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    塔式鍋爐水冷壁熱處理防變形方案探究

    2019-08-30 00:59:08李春雷
    關(guān)鍵詞:水冷壁加熱器剛性

    李春雷

    中國電建集團(tuán)核電工程有限公司 山東 濟(jì)南 250102

    引言:水冷壁作為鍋爐的主要受熱部分,它主要由上部垂直管圈和下部螺旋管圈組成。垂直管圈分為上部和下部,鍋爐廠將數(shù)排鋼管焊接而組成膜式壁,管子內(nèi)部流動著水及高溫蒸汽,分布在爐膛的四周,設(shè)計壓力為35.57MPa,設(shè)計溫度475℃。水冷壁的鋼材主要為12Cr1MoVG,垂直管圈的上部管子直徑為44.5mm,壁厚為9mm,節(jié)距120mm;下部管子的直徑為38.5mm,壁厚為8.5mm,節(jié)距60mm。上下部之間采用Y型三通實(shí)現(xiàn)中間過渡。管屏分片運(yùn)輸?shù)诌_(dá)施工地點(diǎn),并通過吊裝與焊接將每片水冷壁進(jìn)行高空拼接。在垂直管圈水冷壁焊后熱處理過程中,焊口處出現(xiàn)了彎折變形。

    對已進(jìn)行熱處理的右水垂直段共7片管屏進(jìn)行了采樣測量:

    表1 :水冷壁管屏彎折采樣測量結(jié)果

    通過《火力發(fā)電廠焊接焊接技術(shù)規(guī)程》DL/T 869-2012可知,在水冷壁焊縫200mm范圍內(nèi)的最大變形量≤2mm,通過數(shù)據(jù)測算:水冷壁焊縫合格率僅為64%。

    該變形屬于一種幾何缺陷,造成了焊接結(jié)構(gòu)的不對稱性,在工作載荷下,彎折管子會產(chǎn)生“自趨直效應(yīng)”,引起焊縫部位附加彎矩應(yīng)力,給鍋爐的長期運(yùn)行造成隱患。

    1 原因分析

    施工現(xiàn)場,因?yàn)樗浔谟?塊管屏拼焊而成,整體管排尺寸較寬,采用的熱處理方式為單片局部高溫回火。由于熱處理加熱區(qū)溫度較高(735℃),加熱時管屏受熱膨脹,冷卻時管屏收縮,因相鄰管屏為冷態(tài),從而造成加熱區(qū)熱脹冷縮受阻,產(chǎn)生局部變形。

    2 處理方法

    a) 加熱器連接采用鐵絲穿過中間絕緣塊及焊口間的間隙,橫向緊固;加熱方法為:加熱區(qū)735℃,輔熱區(qū)500℃的階梯加溫方法,借助輔助區(qū)的溫度,達(dá)到同加熱區(qū)共同膨脹收縮的作用,以抵消應(yīng)力。加熱順序?yàn)橛蓛?nèi)向外,即從中間向水冷壁兩端部進(jìn)行熱處理,以保證應(yīng)力向自由端延伸;保溫棉采用X型交叉綁扎。

    圖1 :階梯加熱示意圖

    b) 對于輔助加熱,其加熱溫度一定不大于正式加熱溫度,根據(jù)《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》DL/T869-2012標(biāo)準(zhǔn)可知:12Cr1MoVG的熱處理恒溫溫度為720℃-750℃,我們設(shè)定735℃作為恒溫溫度;水冷壁熱處理后上下任意方向的200mm處,其變形量≤2mm。所以,根據(jù)熱膨脹計算公式:

    所以,溫度的可選擇區(qū)間為720℃-95℃

    因其組織主要為珠光體,在580℃以上長時間加熱會引起珠光體球化,使材料的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性、蠕變極限和持久極限下降,因此,輔助加熱溫度不宜超過580℃。

    c) 加熱器中間的橫向鐵絲緊固,可以使加熱器緊貼水冷壁,使溫度的傳導(dǎo)均勻,同時起到了防止加熱器因重力下墜的作用;保溫棉的X型交叉綁架,能夠有效增加保溫棉的綁扎面積,減少熱處理過程中熱量的不必要流失,提高熱處理效果。同時起到了對加熱器進(jìn)行二次緊固的作用。

    圖2 :加熱器固定方式

    圖3 :保溫棉綁扎方式

    采用此方案施工后,對水冷壁管屏進(jìn)行采樣對比調(diào)查,距離焊縫200mm處,用鋼板尺對水冷壁的變形量進(jìn)行了采樣測量,變形量控制良好。

    表2 :測量結(jié)果

    3 其它變形因素及預(yù)防措施分析

    a) 因造成管屏熱處理變形的因素復(fù)雜,單一的防變形方案存在一定的局限性。因此,施工前,應(yīng)會同焊接、熱處理、安裝、起重吊裝等各專業(yè)綜合考慮造成管屏熱處理變形的各種外在因素。如:安裝順序、起重吊點(diǎn)選擇、剛性梁掛點(diǎn)、倒鏈的布置等因受力不均勻產(chǎn)生的熱處理變形。如下圖:因水冷壁外部剛性梁安裝較多,在剛性梁的重力作用下,中間焊口區(qū)域受到側(cè)向彎矩應(yīng)力,當(dāng)焊口區(qū)加熱到一定溫度后,受彎矩力影響發(fā)生塑性變形,形成彎折超標(biāo)缺陷。

    圖4 :水冷壁剛性梁安裝造成的熱處理變形受力圖

    b) 地面組合的管屏,單片熱處理結(jié)束后,再進(jìn)行整體拼裝,以規(guī)避整體拼裝后局部加熱造成的應(yīng)力束縛。

    c) 高空拼裝完成的管屏進(jìn)行熱處理施工時,管屏間拼縫位置,橫向布置倒鏈若干,已起到牽引管屏,防止因受熱膨脹產(chǎn)生波浪變形。

    d) 熱處理施工過程中,溫度到底500℃,現(xiàn)場人員緊密觀察管屏變化,發(fā)現(xiàn)變形及時進(jìn)行調(diào)整。觀察時可尋找參照物,如:管屏密封抽縫、管屏剛性梁支撐等,借助相互間的位移變化,觀察是否變形。

    e) 若施工工期允許,或?qū)κ┕すば蜻M(jìn)行優(yōu)化,建議先對焊口進(jìn)行后熱,等待剛性梁安裝完成后再進(jìn)行焊后熱處理。

    4 結(jié)束語

    焊后熱處理質(zhì)量的優(yōu)劣,直接影響焊縫的使用性能,關(guān)乎機(jī)組長期穩(wěn)定運(yùn)行,本文通過對塔式鍋爐膜

    式水冷壁熱處理過程中產(chǎn)生變形的因素進(jìn)行分析,總結(jié)了多項(xiàng)防變形措施,為后續(xù)的水冷壁熱處理施工提供了借鑒和參考。

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