鍋爐主蒸汽堵閥焊縫開裂原因分析

摘 要：某熱電廠#2鍋爐檢修期間，發(fā)現(xiàn)主蒸汽堵閥兩側(cè)焊縫熱影響區(qū)存在裂紋，嚴重影響設(shè)備安全運行及人員安全。為分析堵閥焊縫開裂原因，開展了光譜、硬度、金相、無損檢測等工作，確定管系應(yīng)力是產(chǎn)生開裂的主要原因。

關(guān)鍵詞：電站鍋爐；主汽堵閥；焊縫；裂紋；管系應(yīng)力

某熱電廠2爐為WGZ670/13.7-13型、自然循環(huán)、倒U形布置、單鍋筒、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣的200MW超高壓燃煤鍋爐，于2005年8月25日投入商業(yè)運行。2015年6月，檢修期間發(fā)現(xiàn)標(biāo)高48米主蒸汽管道兩側(cè)焊縫熔合線處存在裂紋。主蒸汽管道材質(zhì)12Cr1MoV，規(guī)格Φ327mm×34mm。電動閥材質(zhì)WC9，規(guī)格φ474mm×100mm。為分析裂紋產(chǎn)生的原因，開展了現(xiàn)場宏觀檢查、光譜、硬度、金相、無損檢測等工作，為制定檢修方案提供依據(jù)。

1 檢查情況

1.1 宏觀檢查

兩路主蒸汽管道堵閥（電動門）兩端閥側(cè)焊縫靠近爐墻側(cè)熔合線處均存在裂紋缺陷，管路宏觀形貌見圖1，堵閥焊縫裂紋宏觀形貌見圖2。從裂紋的分布位置來看，均位于焊縫熔合線，多處裂紋長度較長，也存在裂紋沿熔合線斷續(xù)分布情況。

1.2 材質(zhì)復(fù)核

采用合金分析儀對裂紋嚴重的爐左側(cè)主汽堵閥、堵閥后焊縫和直管主要金屬元素含量分別進行復(fù)核，結(jié)果表明所使用材質(zhì)與設(shè)計材質(zhì)相符，見表1所示。

1.3 金相檢測

采用現(xiàn)場金相方法對爐左側(cè)主汽堵閥、堵閥后焊縫和直管進行金相檢測。堵閥閥體金相組織見圖3，為鐵素體+珠光體，為常見鑄造閥體組織，晶粒較粗大；堵閥后焊縫、直管金相組織見圖4、圖5，為貝氏體，為正常焊接組織。

1.4 硬度檢測

對爐左側(cè)主汽堵閥、堵閥后焊縫和直管進行了現(xiàn)場硬度檢測，檢驗結(jié)果見表2所示。主汽堵閥材質(zhì)為WC9（相近材料為10CrMo910），參考DL/T 438-2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》中材質(zhì)為10CrMo910管件硬度區(qū)間為130～197HB，左側(cè)主汽堵閥硬度低于標(biāo)準(zhǔn)下限，堵閥后焊縫和直管硬度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 開裂原因分析

綜合現(xiàn)場各項檢測結(jié)果，除個別硬度稍低（在現(xiàn)有管壁厚度和其他指標(biāo)合格的工況下，若監(jiān)督運行，不影響使用）外，各項指標(biāo)正常，綜合使用能力尚可，表明主汽堵閥兩側(cè)焊縫開裂可排除錯用材質(zhì)、焊接及熱處理等因素。

該段主蒸汽管道從爐頂高溫過熱器出口集箱引出后，裝有一電動門（水壓試驗用），電動門兩側(cè)主蒸汽管道上引出一段起平衡壓力作用的水平旁路管道，旁路管道兩端各有一個電動門，旁路中部安裝有簡易支架。正常運行時，電動門呈關(guān)閉狀態(tài)。主蒸汽管道電動門所在管段結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，兩側(cè)主汽電動門兩端焊縫裂紋均分布在主蒸汽管道爐內(nèi)側(cè)與旁路管對應(yīng)的水平位置；附近主蒸汽管道支吊架未見異常，也沒有明顯阻擋管道水平方向膨脹的地方。根據(jù)管路結(jié)構(gòu)與裂紋分布位置對應(yīng)關(guān)系，分析認為，由于旁路上電動門一直處于關(guān)閉狀態(tài)，機組運行期間旁路內(nèi)沒有介質(zhì)流動，相當(dāng)于盲管，特別是兩個電動門間基本無介質(zhì)流通。其管路溫度與主蒸汽管道溫度存在較大偏差，因而使該處主蒸汽管路與旁路間存在膨脹差，從而在主蒸汽電動門兩端產(chǎn)生水平面內(nèi)的彎曲應(yīng)力。尤其在機組啟停階段，兩管路溫升速率不同，溫度差引起的彎曲應(yīng)力會更大，長期作用會導(dǎo)致管道產(chǎn)生上述裂紋的產(chǎn)生。

3 處理措施

鑒于焊縫開裂原因分析，對焊縫進行了局部挖補處理。機組投運以來，鑒于該堵閥旁路管道基本不投入使用，進一步調(diào)研去除該旁路管道的可行性。若無法去除該管路，對該管路重新進行應(yīng)力計算，根據(jù)計算結(jié)果對管系應(yīng)力和管道支吊架進行優(yōu)化調(diào)整。

4 結(jié)論

本文鍋爐堵閥焊縫裂紋現(xiàn)場檢查和試驗，結(jié)果表明，管路設(shè)計不合理是導(dǎo)致本次開裂的主要原因。火力發(fā)電廠機爐外管道容易造成重大事故，歷來是監(jiān)督的重中之重，通過焊縫開裂原因分析，確定下一步工作方向，對防止裂紋再次的產(chǎn)生，確保設(shè)備、人員安全運行提供了有力保證。

參考文獻：

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[2] 林華，張明珠.火力發(fā)電廠主蒸汽管水壓堵閥焊接裂紋分析及改進[J].中國特種設(shè)備安全，2010（01）.

作者簡介：王洪選（1966-），男，漢族，河南登封人，大專，高級技師、助理工程師，研究方向：火力發(fā)電廠金屬監(jiān)督和焊接技術(shù)管理。