汽輪機承壓鑄鋼件監造中的質量控制

綦振泉 郭恢龍 徐杰敏

（1 南京三方化工設備監理有限公司 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 （以下簡稱業主）1200 萬噸/年煉油配套工程—動力站50MW 汽輪發電項目， 國內某汽輪機制造其中兩臺發電汽輪機， 功率為50MW； 蒸汽壓力8.83MPa (A)； 蒸汽溫度535℃。 南京三方化工設備監理有限公司負責監造。 駐廠監理憑敏銳的職業嗅覺及時地發現了高壓缸側部蒸汽室內部進汽調節閥閥芯底座加工面上的密集型氣孔（見圖1、圖2、圖3），隨即依據相關規范要求(1)，及時叫停生產，等待檢查處理；制造廠設計、工藝、質檢、生產等部門聯合制定處理方案，報監理與業主審批后實施。

二、側部蒸汽室問題現狀與修復難點

業主在收到監理的通報后即派人到現場協調處理問題。

側部蒸汽室乃蒸汽進入噴嘴前的聚集室（2）、（3），蒸汽從下部被引入上部， 經上部調節閥開口又折返向下進入汽缸下半缸噴嘴（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）， 密集型氣孔發生在蒸汽流道的折返點，介于兩條并列流道之間，距側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壓力、溫度最高部位，密集型氣孔形成的疏松體容易發生破裂，一旦破裂后產生的碎塊將順著噴嘴直接吹進轉子葉片，將造成機內重大破壞。 業主與監理認為側部蒸汽室問題部位空間狹窄，不適合人工補焊作業，其補焊效果難以確保最終質量要求；根據JB/T10087（4）《汽輪機承壓鑄鋼件技術條件》4.1.4.1（規定）以下情況不允許補焊：

a)缺陷所在部位補焊后無法進行檢查；

b 精加工后發生的缺陷，經補焊不能保證質量。

同時，業主與制造廠的設備采購合同第4.1.4.6 條又規定：重大缺陷補焊應到需方同意。

基于以上約定，業主方與監理方一致不同意進行補焊，要求重新投料制作。 對于業主方的要求，制造廠表示尊重，但同時又提出了重新制造可能面臨一個更大的風險。

三、重新制造的風險與對策

側部蒸汽室與高壓汽缸在毛坯狀態時已組焊成一體， 便于統籌兼顧兩個部件之間的相對定位尺寸。 如果更換新的側部蒸汽室，就要將原來的側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，一旦發生高壓缸只有報廢；重新制造不僅制造廠損失巨大， 業主也將面臨幾百億的項目不能如期開工等問題，其損失更大。 經過三方的多次協商，確定采取修復與重造兩個方案同時進行；

方案一：對原側部蒸汽室實施挽救。 膛銑消缺清理疏松體，每銑削一層、見到側部蒸氣室本色后，做一次PT 檢測，直到檢測合格之后用電焊進行補焊，逐層補焊、逐次PT 檢測，確保中間不出現氣孔等缺陷；其中對兩個工藝環節進行了限定：

1、消缺、清理尺寸超過JB/T10087《汽輪機承壓鑄鋼件技術條件》4.1.4.6 規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檢查規程》4.2.4（3）兩者規定：焊縫同一部位（指補焊的填充金屬重疊部位）的返修部位不宜超過兩次。 如果出現規定所指情況即終止挽救該部件的工作。

方案二：按補件處理，重新投料制作。

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

在此情況下，三方重新溝通與協商，實施第二方案。

監理方及業主方認為，如果沒有相應的預防措施，不符合風險控制原則。 最終監理方與業主方提出在進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，嚴格按JBT 5000.3-2007 （7）《重型機械通用技術條件》控制； 焊接件施焊過程中，采用內徑千分尺監測缸體兩端的圓內徑變化，以允許圓度0.05mm 偏差為保證點，超過該值就暫停焊接，等待自然回復后再繼續施焊，通過掌控變形節奏達到控制變形的目的； 同時在加熱與施焊的過程中結合紅外線測溫儀的監測， 隨時檢測溫度影響范圍與產生變形的關系，增加變形防控的可操作性與有效性。 最終三方確定，以業主技術人員及監理方提出的措施作為確保裝焊效果的輔助手段實施。

重新裝焊前， 監理方對補件側部蒸氣室材質報告進行了審查：

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

化學成分（%）

要求C P S實測要求實測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

力學性能

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

按照三方協商制定的工藝方案， 監理按正常程序對補件材料一系列的質量檢測報告進行了見證與審核， 并與業主一道對裝焊H 點進行了見證； 制造廠按照業主提出的防止裝焊變形措施對高壓缸進行了組合（見圖6），這其中關鍵點是見證焊前的預熱（見圖7），焊中的層溫控制（見圖8），焊后的補熱（見圖9）等，是否按照預先制定的工藝方案進行， 以及監控缸體溫度的變化對變形的影響；最終依據JB4730—2005（8） 《承壓設備無損檢測》，通過對焊縫的PT、RT 檢測焊接效果。

四、熱處理與消應力效果檢驗

完成對側部蒸汽室裝焊以后，進行消除應力熱處理，以確保熱影響區材料性能。 為此業主的專業技術人員與監理、制造廠的專業技術人員進行了專題討論，參照《熱處理工程師手冊》（9）、《實用熱處理手冊》（10），最終按預制的熱處理工藝方案實施，具體工藝過程如下：

采用中頻感應加熱器設備控制加熱過程； 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 支作為監控熱電偶； 將加熱感應電纜纏繞在熱處理區域（見圖11），外表采用硅酸鋁保溫材料進行熱處理過程保溫（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。

為了檢驗熱處理后焊縫與熱影響區去應力效果， 三方商議采取對焊縫、熱影響區、非熱影響區的硬度檢測進行對比檢查，作為參考依據，其差值應不高于30HB。

測量部位 裝焊焊縫 熱影響區 非熱影響區 結論測量結果 179 180 178 合格

上述檢測結果，符合設計要求，監理方確認為合格。

經過以上一系列過程處理，側部蒸汽室達到了原設計要求，高壓缸體經過組合后的綜合檢測， 各相關尺寸符合原圖紙設計要求，未發生令人擔憂的變形，至此側部蒸汽室鑄鋼件質量缺陷問題處理完成閉環。

五、結束語

中化泉州石化動力站兩臺50MW 發電汽輪機， 是承擔石化生產裝置供電、供熱的重點設備，汽輪機的質量是保證發電、供熱的安全，穩定、經濟運行的關鍵，一旦汽輪機發生問題，不僅僅是影響發電與供熱，更會引發全廠各生產裝置事故的爆發，它所帶來的結果不光是給國家經濟帶來巨大損失， 更是給人民群眾生命財產安全帶來威脅。 本次側部蒸汽室鑄鋼件質量問題的處理，在監理方、業主方及制造廠共同努力下，得以順利解決，充分體現了監理的重要性和合作帶來的共贏。

1， GB/T26429-2010 設備工程監理規范；

2， 工業汽輪機技術問答 王紹艷、袁紹華 化學工業出版社2008.7；

3， 汽輪機技術問答 第二版 張克舫、沈慧坊 中國石化出版社 2006.6；

4， JB／T 10087-2001 汽輪機承壓鑄鋼件技術條件；

5， GB150-2011 鋼制壓力容器；

6， TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術檢查規程；

7， JB/T 5000.3-2007 重型機械通用技術條件 焊接件；

8， JB/T4730—2005 承壓設備無損檢測；

9， 熱處理工程師手冊 第2 版 樊東黎、徐躍明、佟曉輝 機械工業出版社 2004.9 ；

10，實用熱處理手冊 薄鑫濤、郭海祥、袁風松 上海科學技術出版社 2009.1。