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    2×300MW發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)再熱調(diào)節(jié)閥門桿漏氣管座焊接方案的制定與實(shí)施

    2015-12-05 12:49:14畢耜明
    安全 2015年11期
    關(guān)鍵詞:管座焊口閥體

    畢耜明

    江蘇徐礦綜合利用發(fā)電有限公司

    某火力發(fā)電公司一期工程為2×300MW循環(huán)流化床發(fā)電機(jī)組,汽輪機(jī)選用上海汽輪機(jī)廠的N330-16.7/538/538型汽輪機(jī),其再熱調(diào)節(jié)閥有兩臺(tái),工作溫度540℃;壓力3.4MPa;現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備名稱分別為#2-1再熱調(diào)節(jié)閥、#2-2再熱調(diào)節(jié)閥,分左右兩側(cè)對(duì)稱布置;再熱調(diào)節(jié)汽閥是再熱蒸汽系統(tǒng)的重要組成部件,該閥門的正常投用直接影響整個(gè)發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行;其中#2機(jī)組于2010年2月正式投入運(yùn)行,2014年3月25日機(jī)組累計(jì)運(yùn)行約29300小時(shí),按照運(yùn)行規(guī)程開(kāi)展了首次A級(jí)檢修工作,檢修周期為2014年3月25日至5月21日。根據(jù)《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》(DL/T 438-2009)標(biāo)準(zhǔn)的要求,需對(duì)再熱調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)行解體檢查,解體前將管座和疏水管對(duì)接焊縫進(jìn)行切割,使兩者分離,便于閥體的解體檢查;解體檢查完畢后,將該對(duì)接焊縫進(jìn)行了焊接恢復(fù),首先對(duì)#2-1再熱調(diào)節(jié)汽閥的管座與疏水管的的對(duì)接焊口進(jìn)行恢復(fù),如圖1。

    圖1 管座與疏水管焊口點(diǎn)焊固定

    管座與疏水管的焊口經(jīng)打磨清理后,進(jìn)行恢復(fù)焊接,采用的焊接方法是鎢極氣體保護(hù)焊,點(diǎn)固焊時(shí)發(fā)現(xiàn)管座與疏水管的對(duì)接焊口出現(xiàn)大量氣孔,無(wú)法施焊,研究后首先懷疑是氬氣不純、焊機(jī)性能不穩(wěn)定或氬弧焊槍的氣體保護(hù)效果差等原因,為驗(yàn)證原因,由同一焊工、同一套焊材工器具在其它母材上進(jìn)行了試驗(yàn),未出現(xiàn)氣孔和其他缺陷,即結(jié)果顯示無(wú)任何異常,排除了上述原因,于是斷定管座存在質(zhì)量問(wèn)題,隨后在該管座的其他位置進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)論在該管座的哪個(gè)位置施焊,均出現(xiàn)大量氣孔,如圖2,證明該管座存在質(zhì)量問(wèn)題,同時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組另外一側(cè)的#2-2再熱調(diào)節(jié)閥門桿漏氣管座也出現(xiàn)同樣的問(wèn)題,隨將兩處管座沿著閥體與管座的角焊縫進(jìn)行了割除,準(zhǔn)備進(jìn)行換管處理。

    圖2 管座表面密集性氣孔

    1 管座焊接氣孔的原因分析

    1.1 元素分析

    經(jīng)查閱圖紙,該管座的材質(zhì)為12Cr2Mo,對(duì)管座進(jìn)行了合金成份元素分析,見(jiàn)表1。

    參照《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管參照》(GB 5310-2008)標(biāo)準(zhǔn),基本符合12Cr2Mo的化學(xué)成份。

    1.2 金相分析

    對(duì)管座進(jìn)行了金相分析,焊縫氣孔較多,如圖3;熱影響區(qū)存在條狀析出物,如圖4。母材制樣磨拋后,用4%硝酸酒精腐蝕發(fā)現(xiàn)管子內(nèi)、外表面各一定深度范圍內(nèi)顏色較深,極易腐蝕,在金相顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn),中間處組織為貝氏體+鐵素體,如圖5、6,球化2級(jí),組織無(wú)異常。內(nèi)外表面組織為貝氏體+鐵素體+碳化物,如圖7,其中鐵素體較少,并存在有較多的碳化物顆粒,與中間處母材組織存在很大差異,分界的地方如圖8、9,其中顏色發(fā)深區(qū)域?yàn)榻砻?,測(cè)試深度為790μm,這可能是管子內(nèi)外表面經(jīng)過(guò)滲碳或者滲氮處理等強(qiáng)化處理。

    表1 管座化學(xué)成份表

    圖3 焊縫氣孔

    圖4 熱影響區(qū)析出物

    1.3 顯微硬度測(cè)試

    用維氏硬度計(jì)對(duì)表面和中間處進(jìn)行維氏硬度測(cè)試,發(fā)現(xiàn)表面硬度較高,平均為318HV0.5,中間處硬度值正常,平均為167HV0.5。

    綜上所述,該管座的材質(zhì)使用正確,沒(méi)有發(fā)生錯(cuò)用材質(zhì)的情況,但是整個(gè)壁厚截面上顯微組織已不均勻,內(nèi)外表面的金相組織成份已發(fā)生變化,且硬度偏高,是造成焊接缺陷的主要原因。

    圖5 中間處金相組織

    圖6 中間處金相組織

    圖7 內(nèi)外表面組織

    圖8 分界處

    圖9 分界處

    2 處理方案的制定

    經(jīng)查閱圖紙,閥體的材質(zhì)成份為ZG15Cr2Mo1,閥體直徑約Ф1140mm,厚度224mm;管座的材質(zhì)為12Cr2Mo,規(guī)格Ф42×4mm;疏水管的材質(zhì)為12Cr1MoV,規(guī)格Ф42×4mm。

    2.1 管座材質(zhì)的選擇

    由于閥體材質(zhì)為ZG15Cr2Mo1,疏水管材質(zhì)為12Cr1MoV,兩者并不一樣,而閥門制造廠之所以將管座的材質(zhì)選為12Cr2Mo,主要是基于兩種考慮:

    (1)保證重要焊口(角焊縫)的質(zhì)量:所以將閥體和管座的材質(zhì)保持基本一致。

    (2)便于熱處理工作:由于閥體的厚度和直徑較大,根據(jù)《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》(DL/T 819-2010)規(guī)定,管座角焊縫必須進(jìn)行熱處理,查看閥門出廠資料,也顯示閥座經(jīng)過(guò)了高溫回火處理,因此二者保持一致便于熱處理恒溫溫度的設(shè)定,便于整體熱處理。

    但是目前的處理,熱處理工藝明顯受現(xiàn)場(chǎng)條件限制,既不能像廠家那樣利用加熱爐開(kāi)展整體熱處理工藝,又由于閥體為異型件,也不便于柔性陶瓷電阻加熱器等熱處理設(shè)備的敷設(shè),因此必須選擇一種免做熱處理的焊接工藝,以滿足現(xiàn)場(chǎng)熱處理受限條件的限制,同時(shí)兼顧疏水管的材質(zhì),避免異種鋼的焊接。

    經(jīng)研究決定,閥體和管座的焊接材料宜選用鎳基焊材,可以免做熱處理工藝;管座的材質(zhì)應(yīng)放棄選用原材質(zhì)12Cr2Mo,而應(yīng)選擇與疏水管同材質(zhì)的高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管,即選用材質(zhì)12Cr1MoV、規(guī)格Ф42×4mm的鋼材,這樣可以避免管座與接管異種鋼的焊接問(wèn)題,簡(jiǎn)化焊接工藝,保證焊接質(zhì)量,且12Cr1MoV的材質(zhì)適應(yīng)于壁溫≤555℃的集箱和蒸汽管道,完全符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的要求。

    2.2 管座與疏水管之間對(duì)接焊縫的焊接方案

    兩者為同材質(zhì)、同規(guī)格的管材,根據(jù)《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》(DL/T 869-2012)的要求,焊接方式采用鎢極氣體保護(hù)焊,焊材選用TIG-R31焊絲,焊前預(yù)熱、焊后緩冷,不必做熱處理。

    2.3 管座與閥體之間角焊縫的焊接方案

    根據(jù)前文所述,閥體的材質(zhì)成份為ZG15Cr2Mo1,閥體直徑約Ф1140mm,厚度224mm;管座的材質(zhì)選用12Cr1MoV, 規(guī)格Ф42×4mm。由于熱處理工藝不便于在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展,所以宜選用鎳基焊材施焊,具體方案如下:

    (1)焊接方法:管座與閥體的角焊縫采用手工電弧焊焊接。

    (2)焊接材料及要求:角焊縫選用AWS A5.11 ERNiCrMo-3焊條,規(guī)格Ф3.2mm。

    (3)焊工資質(zhì)要求:焊工應(yīng)按照《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》(TSG Z6002-2010)考核合格,并持有有效資格證書(shū)。

    (4)焊前處理要求:焊前將原焊縫打磨干凈,將焊接區(qū)域鄰近10~15mm范圍內(nèi)的油銹污清理干凈,露出金屬光澤,表面經(jīng)著色探傷無(wú)缺陷后進(jìn)行下一步工作。

    (5)焊接坡口:管座采用單“V”型坡口與閥體對(duì)接,單邊坡口角度為50~60°,對(duì)口間隙2~3mm。

    (6)焊接規(guī)范:焊前對(duì)閥體和管座采用火焰加熱方法預(yù)熱,預(yù)熱溫度150~250℃,焊接電流70~120A,焊接電壓22~28V,采用小規(guī)范,快速施焊,層間溫度控制在250℃以下。

    2.4 焊后檢驗(yàn)

    焊后對(duì)焊縫表面清理之后,進(jìn)行了表面著色探傷,未見(jiàn)缺陷。2015年3月,機(jī)組運(yùn)行約12個(gè)月后,利用停機(jī)檢修的時(shí)機(jī),拆除該處保溫層后,再次對(duì)角焊縫進(jìn)行了外觀檢驗(yàn)、表面著色探傷,未見(jiàn)明顯缺陷。

    3 結(jié)論

    本次處理的特點(diǎn)是結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際特點(diǎn),對(duì)管座的原設(shè)計(jì)材質(zhì)進(jìn)行了變更,選擇了適當(dāng)?shù)拿獬裏崽幚淼暮附庸に嚕葷M足了現(xiàn)場(chǎng)施工的要求,又滿足了運(yùn)行工況參數(shù)的要求,保證了機(jī)組的正常運(yùn)行。

    [1]中華人民共和國(guó)國(guó)家能源局.DL/T 438-2009 火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,2009

    [2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB 5310-2008 高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008

    [3]中華人民共和國(guó)國(guó)家能源局.DL/T 869-2012 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,2012

    [4]中華人民共和國(guó)國(guó)家能源局.DL/T 819-2010 火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,2011

    [5]中華人民共和國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).DL/T 715-2015 火力發(fā)電廠金屬材料選用導(dǎo)則[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015

    [6]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 13814-2008 鎳及鎳合金焊條[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008

    [7]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.TSGZ 6002-2010 特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則[S].北京:新華出版社,2010

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