燃煤鍋爐鋼球磨煤機(jī)筒體端蓋開裂處理方法的應(yīng)用研究

陳鎮(zhèn)華

摘要：針對(duì)燃煤鍋爐鋼球磨煤機(jī)筒體端蓋開裂問題，進(jìn)行修復(fù)處理，保證筒體端蓋的強(qiáng)度和長(zhǎng)周期使用，保證端蓋軸頸的同心度和軸向尺寸，修復(fù)后軸頸與軸瓦配合良好，保證設(shè)備運(yùn)行期間軸瓦油潤(rùn)滑正常、軸瓦溫度和振動(dòng)正常。

關(guān)鍵詞：端蓋開裂?修復(fù)強(qiáng)度?恢復(fù)尺寸?長(zhǎng)周期運(yùn)行

引言

燃煤鍋爐鋼球磨煤機(jī)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)棒銷聯(lián)軸器圓柱齒輪減速機(jī)及開式大齒輪減速轉(zhuǎn)動(dòng)而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)部旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)部筒體內(nèi)裝有研磨介質(zhì)—鋼球，當(dāng)筒體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鋼球在離心力和摩擦力的作用下被轉(zhuǎn)動(dòng)的筒體提升到一定高度后，由其本身自重力的作用而跌落，使筒體內(nèi)的煤在下落鋼球的沖擊和研磨作用下形成煤粉。轉(zhuǎn)動(dòng)部由筒體和端蓋組成，端蓋和水平軸頸為整體鑄造成型，夾角接近90°，承受著筒體和60噸鋼球的重量，并且在軸瓦的支撐內(nèi)旋轉(zhuǎn)，雖然端蓋的厚度120mm，但多年運(yùn)行后在夾角處容易出現(xiàn)開裂，導(dǎo)致磨煤機(jī)長(zhǎng)時(shí)間故障停運(yùn)，減少制粉量，直接影響燃煤鍋爐效率。通過特定的方法進(jìn)行修復(fù)，可以較快且長(zhǎng)周期恢復(fù)鋼球磨煤機(jī)正常運(yùn)行，減少損失。

一、案例概況

某燃煤發(fā)電廠#3機(jī)為330MW機(jī)組，制粉系統(tǒng)鋼球磨煤機(jī)為沈陽重型機(jī)器廠（北方重工）生產(chǎn)的MTZ3570型鋼球磨，筒體有效內(nèi)徑：3500mm，筒體有效長(zhǎng)度：6980mm，筒體轉(zhuǎn)速：17.57r/min。

由于#3爐B磨煤機(jī)出口端蓋在運(yùn)行中有漏粉現(xiàn)象，2021年8月26日，#3爐停爐后隨即派人處理;在處理過程中發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)出口端襯板脫落2塊，并有油從軸頸處滲漏到端蓋處，從內(nèi)外部進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)出口空心軸在端蓋根部出現(xiàn)較長(zhǎng)的穿透性裂紋。立即將#3爐B磨煤機(jī)轉(zhuǎn)大修后，檢修人員現(xiàn)場(chǎng)拆除出口料斗后清洗測(cè)量，發(fā)現(xiàn)出口端蓋根部空心軸環(huán)形裂紋明顯，現(xiàn)場(chǎng)裂紋長(zhǎng)度約5.39米，且裂紋已裂透、兩側(cè)錯(cuò)位，已經(jīng)無法繼續(xù)運(yùn)行，否則裂紋將繼續(xù)發(fā)展，會(huì)造成筒體脫落，嚴(yán)重威脅磨煤機(jī)的安全運(yùn)行。

二、原因分析

1）設(shè)計(jì)缺陷：根據(jù)廠家的介紹了解，該廠生產(chǎn)的350型系列磨煤機(jī)在端蓋軸頸根部設(shè)計(jì)的三圓弧過度，如下圖：

采用三圓弧的設(shè)計(jì)一方面降低了該處的強(qiáng)度，而且在R80處有一個(gè)應(yīng)力集中點(diǎn)，同時(shí)整個(gè)圓弧的表面光潔度不高，由它而造成局部應(yīng)力集中，在長(zhǎng)期高強(qiáng)度的負(fù)荷沖擊下，產(chǎn)生裂紋;2）鑄造缺陷：該廠原鑄造為平爐、水玻璃砂鑄造，這樣對(duì)原材料的配比要求極高，所以在鑄造過程中極易產(chǎn)生鑄造缺陷;3）我們?cè)俜治龆松w空心軸所承受的力，磨煤機(jī)筒體（含襯板）的重量、端蓋（含襯板及螺旋管）的重量、大齒輪的重量、磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)筒體內(nèi)鋼球和煤對(duì)它的沖擊力等等，均會(huì)產(chǎn)生疲勞應(yīng)力;而#3爐的磨煤機(jī)于1997年投產(chǎn)運(yùn)行至今，已經(jīng)24年。

三、處理工藝

3.1?焊接材料選擇

燃煤鍋爐鋼球磨煤機(jī)端蓋材質(zhì)為ZG35，ZG35為中碳鑄鋼，具有設(shè)計(jì)靈活，尤其是復(fù)雜的形狀和空心部分可以快速制作;冶金制造的各種強(qiáng)度可以選擇不同的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)來滿足。此次燃煤鍋爐鋼球磨煤機(jī)端蓋裂紋采用A407（E310）、￠3.2和￠4.0焊條焊接，A407焊條是堿性藥皮的Cr26Ni21純奧氏體不銹鋼焊條，用于同類型的耐熱不銹鋼以及異種鋼的焊接。

3.2處理工藝

1）發(fā)現(xiàn)燃煤鍋爐鋼球磨煤機(jī)端蓋裂紋后，斷開磨煤機(jī)電機(jī)電源，拆除鋼球磨煤機(jī)進(jìn)出口料斗，在進(jìn)出口管道法蘭處加裝堵板（可以保證機(jī)組的其他制粉系統(tǒng)正常運(yùn)行）;2）鋼球磨煤機(jī)端蓋裂紋未進(jìn)行有效固定前，不可轉(zhuǎn)動(dòng)磨筒。以人工方式將磨筒內(nèi)鋼球清理干凈;3）將鋼球磨煤機(jī)有裂紋側(cè)的端蓋襯板拆除，清理裂紋，確定裂紋長(zhǎng)度;4）在裂紋變形最大處焊接鐵板，制作壓架裝置，使用32噸千斤頂，盡量使開裂處的變形回復(fù)。5）將工作地點(diǎn)轉(zhuǎn)移到磨筒外部，拆除軸瓦的上蓋，露出軸頸的軸向端面，準(zhǔn)備測(cè)量開裂造成的軸向變形量;6）將磨煤機(jī)端蓋筒體分成16個(gè)區(qū)域，便于校正端蓋開裂變形量、校正焊接變形量、校正和檢查軸頸的同心度。7）用2個(gè)精度0.01mm、量程20mm的磁性百分表，在兩側(cè)軸頸的軸向端面測(cè)量軸向尺寸。8）首先在裂紋壓板壓緊固定后，利用盤車裝置轉(zhuǎn)動(dòng)磨筒（在軸頸轉(zhuǎn)入軸瓦側(cè)接臨時(shí)油管，轉(zhuǎn)動(dòng)磨筒時(shí)連續(xù)注入潤(rùn)滑油），測(cè)得16個(gè)區(qū)的相對(duì)變形量，該記錄以變形量最小區(qū)域作為原始尺寸，此次16個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)，將用來核對(duì)焊接工序中的變形量;9）在裂紋兩端鉆φ12mm的止裂孔，由于焊接會(huì)產(chǎn)生拉力發(fā)生軸向變形;每一次焊接時(shí)需要進(jìn)行加熱，必須連續(xù)焊接保證焊接質(zhì)量。鑒于以上原因，每一次焊接長(zhǎng)度500mm比較合適;10）選擇變形量最大的區(qū)域作為第一次焊接的地點(diǎn)，取該地點(diǎn)長(zhǎng)度500mm使用電刨刨制焊接坡口，坡口寬度60mm、深度60mm;11）焊接坡口合格后，使用氧割進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到600℃時(shí)開始焊接作業(yè)，焊接工作連續(xù)進(jìn)行直到該條焊縫全部完成，拆除裂紋壓緊裝置;12）待焊縫冷卻至常溫，轉(zhuǎn)動(dòng)磨筒測(cè)量圓周16個(gè)區(qū)域的相對(duì)軸向變形量，和上一次的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)比對(duì)結(jié)果和焊接變形量，再次確定一個(gè)合適的區(qū)域作為焊接地點(diǎn)，和第一次焊接使用相同的焊接方法;

13）同上，每完成一道焊縫進(jìn)行相對(duì)軸向變形量的測(cè)量和選擇焊接點(diǎn)，一直到磨煤機(jī)端蓋外部的裂紋全部焊接完成;14）當(dāng)磨煤機(jī)端蓋外部的裂紋全部焊接完成后，再使用相同的焊接方法，結(jié)合焊接造成軸頸相對(duì)軸向變形量的測(cè)量，選擇合適的焊接位置，可以每段500mm或更大長(zhǎng)度進(jìn)行逐段焊接，在控制軸頸相對(duì)軸向變形量的前提下，完成全部磨煤機(jī)端蓋內(nèi)部的裂紋;15）全部焊接工作完成，焊縫冷卻后，軸頸相對(duì)軸向變形量的最大值和最小值的差值要求小于0.5mm，如果差值超過0.5mm，在數(shù)值最大的區(qū)域、磨煤機(jī)端蓋外部的焊縫處，根據(jù)數(shù)值的大小，選擇合適的長(zhǎng)度，重新刨出坡口，進(jìn)行焊接，降低軸頸軸向差值，直到小于0.5mm，工序至此，焊縫焊接完成，進(jìn)行著色檢查焊縫質(zhì)量，保證沒有裂紋;16）磨煤機(jī)端蓋外部的整圈焊縫進(jìn)行筋板的加固，使用厚度50mm鋼板制作8個(gè)筋板，等分焊接在磨煤機(jī)端蓋外部的焊縫處。17）回裝磨煤機(jī)，進(jìn)行試轉(zhuǎn)工作，磨煤機(jī)的主軸承溫度不大于50℃（回油溫度不超過40℃），機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，沒有急劇的震動(dòng)，主電機(jī)電流沒有異常波動(dòng)。如有問題需檢查軸瓦接觸情況，修理軸瓦工況正常，恢復(fù)軸瓦溫度測(cè)點(diǎn)，完畢后拆除慢轉(zhuǎn)裝置和恢復(fù)瓦蓋，全部檢修工作結(jié)束，磨煤機(jī)投入正常備用。

3.3焊接質(zhì)量屬于施工關(guān)鍵點(diǎn)，注意以下問題：

1）、在裂紋兩端鉆φ12mm的止裂孔，坡口初始形狀采用碳弧氣刨工藝制作，最終坡口應(yīng)由砂輪機(jī)打磨形成，表面不能留有碳弧氣刨的滲碳層，坡口形狀為X形，坡口角度為45°，根部間隙為2～3mm，鈍邊長(zhǎng)2～3mm，坡口應(yīng)打至裂紋終止位置，坡口制作完畢使用壓縮空氣或人力清除裂紋內(nèi)雜物，清除端蓋裂紋附近附著的煤粉油污等，坡口應(yīng)打磨出金屬光澤，坡口兩側(cè)打磨并清理干凈;2）、嚴(yán)禁在磨煤機(jī)端蓋焊縫以外動(dòng)用電火焊、引弧、試驗(yàn)電流，焊條必須按照使用說明書的要求進(jìn)行烘焙，用焊條保溫筒攜帶至施工現(xiàn)場(chǎng)，隨取隨用，施焊前，應(yīng)全面檢查坡口制作是否合格，確認(rèn)合格后，方可進(jìn)行焊接操作;3）、第一道打底焊接，使用小電流80～100A、φ3.2mm焊條慢速焊填滿整個(gè)根部，保證坡口根部焊透，焊接X型坡口一半工作量時(shí)，方可改用φ4.0mm焊條;4）、每焊完一層后，應(yīng)用氣動(dòng)斬子錘擊焊接處20～30下，一方面消除焊接殘余應(yīng)力，另一方面清除藥皮，敲擊至焊接處無焊接波紋為止;

5）、焊接位置般采用立焊位置，焊條不允許做垂直于焊縫的橫向擺動(dòng)，減少焊縫熱輸入，降低焊縫應(yīng)力;6）、每次焊接長(zhǎng)度不大于100mm，每次焊接最多焊3層或4層;7）、接地線應(yīng)直接接在端蓋體上;8）、焊接工作必須連續(xù)，中間停焊時(shí)間不得超過1小時(shí);9）、焊接過程中，如發(fā)現(xiàn)裂紋，用電弧氣刨去除裂紋部分，再進(jìn)行焊接，工藝參照前面各條;10）、裂紋處理完畢后進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)，檢查是否焊透及其它焊接缺陷;11）、整個(gè)裂紋處理過程中應(yīng)全程實(shí)時(shí)進(jìn)行焊接變形量檢查和記錄，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整焊接順序;12）、每次焊接完成后，將外側(cè)焊縫用石棉保溫蓋起，自然冷卻;13）、焊接完成后應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行無損檢測(cè)，保證其焊接質(zhì)量。

四、結(jié)論

近年來，燃煤機(jī)組鋼球磨煤機(jī)端蓋發(fā)生多起開裂事故，由于成品采購周期長(zhǎng)，直接影響機(jī)組發(fā)電，針對(duì)磨煤機(jī)端蓋材料特性和磨煤機(jī)運(yùn)行工況的要求，經(jīng)過鍋爐及金屬專業(yè)研討，該施工方案符合鑄鋼件焊接工藝。，同時(shí)滿足1）尺寸恢復(fù)：通過焊接和及時(shí)的測(cè)量調(diào)整，保證了磨煤機(jī)筒體軸頸的軸向、徑向、同心度尺寸符合要求;2）強(qiáng)度恢復(fù)：通過焊材的選擇和焊接工藝的嚴(yán)格要求，保證了磨煤機(jī)筒體端蓋的強(qiáng)度符合磨煤機(jī)運(yùn)行工況要求;3）性能保證：通過使用以上磨煤機(jī)筒體端蓋開裂方法進(jìn)行處理后，磨煤機(jī)的振動(dòng)、軸瓦溫度和磨煤機(jī)負(fù)載能力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，磨煤機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行;4）檢修時(shí)間短、費(fèi)用少。該技術(shù)應(yīng)用于我國燃煤電廠，不僅保證了設(shè)備的安全運(yùn)行，同時(shí)產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。