汽輪機(jī)承壓鑄鋼件監(jiān)造中的質(zhì)量控制

綦振泉 郭恢龍 徐杰敏

（1 南京三方化工設(shè)備監(jiān)理有限公司 江蘇 南京 210024；2 中化泉州石化有限公司 福建泉州 362103）

一、前言

中化泉州石化 （以下簡稱業(yè)主）1200 萬噸/年煉油配套工程—?jiǎng)恿φ?0MW 汽輪發(fā)電項(xiàng)目， 國內(nèi)某汽輪機(jī)制造其中兩臺(tái)發(fā)電汽輪機(jī)， 功率為50MW； 蒸汽壓力8.83MPa (A)； 蒸汽溫度535℃。 南京三方化工設(shè)備監(jiān)理有限公司負(fù)責(zé)監(jiān)造。 駐廠監(jiān)理憑敏銳的職業(yè)嗅覺及時(shí)地發(fā)現(xiàn)了高壓缸側(cè)部蒸汽室內(nèi)部進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥閥芯底座加工面上的密集型氣孔（見圖1、圖2、圖3），隨即依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求(1)，及時(shí)叫停生產(chǎn)，等待檢查處理；制造廠設(shè)計(jì)、工藝、質(zhì)檢、生產(chǎn)等部門聯(lián)合制定處理方案，報(bào)監(jiān)理與業(yè)主審批后實(shí)施。

二、側(cè)部蒸汽室問題現(xiàn)狀與修復(fù)難點(diǎn)

業(yè)主在收到監(jiān)理的通報(bào)后即派人到現(xiàn)場協(xié)調(diào)處理問題。

側(cè)部蒸汽室乃蒸汽進(jìn)入噴嘴前的聚集室（2）、（3），蒸汽從下部被引入上部， 經(jīng)上部調(diào)節(jié)閥開口又折返向下進(jìn)入汽缸下半缸噴嘴（見圖2），材料為ZG15Cr2Mo1；它與高壓汽缸下半缸通過外部焊接連成一體 （見圖4）， 密集型氣孔發(fā)生在蒸汽流道的折返點(diǎn)，介于兩條并列流道之間，距側(cè)部蒸汽室上法蘭口有一手臂深的距離，且法蘭孔直徑只有φ230mm，檢查處理不便。由于該部件是汽輪機(jī)壓力、溫度最高部位，密集型氣孔形成的疏松體容易發(fā)生破裂，一旦破裂后產(chǎn)生的碎塊將順著噴嘴直接吹進(jìn)轉(zhuǎn)子葉片，將造成機(jī)內(nèi)重大破壞。 業(yè)主與監(jiān)理認(rèn)為側(cè)部蒸汽室問題部位空間狹窄，不適合人工補(bǔ)焊作業(yè)，其補(bǔ)焊效果難以確保最終質(zhì)量要求；根據(jù)JB/T10087（4）《汽輪機(jī)承壓鑄鋼件技術(shù)條件》4.1.4.1（規(guī)定）以下情況不允許補(bǔ)焊：

a)缺陷所在部位補(bǔ)焊后無法進(jìn)行檢查；

b 精加工后發(fā)生的缺陷，經(jīng)補(bǔ)焊不能保證質(zhì)量。

同時(shí)，業(yè)主與制造廠的設(shè)備采購合同第4.1.4.6 條又規(guī)定：重大缺陷補(bǔ)焊應(yīng)到需方同意。

基于以上約定，業(yè)主方與監(jiān)理方一致不同意進(jìn)行補(bǔ)焊，要求重新投料制作。 對于業(yè)主方的要求，制造廠表示尊重，但同時(shí)又提出了重新制造可能面臨一個(gè)更大的風(fēng)險(xiǎn)。

三、重新制造的風(fēng)險(xiǎn)與對策

側(cè)部蒸汽室與高壓汽缸在毛坯狀態(tài)時(shí)已組焊成一體， 便于統(tǒng)籌兼顧兩個(gè)部件之間的相對定位尺寸。 如果更換新的側(cè)部蒸汽室，就要將原來的側(cè)部蒸汽室與高壓汽缸下半缸割開，可能造成高壓汽缸下半缸變形，一旦發(fā)生高壓缸只有報(bào)廢；重新制造不僅制造廠損失巨大， 業(yè)主也將面臨幾百億的項(xiàng)目不能如期開工等問題，其損失更大。 經(jīng)過三方的多次協(xié)商，確定采取修復(fù)與重造兩個(gè)方案同時(shí)進(jìn)行；

方案一：對原側(cè)部蒸汽室實(shí)施挽救。 膛銑消缺清理疏松體，每銑削一層、見到側(cè)部蒸氣室本色后，做一次PT 檢測，直到檢測合格之后用電焊進(jìn)行補(bǔ)焊，逐層補(bǔ)焊、逐次PT 檢測，確保中間不出現(xiàn)氣孔等缺陷；其中對兩個(gè)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行了限定：

1、消缺、清理尺寸超過JB/T10087《汽輪機(jī)承壓鑄鋼件技術(shù)條件》4.1.4.6 規(guī)定的要求即終止挽救該部件的工作；

2、 按 照GB150-2011 （5）《鋼 制 壓 力 容 器》7.4.2 與TSG R0004-2009（6）《固定式壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程》4.2.4（3）兩者規(guī)定：焊縫同一部位（指補(bǔ)焊的填充金屬重疊部位）的返修部位不宜超過兩次。 如果出現(xiàn)規(guī)定所指情況即終止挽救該部件的工作。

方案二：按補(bǔ)件處理，重新投料制作。

然而在實(shí)施挽救方案中， 清理密集型疏松體的范圍已大大地超出了JB/T10087 規(guī)定的要求，方案一無奈終止。

在此情況下，三方重新溝通與協(xié)商，實(shí)施第二方案。

監(jiān)理方及業(yè)主方認(rèn)為，如果沒有相應(yīng)的預(yù)防措施，不符合風(fēng)險(xiǎn)控制原則。 最終監(jiān)理方與業(yè)主方提出在進(jìn)行裝焊前將高壓缸上下缸體組合一體，裝好定位銷把緊中分面螺栓，使之形成整體筒形，增加抵御變形剛度；施焊前，嚴(yán)格按JBT 5000.3-2007 （7）《重型機(jī)械通用技術(shù)條件》控制； 焊接件施焊過程中，采用內(nèi)徑千分尺監(jiān)測缸體兩端的圓內(nèi)徑變化，以允許圓度0.05mm 偏差為保證點(diǎn)，超過該值就暫停焊接，等待自然回復(fù)后再繼續(xù)施焊，通過掌控變形節(jié)奏達(dá)到控制變形的目的； 同時(shí)在加熱與施焊的過程中結(jié)合紅外線測溫儀的監(jiān)測， 隨時(shí)檢測溫度影響范圍與產(chǎn)生變形的關(guān)系，增加變形防控的可操作性與有效性。 最終三方確定，以業(yè)主技術(shù)人員及監(jiān)理方提出的措施作為確保裝焊效果的輔助手段實(shí)施。

重新裝焊前， 監(jiān)理方對補(bǔ)件側(cè)部蒸氣室材質(zhì)報(bào)告進(jìn)行了審查：

材料ZG15Cr2Mo1，熔煉爐號(hào)PZT11-3-0381-1.2，鑄號(hào)T21-7-1.2，

化學(xué)成分（%）

要求C P S實(shí)測要求實(shí)測0.12~0.18 0.160 Cr 2.00~2.75 2.131 Si≤0.06 0.400 Mo 0.90~1.20 0.904 Mn 0.40~0.70 0.605 Ni≤0.30 0.144≤0.030 0.013 Cu≤0.30 0.067≤0.030 0.014 Al≤0.015 0.011

力學(xué)性能

要求實(shí)測Rm(MPa)485～660 598 Rp0.2(MPa)≥275 376 A(%)≥18 21 Z(%)≥35 63 HB 160～200 178

按照三方協(xié)商制定的工藝方案， 監(jiān)理按正常程序?qū)ρa(bǔ)件材料一系列的質(zhì)量檢測報(bào)告進(jìn)行了見證與審核， 并與業(yè)主一道對裝焊H 點(diǎn)進(jìn)行了見證； 制造廠按照業(yè)主提出的防止裝焊變形措施對高壓缸進(jìn)行了組合（見圖6），這其中關(guān)鍵點(diǎn)是見證焊前的預(yù)熱（見圖7），焊中的層溫控制（見圖8），焊后的補(bǔ)熱（見圖9）等，是否按照預(yù)先制定的工藝方案進(jìn)行， 以及監(jiān)控缸體溫度的變化對變形的影響；最終依據(jù)JB4730—2005（8） 《承壓設(shè)備無損檢測》，通過對焊縫的PT、RT 檢測焊接效果。

四、熱處理與消應(yīng)力效果檢驗(yàn)

完成對側(cè)部蒸汽室裝焊以后，進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，以確保熱影響區(qū)材料性能。 為此業(yè)主的專業(yè)技術(shù)人員與監(jiān)理、制造廠的專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行了專題討論，參照《熱處理工程師手冊》（9）、《實(shí)用熱處理手冊》（10），最終按預(yù)制的熱處理工藝方案實(shí)施，具體工藝過程如下：

采用中頻感應(yīng)加熱器設(shè)備控制加熱過程； 加熱功率1～80KW， 電源：3 相、380V、50Hz；4 支φ3mmK 型鎧裝熱電偶，1 支作為溫度控制熱電偶，3 支作為監(jiān)控?zé)犭娕迹?將加熱感應(yīng)電纜纏繞在熱處理區(qū)域（見圖11），外表采用硅酸鋁保溫材料進(jìn)行熱處理過程保溫（見圖12）。

溫控工藝：

1、 升降溫速度控制在100℃/h；

2、 保溫溫度控制在670～700℃，保溫時(shí)間120min；

3、 溫度降到100℃以下拆除保溫、自然降溫。

從熱處理的加熱-保溫-降溫的曲線圖（見圖13、14）可以看出，基本符合工藝方案。

為了檢驗(yàn)熱處理后焊縫與熱影響區(qū)去應(yīng)力效果， 三方商議采取對焊縫、熱影響區(qū)、非熱影響區(qū)的硬度檢測進(jìn)行對比檢查，作為參考依據(jù)，其差值應(yīng)不高于30HB。

測量部位 裝焊焊縫 熱影響區(qū) 非熱影響區(qū) 結(jié)論測量結(jié)果 179 180 178 合格

上述檢測結(jié)果，符合設(shè)計(jì)要求，監(jiān)理方確認(rèn)為合格。

經(jīng)過以上一系列過程處理，側(cè)部蒸汽室達(dá)到了原設(shè)計(jì)要求，高壓缸體經(jīng)過組合后的綜合檢測， 各相關(guān)尺寸符合原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，未發(fā)生令人擔(dān)憂的變形，至此側(cè)部蒸汽室鑄鋼件質(zhì)量缺陷問題處理完成閉環(huán)。

五、結(jié)束語

中化泉州石化動(dòng)力站兩臺(tái)50MW 發(fā)電汽輪機(jī)， 是承擔(dān)石化生產(chǎn)裝置供電、供熱的重點(diǎn)設(shè)備，汽輪機(jī)的質(zhì)量是保證發(fā)電、供熱的安全，穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，一旦汽輪機(jī)發(fā)生問題，不僅僅是影響發(fā)電與供熱，更會(huì)引發(fā)全廠各生產(chǎn)裝置事故的爆發(fā)，它所帶來的結(jié)果不光是給國家經(jīng)濟(jì)帶來巨大損失， 更是給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全帶來威脅。 本次側(cè)部蒸汽室鑄鋼件質(zhì)量問題的處理，在監(jiān)理方、業(yè)主方及制造廠共同努力下，得以順利解決，充分體現(xiàn)了監(jiān)理的重要性和合作帶來的共贏。

1， GB/T26429-2010 設(shè)備工程監(jiān)理規(guī)范；

2， 工業(yè)汽輪機(jī)技術(shù)問答 王紹艷、袁紹華 化學(xué)工業(yè)出版社2008.7；

3， 汽輪機(jī)技術(shù)問答 第二版 張克舫、沈慧坊 中國石化出版社 2006.6；

4， JB／T 10087-2001 汽輪機(jī)承壓鑄鋼件技術(shù)條件；

5， GB150-2011 鋼制壓力容器；

6， TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術(shù)檢查規(guī)程；

7， JB/T 5000.3-2007 重型機(jī)械通用技術(shù)條件 焊接件；

8， JB/T4730—2005 承壓設(shè)備無損檢測；

9， 熱處理工程師手冊 第2 版 樊東黎、徐躍明、佟曉輝 機(jī)械工業(yè)出版社 2004.9 ；

10，實(shí)用熱處理手冊 薄鑫濤、郭海祥、袁風(fēng)松 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2009.1。