超超臨界機組安裝焊接工藝技術和鍋爐安裝過程中存在的問題及對策

黎躍平

（四川電力建設二公司四川成都610051）

超超臨界機組安裝焊接工藝技術和鍋爐安裝過程中存在的問題及對策

黎躍平

（四川電力建設二公司四川成都610051）

隨著焊接技術及耐高溫高壓金屬材料水平的提升，促使超臨界機組的技術升級為超超臨界機組，國際上通常把主蒸汽壓力在24.1～31MPa、主蒸汽/再熱蒸汽溫度為580～600℃/580～610℃機組定義為高效超臨界機組，即通常所說的超超臨界（USC）機組。由于超超臨界機組的特殊運行環(huán)境，在安裝時需要采用適應耐高溫高壓金屬材料的焊接工藝技術。受超超臨界鍋爐技術高難度的限制，在實際安裝過程中，也容易發(fā)現(xiàn)了一些問題，針對超超臨界機組的整體安裝運行，本文分別闡述了超超臨界機組安裝采取的焊接工藝技術和鍋爐安裝過程中存在的問題及對策。

超超臨界；焊接；工藝技術；鍋爐；安裝；問題；對策

引言

超超臨界機組鍋爐的熱效率高，發(fā)電應用的煤耗低，具有明顯的節(jié)能效果。但是，超超臨界機組鍋爐受溫度高、壓力高、膨脹量大等特點，在鍋爐安裝運行后，設備容易發(fā)生一些問題。正確認知超超臨界鍋爐的基本特性，采用特殊的焊接工藝技術，掌握好安裝調(diào)試的技術，是火電廠安全運行的重要保障。

1 超超臨界機組安裝特殊焊接工藝技術

這里針對高效超臨界直接空冷純凝式發(fā)電機組，闡述超超臨界機組安裝采取的特殊焊接工藝技術，現(xiàn)針對應用于超超臨界機組T92、P92鋼材焊接工藝技術進行重點闡述：

1.1 焊前練習及上崗考核

現(xiàn)場施焊P92/T92鋼之前，具有P92/T92鋼焊接資質(zhì)的焊工針對現(xiàn)場實際進行焊前模擬練習。練習重點為在模擬現(xiàn)場焊接環(huán)境下的施焊手法和焊接參數(shù)，讓其樹立起“電流適當、小擺幅、薄焊層、窄道焊”的意識。

焊工必須接受上崗考核驗證，考試合格并經(jīng)監(jiān)理、業(yè)主確認后方可從事相應工作。

1.2 坡口檢驗

P92/T92等細晶馬氏體鋼材質(zhì)的主蒸汽管道、再熱蒸汽管道、高壓導汽、中壓導汽、高低旁路出口（閥前）和相關的支管（二次閥前）：安裝焊口對口前坡口管端做100%MT或PT檢驗。發(fā)現(xiàn)不允許存在的缺陷經(jīng)機械挖除后進行補焊，補焊后再次進行表面探傷，合格后方可對口施工。

1.3 焊接技術要點

①根據(jù)公司P92/T92相關焊接工藝評定書編制現(xiàn)場焊接工藝作業(yè)指導書。焊工嚴格執(zhí)行作業(yè)指導書之焊接工藝參數(shù)。②焊前充氬進行根部保護，驗證充氬保護滿足焊接要求后方可焊接。③氬弧焊打底預熱溫度150～200℃，層間溫度200～250℃。手工電弧焊的焊前預熱溫度200～250℃，層間溫度200～300℃。溫度升到預熱溫度后至少保溫30min方可開始焊接。④焊縫焊完后，冷卻到80～100℃根據(jù)壁厚不同保溫1～3h，待馬氏體轉(zhuǎn)變充分完成后，進行焊后熱處理。⑤熱處理升降溫速度：P92壁厚≥55mm升降溫速度控制為80℃/h，壁厚＜55mm升降溫速度控制為90℃/h。P92熱處理溫度為：750～770℃。按壁厚不同恒溫6h及以上，嚴格執(zhí)行焊接工藝評定及相關規(guī)范之要求。⑥P92管道焊接采用“小規(guī)范、窄道焊”，水平固定位置蓋面層的焊縫至少焊四道，中間應有“退火焊道”。⑦P92焊接時每層焊道厚度不超過焊條直徑，焊條擺動寬度不超過焊條直徑的4倍。對于φ2.5mm的焊條，厚度在2mm左右，寬度為10mm左右；對于φ3.2mm的焊條，厚度在2.5～2.8mm左右，寬度為12mm左右?，F(xiàn)場不得使用φ4.0mm規(guī)格的焊條，嚴格控制焊接線能量小于20kJ/cm。⑧對于P92焊接，每層焊接完畢后，用砂輪將焊縫表面打磨露出金屬光澤，再進行下一層道的焊接。⑨考慮到P92鋼材安裝焊接時施焊環(huán)境溫度不低于5℃之要求，冬期施工時可采用將管子或管道焊縫區(qū)域整體封閉的方法，在封閉區(qū)域內(nèi)設置熱源均勻加熱，在封閉區(qū)內(nèi)至少安裝兩個溫度計。棚內(nèi)環(huán)境溫度提高到5℃后方可開始施焊。

2 超超臨界鍋爐安裝過程中存在的問題及對策

2.1 超超臨界鍋爐安裝過程容易發(fā)生的問題

2.1.1 鍋爐與管道的外部表面超溫

超超臨界鍋爐折焰角水冷壁區(qū)域是最容易發(fā)生鍋爐本體溫度偏高的地方，由于鍋爐的折焰角在安裝過程中，焊接點存在焊縫強度不夠和拼縫有漏焊的現(xiàn)象，致使焊縫不嚴密。鍋爐在運行過程中受冷熱變化，產(chǎn)生拉裂現(xiàn)象而使鍋爐漏煙，造成保溫外表溫度超高。另有蒸汽管道外護板不符合規(guī)范要求，在熱態(tài)下保溫外護板因太短而脫開，鍋爐因保溫材料受損而使隔熱效果降低，致使鍋爐蒸汽管道發(fā)生超溫。

2.1.2 鍋爐結(jié)構(gòu)受熱之后的相互碰撞

超超臨界鍋爐的總體構(gòu)造較為復雜，多個設備集中安裝造成空隙較小。在安裝過程中，如果鍋爐受熱之后的膨脹現(xiàn)象沒有充分考慮到，就容易給鍋爐安裝帶來一系列問題，例如鍋爐受熱面與燃燒器之間的空隙，護板與保溫之間的膨脹相撞，熱工儀表管相互間的膨脹相撞等。鍋爐結(jié)構(gòu)之間的膨脹相碰而會使結(jié)構(gòu)位置發(fā)生變化，使鍋爐在運行時存在結(jié)構(gòu)上隱患。若對鍋爐管道沒有充分了解膨脹的程度，就容易使鍋爐發(fā)生運行危險。

2.1.3 鍋爐吊架偏斜超標，影響受力效果

管道安裝過程沒有遵循設計規(guī)章是管道偏斜的主要原因，吊架根部位置不對，因管道的尺寸與圖紙設計不符，造成后續(xù)連接的管道位置偏差，四大管道導向裝置安裝時沒有考慮膨脹過程中的走向，管道受力不均勻造成吊架傾斜。彈性吊架初期冷卻要進行受力調(diào)整，是因為有的彈性吊架能夠承受的最大值是一定的，若沒有進行受力調(diào)整，機組啟動后，熱態(tài)鍋爐管道吊架與管道裝置沒有實現(xiàn)整體平衡，就容易造成鍋爐吊架的整體傾斜。

2.1.4 因鍋爐內(nèi)部清潔度控制不到位導致爆管

在鍋爐的制造安裝過程中，有可能掉入和不可避免地會產(chǎn)生垃圾，如果機組運行前內(nèi)部未清理徹底，極易導致管排堵塞通流面積減小，而超超臨界鍋爐受熱面管排設有節(jié)流圈而使管排孔徑急劇減小，這些都極易使管排堵塞，造成局部過熱而使鍋爐爆管事故發(fā)生。

2.1.5 鍋爐運行過程中的漏粉現(xiàn)象

鍋爐運行過程中出現(xiàn)漏粉現(xiàn)象有三方面的原因：①鍋爐燃燒器與送粉管道連接設計計算距離時，沒有掌握好延伸性的設計，造成連接點受熱膨脹產(chǎn)生縫隙；②鍋爐燃燒器與送粉管道采用的密封材料不符合要求，沒有達到耐高溫的標準；③管道膨脹節(jié)安裝不正確，沒有起到膨脹吸收的作用。

2.2 解決超超臨界鍋爐安裝問題的對策

2.2.1 運用新興材料，精確設計焊接技術工藝，防止管道和鍋爐的外部超溫

要防止管道和鍋爐的外部超溫，在安裝過程中可采取兩方面措施：①運用一些新興材料，采用了大量的先進技術。②有效利用焊接技術，對鍋爐的折焰角水冷壁底部和水冷壁中間進行無縫焊接，針對不同的受力點，采取不同強度的焊接工作。對拼接的地方，要反復檢查驗收，使鍋爐的管道連接處能夠嚴密緊實。

2.2.2 正確認知鍋爐設備，掌握鍋爐與管道的膨脹數(shù)值

鍋爐安裝過程中施工人員要充分了解鍋爐的膨脹量和膨脹方向，在鍋爐啟動后，檢查鍋爐和管道的膨脹方向和數(shù)量，與設計值差異多少，適時調(diào)試設備。鍋爐與管道之間的連接點，是膨脹容易造成事故的地方，需要記錄和分析每次試驗后的結(jié)果，根據(jù)結(jié)果查看容易出現(xiàn)問題的原因，針對性的進行技術改進。

2.2.3 實施安裝技術，強化管道吊架的受力均勻

超超臨界鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，每一個部分都有大量的零件作為支撐，為了更好的進行尺寸核對，要對使用的材料有明確的了解，例如材料對環(huán)境的適應程度，材料的主要性能，材料在冷熱變化時的狀態(tài)等等。同時，為防止初始與受熱狀態(tài)后的明顯差異對結(jié)構(gòu)的影響，仔細檢查鍋爐再熱器進出口集箱和過熱器集箱或者省煤器集箱安裝的位置。在適當環(huán)境下對管道和吊架的平衡進行啟動和調(diào)試，保證彈性受力均勻，以防鍋爐與管道之間的結(jié)構(gòu)變化受到影響。

2.2.4 做好超超臨界鍋爐的內(nèi)部清潔度管理

受熱面設備到現(xiàn)場后，對口組合安裝焊接前，要進行通球及集箱內(nèi)窺檢查、清理，確認內(nèi)部干凈后，對暫不組合安裝的管口，要進行嚴格密封，為防止掉落的焊渣等異物掉落，對管口向上的受熱面和集箱要加強封堵。調(diào)試階段采用穩(wěn)壓吹管方法，并在酸洗和吹管后，針對節(jié)流孔區(qū)域進行拍片檢查，對各集箱內(nèi)部割手孔進行清潔度檢查。

2.2.5 緊密銜接鍋爐與管道的接口

防止超超臨界鍋爐連接部位和連接設備的銜接矛盾，確保內(nèi)部結(jié)構(gòu)各個系統(tǒng)之間的緊密連接，是安裝過程中需要注意的重點內(nèi)容。例如鍋爐爐頂與水冷壁之間容易出現(xiàn)拼縫銜接錯誤，或者燃燒器與送粉管道之間最容易出現(xiàn)漏粉現(xiàn)象。應用高水平的焊接技術，所有焊接點必須要求堅實和平整，必要的地方實施雙面焊接，特別對爐內(nèi)或者爐外嚴查拼縫質(zhì)量，對超超臨界鍋爐的所有拼縫和連接地點進行整體復查。

3 結(jié)束語

超超臨界鍋爐安裝需要從鍋爐出廠的安全技術規(guī)范要求入手，通過對設計文件、安全使用說明和產(chǎn)品質(zhì)量合格證明，以及監(jiān)督檢驗證明的驗證，明確鍋爐從安裝、維修到改造的一些過程。鍋爐安裝過程中，要根據(jù)采用的新型材料，采用特殊的焊接工藝，要注意安裝監(jiān)檢和水壓試驗，做好質(zhì)量技術的監(jiān)督備案，對于特種設備要進行具體的檢驗，設置專人負責，超超臨界鍋爐設備的復雜性和技術的更新速度，在安裝過程中需要進行充分的試驗。明確容易出現(xiàn)問題的部位，并針對具體的部分進行適當?shù)男拚?/p>

[1]張富勝，王強，錢英豪.超超臨界鍋爐安全焊接質(zhì)量的監(jiān)督檢驗[J].焊接技術，2012.

[2]張耀慶.超超臨界鍋爐安裝易發(fā)問題分析與對策[J].價值工程，2014.

TK229.2

A

1004-7344（2016）28-0246-02

2016-9-12

黎躍平（1963-），男，工程師，本科，主要從事火電廠施工技術管理工作。