(cè)邊緣熔合良好，避免產(chǎn)生咬邊，使焊道表面形成圓潤(rùn)過(guò)渡。

3.3.3 預(yù)防主要缺陷的措施

（1）防錯(cuò)邊。由于過(guò)熱器管道在工作中受熱脹冷縮作用已發(fā)生變形，為避免新管與上下管道明顯錯(cuò)邊，在進(jìn)行管道定位時(shí)，用鋼板尺在相差90°位置進(jìn)行兩個(gè)位置測(cè)量，盡量做到不錯(cuò)邊或錯(cuò)邊量最小。定位焊要牢固可靠并復(fù)查是否有位置變化。

（2）防氣孔。由于鍋爐內(nèi)部是一個(gè)狹長(zhǎng)通道，又需開(kāi)引風(fēng)機(jī)形成負(fù)壓環(huán)境，因此必須搭設(shè)防風(fēng)裝置保證焊接部位無(wú)影響。所用氬氣純度不得低于99.95%，并將流量調(diào)整合適。焊槍噴嘴距管道焊接位置保持3～4 mm，避免失去氬氣保護(hù)作用。

（3）防未焊透。綜合考慮對(duì)口間隙、坡口制備、鈍邊厚度等。制作新管時(shí)，必須考慮焊接間隙不小于3 mm。坡口角度具備條件的要采用機(jī)加工，否則現(xiàn)場(chǎng)打磨時(shí)要符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)或DL/T 869—2004《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》要求，壁厚小于20 mm 的焊口采用V 形坡口，單邊角度不小于30°，鈍邊厚度在1 mm 左右。根據(jù)操作者操作技能，選擇合適的線能量、焊接速度和操作手法，以增加熔透能力。

3.4 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

經(jīng)過(guò)對(duì)12 根管道進(jìn)行更換處理，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)X 射線檢驗(yàn)，24道焊縫均達(dá)到I 級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn)要求，按試驗(yàn)壓力4.0 MPa 打壓試驗(yàn)保壓5 min，壓降≤0.5 MPa 符合試壓要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

在鍋爐發(fā)生爆管情況下，除對(duì)泄漏管道進(jìn)行處理外，對(duì)于其他特別是相臨管道的壁厚進(jìn)行全面檢查測(cè)量十分必要，否則極易出現(xiàn)開(kāi)爐后不久再次發(fā)生其他部位泄漏的情況。在焊接前，讓有經(jīng)驗(yàn)的人員依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定焊接工藝，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照焊接工藝施焊是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，可有效避免易出現(xiàn)焊接缺陷，達(dá)到無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量要求。本次對(duì)管道進(jìn)行更換，使得新舊管道對(duì)接尺寸、焊縫質(zhì)量和承載壓力達(dá)到使用要求，保證了長(zhǎng)治地區(qū)垃圾處理工作的正常進(jìn)行。