(宁夏宁鲁煤电有限责任公司 灵州电厂 宁夏银川 750411)
摘要：火力发电机组主蒸汽管道作为重要受监金属部件，在役期间需要定期结合机组等级检修，按照相关国家、行业监督、检验标准，结合机组运行履历制定监督检验计划，及时发现存在的问题并有针对性的进行分析治理。本文就在役电站硫化床锅炉高温过热器出口段，12Cr1MoV钢主蒸汽管道角焊向空排短接管设定裂纹缺陷典型成因分析及处理措施进行了探讨。
关键词：12Cr1MoV钢；向空排；角焊缝；裂纹；分析；处理
1 引言
电站锅炉具有高温、高压参数特征。在当前安全生产社会环境下，按照国家相关法律法规及电力行业规程标准对其受监金属部件实施行之有效的监督检验，及早发现并处理检出缺陷是保障发电机组安全稳定运行的重要环节。主蒸汽是汽轮机做功最重要动力源，其介质传输管道各部件的可靠性更是直接关乎厂区设备及生产人员的安全。因此主蒸汽管道的监督检验一直以来都是电站检修期间受监金属部件监督检验的重头戏。
主蒸汽管道的监督检验主要包括各弯头、直管、阀门及与其相连的小管道、测点套筒的金属基体、焊缝的理化、无损检测。锅炉高温过热器出口部位是主蒸汽管道温度、压力参数最高部位，而与该部位的角焊相连的向空排汽管、安全阀导汽管因其安装方式、位置与运行特点往往造成较主蒸汽管道其他部位易在角接焊缝部位出现裂纹形式的超标缺陷。在监督检验过程中发现的该部位裂纹缺陷，应结合机组服役状况、部件安装形式、材料特性及老化情况等因素综合分析缺陷成因，并根据相关规程、标准制定处理方案对裂纹缺陷予以消除。
2 设定主蒸汽管道向空排角焊缝裂纹缺陷描述
硫化床锅炉高温过热器一般安装于尾部烟道最上层烟气高温段，高温过热器出口集箱常以等外径主蒸汽管道以对接环焊形式连接。设定向空排汽管短接（12Cr1MoV材质，φ133×16mm规格）安放式角焊连接于锅炉高温过热器出口段主蒸汽管道（12Cr1MoV材质，φ325×40mm规格）上，结构如图1所示。
图1 主蒸汽管道向空排汽管安装结构
角焊缝以上约210mm处串列安装DN100一、二次电动门，二次门后管经2个135°折弯后穿厂房顶与大气联通，厂房内第二个135°弯后直管段以固定式管卡形式与钢梁连接，结构如图2所示。
图2 向空排汽管穿墙管固定结构
机组投运后尚未通过向空排汽管道进行过排气操作，电动门严密性良好。
机组检修期间按照监督检验计划，对该部位角焊缝进行表面探伤，任务执行过程中发现角接焊缝向空排管侧熔合线处存在约120mm宏观裂纹，裂纹处于向空排短接上部电动门电动头对侧9:00-14:00区域。
裂纹为表面均匀开口缝隙，呈同一水平线间断式特征，宏观裂纹周围未见明显密集细微裂纹，无明显褶皱、氧化皮，理化检验角焊缝及两侧母材硬度无异常。
3 裂纹典型成因分析
3.1 运行因素分析
锅炉自投运未通过高温过热器向空排汽管道在运行期间进行排汽操作且电动门严密性良好，不具备管道冷凝水在角焊缝处造成冷热交变应力的条件。
3.2 结构因素分析
高温过热器出口向空排汽管道自主蒸汽管道角焊缝上约210mm处同向、串列布置两个DN100电动门，为方便运行操作，电动头朝向均布置在炉前侧。电动头质量大，造成机组升降负荷等操作期间引起的向空排管震动向炉前侧振幅大，向空排与主蒸汽管角焊缝9:00-15:00区域震动期间具备较大周期性拉应力条件。
锅炉升、降温膨胀期间，因向空排汽管135°弯的存在，排汽管相对锅炉本体存在膨胀角度偏差，具备在角焊缝9:00-15:00点区域形成拉应力条件。
3.3 裂纹缺陷成因判断
根据锅炉运行、高温过热器出口主蒸汽管道向空排管安装结构分析角焊缝应力开裂成因：排除因冷凝水下流至角焊缝形成应力造成的裂纹因素；现场电动门电动头布置形式通过机组运行过程在向空排角焊缝小径管侧熔合线处形成应力集中，是裂纹形成的主要原因；向空排气管道穿墙管与锅炉钢架固定形式，在锅炉上下膨胀期间于向空排角焊缝小径管侧熔合线处形成应力集中，是裂纹形成的次要原因。
4 裂纹缺陷处理措施
按照国家特种设备相关法律法规及电力行业相关规程标准，结合裂纹缺陷扩展可能造成的危害严重程度，宜采取更换向空排管接头的方式彻底消除该部件角焊缝裂纹缺陷。
4.1备品准备
按照锅炉设计图纸，以《高压锅炉用无缝钢管》为标准，采购φ133×16mm向空排管接头配件。配件到位后进行表面探伤及相应理化检验。
4.2 工艺准备
按《火力发电厂焊接技术规程》规定，结合施焊部件规格、材质，在施工方案中明确经过评定的焊接工艺。并针对12Cr1MoV材质、φ325×40mm规格主蒸汽管道及12Cr1MoV材质、φ133×16mm规格向空排汽管，配备相应热处理工艺，如表1所示。
表1 热处理主要工艺参数
4.3 关键工艺控制环节
4.3.1 焊接关键工艺控制
焊接应严格按照锅炉设计图纸规定的包括坡口形式、对口间隙操作。焊前对焊接接头进行200-300℃预热，为确保焊接质量，有必要进行2遍氩弧焊打底而后电焊盖面。焊后立即对上、下部角焊缝进行热处理。
4.3.2热处理关键工艺控制
热处理下部角焊缝时，特别注意在向空排φ133×16mm管侧熔合线上约1-2cm处设置温度测点，监控该侧小径管升温速率及处理温度，避免温升温降过快及过热现象。
同时，为避免大规格管散热快影响，保障升降温速率、热处理目标温度的达成，主蒸汽管道（φ325×40mm）向空排管座部位左右两侧应布置电热毯伴热。
3、处理完成后检验
高温过热器管接头热处理完成24h后，由具有相应资质的检验人员按照《承压设备无损检测》标准，对焊接角焊缝、对接接头的焊缝及两侧母材进行宏观检查、表面探伤、超声波探伤。同时，应按照电力行业金属技术监督及理化检验标准对焊缝及两侧热影响区母材进行硬度、金相检验。缺陷消除质量合格与否应以理化、无损检验结果作为的唯一标准。
4、后续措施
为避免该部位因结构因素的应力再次造成同类型缺陷的产生，向空排短接头更换完成后，应在现场对向空排一、二次电动头安装带有V形膨胀弯的柔性支撑，同时将上部排空管道与钢梁的固定方式由刚性固定改为担板式自由固定方式。
5 结论
重要受监金属部件的失效需按照国家法律法规及行业金属技术监督相关规程制定相应检验计划并及时适时开展。所发现问题应通过机组运行履历及材料特性、部件安装结构、质量多角度辩证分析主、次要因素。解决方式无外乎按照相应技术标准制定专项方案，过程中注意关键工艺环节的管控，最终以相应无损、理化检验检测见证消缺质量，以满足发电机组安全稳定运行条件。
参考文献：
[1] 蔡文河、严苏星. 电站重要金属部件的失效及其监督[M]. 北京：中国电力出版社. 2009.
[2] 中国电力科学研究院. 火力发电厂焊接技术规程[S]. 北京：中国电力出版社. 2012.
[3] 中国电力科学研究院. 火力发电厂焊接热处理技术规程[S]. 北京：中国电力出版社. 2010.
作者简介：乔聃（1988—），男，助理工程师，2010年毕业于广东工业大学金属材料工程专业，现任宁夏宁鲁煤电有限责任公司灵州电厂金属专工。
论文作者:乔聃
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
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