超超臨界水冷壁鰭片裂紋修復(fù)工藝探討＊

沈 倞

（華能長興電廠，浙江 長興313100）

1 基本情況

華能玉環(huán)電廠位于浙江省臺州市玉環(huán)縣大麥嶼開發(fā)區(qū)下青塘，地處浙江省東南沿海甌江口，樂清灣東岸，玉環(huán)半島西側(cè).玉環(huán)電廠一、二期工程共建設(shè)四臺1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，自2006年11月28日起至2007年11月25日止，一年內(nèi)四臺機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電.截止2011年8月，最先投產(chǎn)的1號機(jī)組已累計(jì)運(yùn)行35900多小時(shí).

電廠采用鍋爐，依據(jù) “技術(shù)引進(jìn)，聯(lián)合設(shè)計(jì)，國內(nèi)制造”的方式，由三菱公司提供支持，哈爾濱鍋爐有限公司制造，為超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐.采用“π”型布置，單爐膛、低NOx、PM主燃燒器和MACT燃燒技術(shù)和反向雙切圓燃燒方式.爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁，配循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)、一次中間再熱系統(tǒng).除通過煤／水比調(diào)溫外，還采用煙氣分配擋板、燃燒器擺動(dòng)、噴水等方式.鍋爐采用平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu).

鍋爐的主要額定技術(shù)參數(shù)為：過熱主蒸汽壓力為27.27MPa；過熱主蒸汽流量為2733t／h；過熱器出口主蒸汽溫度為605℃；再熱蒸汽流量為2274t／h；再熱蒸汽壓力（進(jìn)／出）為5.70／5.51MPa；再熱蒸汽溫度（進(jìn)／出）為362／603℃；省煤器進(jìn)口給水溫度為293℃.

鍋爐所用水冷壁管共有2144根，其中前后墻各720根，兩側(cè)各352根，使用最廣泛的規(guī)格為φ28.6mmX5.8mm四頭螺紋管，管材均為SA213T12，節(jié)距為44.5mm，管子間加焊扁鋼，寬為15.9mm，厚度為6mm，材質(zhì)15CrMo.

2 水冷壁鰭片開裂特點(diǎn)及初步原因分析

2.1 水冷壁鰭片開裂的特點(diǎn)

大多分布在前后墻.標(biāo)高為燃燒器區(qū)域?yàn)橹?大部分屬于非機(jī)械損傷、焊接質(zhì)量引起.以隨機(jī)分布為主.以＃2、＃3角分布較多.

以2011年某機(jī)組C修為例，發(fā)現(xiàn)的典型缺陷有：折焰角向下1m處從A側(cè)數(shù)第35、36根管之間鰭片開裂長40mm；中間出口集箱上節(jié)流孔處從A側(cè)數(shù)第124根管鰭片燒損；中間出口集箱下節(jié)流孔向下500mm，向A側(cè)數(shù)第120、121根管之間鰭片開裂；C層從B側(cè)數(shù)第2個(gè)吹灰器向B側(cè)數(shù)第30～31根水冷壁管子間鰭片長約30cm漏焊等.

2.2 水冷壁鰭片開裂原因初步分析

（1）安裝、檢修或制造中焊接質(zhì)量問題（如焊縫宏觀超標(biāo)缺陷，組織性能不達(dá)標(biāo)，焊接殘余應(yīng)力過大）.由于焊縫為部件結(jié)構(gòu)中最為薄弱環(huán)節(jié)，開裂通常在此表現(xiàn).

（2）設(shè)計(jì)、制造、安裝導(dǎo)致的管屏結(jié)構(gòu)應(yīng)力和形變應(yīng)力較大.

（3）水冷壁局部掛焦、局部噴涂、燃燒角度調(diào)整等原因?qū)е滤浔跓嶝?fù)荷不均，溫度應(yīng)力較大.

（4）管屏間鰭片實(shí)際寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)寬度，導(dǎo)致吸收熱負(fù)荷成倍上升.

（5）鍋爐啟停較快，或負(fù)荷變動(dòng)過快時(shí)，產(chǎn)生局部應(yīng)力過大.

3 修復(fù)工藝及注意事項(xiàng)

3.1 前期準(zhǔn)備

（1）工器具配備：焊接、氧氣乙炔割炬、電動(dòng)工具，當(dāng)工作環(huán)境溫度低于5℃預(yù)熱所采用，以及特殊情況，如水冷壁換管后所需熱處理所采用的設(shè)備均為完好，無漏氣漏電等缺陷，具有安全保護(hù)措施，需定期檢驗(yàn)的工器具醒目位置貼有檢驗(yàn)合格標(biāo)識，并在允許使用周期內(nèi).使用便捷安全的工具才能保證修補(bǔ)方案的順利完成.

（2）人員配備：鉗工、氣割工都需具有相應(yīng)的工作經(jīng)驗(yàn).焊工應(yīng)具有獨(dú)立操作經(jīng)驗(yàn)，能熟練焊接，并按照DL／T6792012《焊工技術(shù)考核規(guī)程》取得與15CrMo立焊相對應(yīng)的焊工合格證，且在有效期內(nèi)，才能進(jìn)行裂紋補(bǔ)焊工作.工程施焊前，焊工應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)項(xiàng)目的焊前練習(xí)，經(jīng)專業(yè)見證合格后方可上崗施焊［1］.

（3）焊接材料準(zhǔn)備：裂紋修補(bǔ)常用焊條為CHH307，規(guī)格為φ3.2.焊條在使用前要按其使用說明書進(jìn)行烘干.烘焙溫度為300～350°C，烘焙時(shí)間為1～2小時(shí).領(lǐng)取及歸還焊條都必須做好出入庫登記.重復(fù)烘焙不得超過2次.焊條應(yīng)放入保溫桶內(nèi)隨用隨取，保溫桶需通電并打開電源，保溫溫度為80～120°C.焊條使用前檢查是否有偏心、焊條端部藥皮過厚等情況，避免電弧偏向一側(cè)，引起咬邊等焊接缺陷［1］.

（4）其他：工作開始前，檢修技術(shù)員需至現(xiàn)場檢驗(yàn)并確定工作總量，明確施工范圍，根據(jù)查閱到的相關(guān)技術(shù)資料，編制作業(yè)指導(dǎo)書.在施工開始時(shí)，檢修技術(shù)人員必須到現(xiàn)場講解工作的具體步驟.進(jìn)行焊接的焊工必須持證上崗，未經(jīng)技術(shù)交底的焊工、熱處理工等不得進(jìn)行相關(guān)工作.進(jìn)入現(xiàn)場的工作人員都必須做好個(gè)人防護(hù)，高空作業(yè)時(shí)帶好安全帶，避免高空墜落.工器具按規(guī)定放置，避免落物.焊接及氣割過程中做好防范工作，防止焊渣火星飛濺引起火災(zāi)及人員燙傷等事故發(fā)生.

3.2 修復(fù)過程

（1）對修復(fù)位置進(jìn)行表面清理.使用鋼絲刷、角磨機(jī)等工具，清除裂紋鰭片及周圍水冷壁管的表面結(jié)焦、鐵銹、氧化層、油污等.對所檢部位照明目視檢查，必要時(shí)輔以5～10倍放大鏡觀察裂紋及微裂紋走向.由技術(shù)人員制定方案，確定割除裂紋兩側(cè)鰭片高度.

（2）用氧氣乙炔割炬割除裂紋附近位置鰭片，需控制火焰角度、方向、氣流大小，避免割傷母管.在保證質(zhì)量的前提下，適當(dāng)加快氣割速度，避免在同一處停留時(shí)間過長，導(dǎo)致水冷壁管過熱.

（3）舊鰭片割除后，使用工具進(jìn)行表面清理打磨.注意避免水冷壁管的磨傷減薄.截取相應(yīng)長度的新15CrMo鰭片條進(jìn)行拼接，避免強(qiáng)制性對口及填充鰭片過寬，引起局部應(yīng)力增大.

（4）施焊人員應(yīng)為有獨(dú)立操作經(jīng)驗(yàn)的熟練焊工.工程施焊前，焊工應(yīng)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)項(xiàng)目的焊前練習(xí)，經(jīng)鍋爐及金屬專工見證，必要時(shí)可采用無損檢測等手段，合格后方可上崗施焊.

（5）常溫下焊接不需要進(jìn)行預(yù)熱.當(dāng)室溫低于5℃時(shí)，焊接前必須采取預(yù)熱措施，習(xí)慣上采用火焰加熱方式.溫度控制在50～100℃之間（《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定：15CrMo板材厚度大于等于15mm時(shí)，預(yù)熱溫度為150～200℃），預(yù)熱溫度區(qū)域要均勻，焊縫每側(cè)加熱寬度為50～80cm，熱處理操作人員必須嚴(yán)格按照工藝施工，并使用手持式紅外測溫儀或接觸式測溫儀輔助測溫，控制預(yù)熱溫度.加熱時(shí)注意施工安全防止?fàn)C傷.

（6）焊接鰭片時(shí)采用多層多道焊，應(yīng)將每層焊道接頭錯(cuò)開，同時(shí)注意盡量成型平滑，避免出現(xiàn)死角.每層焊縫焊接結(jié)束時(shí)，應(yīng)使用工具清理焊道，經(jīng)焊工本人嚴(yán)格檢查合格后，才可進(jìn)行下一層的焊接.

（7）焊接過程中應(yīng)特別注意起弧、收弧及接頭質(zhì)量，每根焊條熄弧時(shí)都需將弧坑填滿，嚴(yán)禁焊接收弧將電弧引至水冷壁母管.焊縫余高≤3mm，焊縫余高差≤2mm.焊縫邊緣應(yīng)圓滑過渡到母材，不允許出現(xiàn)裂紋、未熔合及水冷壁管側(cè)咬邊，鰭片側(cè)咬邊深度不得大于0.5mm，總長不大于焊縫全長的15%.

（8）補(bǔ)焊裂紋必須進(jìn)行爐內(nèi)爐外雙面焊接.焊縫整體焊接完畢，應(yīng)將焊縫表面焊渣、飛濺清理干凈.清除時(shí)，不得用榔頭和鏨子過重敲擊焊縫，以防產(chǎn)生裂紋.

3.3 其他情況

（1）當(dāng)鰭片裂紋寬度不超過2mm，無明顯變形的情況下，經(jīng)過鍋爐及金屬專工同意，可不進(jìn)行割炬挖補(bǔ)，直接使用電焊焊接補(bǔ)平.

（2）水冷壁鰭片在超出設(shè)計(jì)寬度時(shí)，可采用鉆孔和開膨脹縫的方法，以減小鰭片應(yīng)力，并有效減少裂紋的產(chǎn)生.具體做法是：使用電動(dòng)工具，對水冷壁鰭片進(jìn)行鉆孔（φ6mm）開膨脹縫（十字交叉形），間距500mm左右，并在鍋爐外側(cè)加護(hù)耐火澆注料小密封盒.

（3）水冷壁鰭片寬度超標(biāo)，過熱變形易導(dǎo)致高溫碳化且常伴有微裂紋，需要前期檢查人員認(rèn)真檢驗(yàn)，必要時(shí)可采用PT等無損探傷檢測手段，明確需用氧氣乙炔割炬割除區(qū)域的范圍和大小，然后再進(jìn)行鰭片補(bǔ)焊.

（4）如遇到裂紋已擴(kuò)張至水冷壁管表面，或因鰭片裂紋而使兩根水冷壁間隔嚴(yán)重超過設(shè)計(jì)寬度時(shí)，必須先更換水冷壁管，并均勻調(diào)整各管間隙，待水冷壁管焊接結(jié)束，且無損探傷（RT）合格后，方可進(jìn)行鰭片的填充焊接.

4 質(zhì)量驗(yàn)收

焊接質(zhì)量的檢查和檢驗(yàn)，包括焊接前、焊接過程中和焊接結(jié)束后三個(gè)階段，并實(shí)行三級檢查驗(yàn)收制度，采用自檢與專業(yè)檢驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行驗(yàn)評工作.全部質(zhì)量檢驗(yàn)都驗(yàn)收通過，才能開始噴涂、保溫等下一步工作.

5 質(zhì)量保證措施

（1）焊接施工前應(yīng)向施工人員進(jìn)行技術(shù)交底.熟悉施工圖紙，明確施工任務(wù)，掌握施工要領(lǐng)，學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求.并接受技術(shù)人員的現(xiàn)場檢查，隨時(shí)糾正與規(guī)范不符之處，并及時(shí)進(jìn)行處理.

（2）焊接過程中發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)向焊接技術(shù)員、鍋爐、金屬方面專工匯報(bào)，及時(shí)變更檢修方案，檢查和檢驗(yàn)資料保存完整并在檢修工作結(jié)束后及時(shí)移交檔案室或合同甲方.

（3）安監(jiān)和質(zhì)檢人員全程跟蹤整個(gè)修復(fù)過程，保證整個(gè)工程質(zhì)量及安全防護(hù)工作的正常進(jìn)行.

6 總結(jié)

規(guī)范檢修時(shí)焊接工藝，提高鰭片焊接質(zhì)量，消除焊接殘余應(yīng)力，預(yù)防減少水冷壁鰭片裂紋的產(chǎn)生是一個(gè)長期而艱巨的任務(wù).可以與鍋爐設(shè)計(jì)制造單位聯(lián)系討論優(yōu)化方案，通過調(diào)整支吊架位置、加強(qiáng)支撐檢查、降低結(jié)構(gòu)應(yīng)力，以及調(diào)整送風(fēng)口角度改變溫度應(yīng)力分布，改善啟停爐過程熱應(yīng)力狀況等措施，將鰭片裂紋的數(shù)量及造成的破壞程度降低，以保證鍋爐運(yùn)行狀態(tài)的安全穩(wěn)定

［1］楊富.新型耐熱鋼焊接［M］.北京：中國電力出版社，2006.