300 MW機組鍋爐再熱器出口集箱與連接管焊縫裂紋分析及治理

(山西陽光發電有限責任公司，陽泉 045200)

0 引 言

某公司鍋爐為北京巴布科克·威爾科克斯有限公司制造的B&WB-1025/18.3-M型鍋爐。其類型為亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環、雙拱型單爐膛、平衡通風、固體排渣、露天布置、全鋼構架、全懸吊結構、尾部雙煙道的燃煤鍋爐，俗稱“W”型火焰鍋爐。再熱器蒸汽流量為851.6 t/h(BMCR工況)，進/出口蒸汽壓力為3.82/3.64 MPa。再熱器出口集箱規格為￠609.6×45，材質為12Cr1MoV；再熱器出口連接管段規格為￠577.6×24.8，材質為ASTMA335P22。該機組于1999年12月投產，至今服役20年。2018年12月，再熱器出口至汽機側中壓主汽閥管段第一道焊口泄漏。

1 事件經過

2018-12-27T11：00，發現3#爐7層右側再熱器管段冒氣，拆除保溫后確認該管變徑處焊縫2—5點方向出現290 mm長環形裂紋，輕微冒氣，無泄漏聲音。與中調協調后，當晚停機。

2 原因分析

2.1 客觀方面

2.1.1 直接原因

在環切機切削過程中，刀頭由焊縫中間深入，逐漸向焊縫兩側刮削，當刮削至貼近裂縫時，將裂縫邊緣層粘帶下來，該“切片”長180 mm、寬12 mm、厚約3 mm。光譜確認該切片材質既有母材材質，又有焊材材質，這與該切片位置位于焊接熔合線相符。從剝落的焊縫形貌來看，裂紋沿焊縫熔合線(母材部位)開裂，裂縫剖面即A面無組織撕裂等粗糙形態，而是明顯焊接未熔合形成的表面。所以判斷該部位開裂主要是由于基建時留下焊接缺陷，不斷擴展延伸后導致裂透漏氣。

2.1.2 間接原因

此次事故與該處管接頭變徑、運行時間長、多次啟停、冷熱應力交替、管道承載不合理等因素有關。

2.2 主觀方面

2.2.1 鍋爐定檢工作中，所選抽檢部位考慮不周全

根據《特種設備安全技術規范》(TSG G 7002—2015)中鍋爐定期檢驗規定超過5萬h的鍋爐，管道對接焊縫抽檢率為20%。但在2012年和2018年鍋爐定檢中，雖然達到了20%，未對此焊縫進行檢查(已對彎頭應力集中焊縫、閥門接管焊縫重點檢查)，暴露出專業人員在選取檢查部位時考慮不周全的問題，尤其是集汽箱變徑處焊縫等重點部位未進行檢查。

2.2.2 專業人員對四大管道和防磨防爆檢查有放松思想

因四大管道出現問題的概率非常小，所以有些人員產生了“不可能出問題”的思想，但其事故一旦發生，后果極其嚴重。近年來，專業技術人員在四大管檢查和防磨防爆工作中出現了“越沒事越不重視”的麻痹大意思想。

3 處理方案

3.1 準備工作

(1)在鍋爐右側過再熱器出口熱段管焊口處搭設腳手架，腳手架應滿足焊口修復要求。

(2)拆除焊口區域保溫，自然冷卻至工作溫度，拆除臨時加固處保溫以滿足工作需要。

(3)焊口處架設環切裝置進行管道焊口的切口及坡口制作。坡口加工按照圖紙及規程、規范要求制作。

由于鍋爐廠再熱器聯箱出口管道規格與設計院熱段管道壁厚不一致，且原設備廠制造聯箱出口坡口加工構造與現行標準不一致，本次檢修將對聯箱出口坡口20～25 mm范圍內進行平直車削，然后與原坡口進行手工打磨圓滑過渡，保證母材的運行強度。焊前應對坡口及其內外壁附近15mm范圍內進行清理和打磨，保證無油漆、氧化鐵、水分、油脂及鐵銹，并露出金屬光澤。

3.2 焊接前對口

(1)焊口對口前應先認真檢查坡口的清潔度，對于清理不合適的坡口應重新進行打磨和清理。

(2)焊接組對時一般應做到內外壁齊平，如有錯口，內壁錯口值不得超過壁厚的10%，且不大于1 mm；外壁錯口值不得超過壁厚的10%，且不大于4 mm。

(3)焊口局部間隙過大時，應設法修整到規定尺寸，嚴禁在間隙內加填塞物，可采用堆焊的方法修補坡口，修補后的坡口應確認無缺陷后，再用機械方式加工到規定尺寸。

3.3 焊口點固焊

(1)焊口點固焊與正式焊接相同，對于中徑管點固焊縫的段數不得少于2段，點固焊縫的長度不得小于50 mm、厚度不得小于3 mm；對大徑管焊口點固焊縫的段數應以多段為宜，最少不得少于4段，且點固焊縫的長度不得小于50 mm、厚度不得小于3 mm。中、大徑管道焊口點固焊示意圖如圖1所示。

(2)點固焊完畢后一定要檢查對口間隙是否合適，點固焊縫有無缺陷，如有缺陷，必須用機械方式將缺陷清理磨掉，重新點焊。

3.4 焊口正式施焊要求

3.4.1 焊接方法

熱段管道焊口焊接時所選用焊接方法為：氬電聯焊，即鎢極氬弧焊打底，電焊填充蓋面。當壁厚大于35 mm時，氬弧焊打底的焊層厚度不小于3 mm，對于Cr含量≥5%或合金總含量不小10%的耐熱鋼焊縫，其單層焊道厚度不能超過焊條直徑。

3.4.2 焊接規范

材料為SA335-P22的焊口焊接規范見表1。

表1 SA335-P22的焊口焊接規范

熱段管道焊接焊層、焊道示意圖如圖2所示。

3.5 熱處理

3.5.1 主要材料準備

無塵電解石棉布、硅酸鋁針刺氈、鉛絲(14#)、熱處理專用二次輸出線(集束線)、無塵電解石棉布及硅酸鋁針刺氈應有生產廠家提供的質量合格證。

3.5.2 作業方案

熱電偶的安裝應注意兩個問題：(1)與工件接觸良好；(2)測溫點布置在工件加熱范圍的適當位置，如圖3所示。采用金屬線將熱電偶的熱端固定在工件上，要求緊密接觸，固定良好。熱電偶測溫點的布置和數量應滿足下列要求：

(1)監測加熱中心的最高溫度點①。

(2)監控均熱(溫)帶邊緣的最低溫度點②。

圖3 熱電偶布置示意圖熱處理加熱寬度，從焊縫中心算起，每側不小于管壁厚度的3倍，且不小于60 mm。

使用繩狀加熱器時，線圈軸向中心線應向下移，使之與焊縫中心線相距10～30 mm，以保證加熱過程順利有序的進行和接頭范圍內受熱溫度均勻。

保溫材料敷設的寬度應從焊縫坡口邊緣算起，每側不得少于管子壁厚的5倍，且每側應比加熱器的安裝寬度增加不少于100 mm，保溫時應緊貼管壁(加熱器)，用金屬絲扎緊，減少熱損失。

3.5.3 焊口焊前預熱

焊口焊前應根據管路材質選定預熱溫度，焊前預熱時加溫速度與焊口焊后熱處理升降溫速度相同。

3.5.4 焊后熱處理

(1)升降溫速度計算公式：250×25/壁厚，且不大于300 ℃/h；熱電偶之間的溫差：不應超過50 ℃。

(2)補償導線：必須使用和熱電偶、記錄儀器相配套的補償導線。

(3)工藝參數在規定控制范圍內，有自動記錄曲線，曲線記錄焊接過程及熱處理全程。

(4)焊接熱處理結束后自檢，焊件表面無裂紋、無異常。

3.6 熱處理結果

焊口熱處理后經過磁粉、超聲檢驗合格，硬度檢驗合格。

4 結束語

隨著鍋爐機組向高參數、大容量方向發展，近幾年在電廠運行中出現了大管道焊縫出現裂紋及爆漏事件，因而對機組大管道關鍵部件的安裝提出了更高的性能要求，合理確定焊接工藝和熱處理工藝是保證機組安全可靠運行的基礎。通過這次大管道裂紋泄漏事件，我們認識到要提高專業人員對四大管道和防磨防爆的重視程度，提升專業人員技術水平，完善金屬監督工作。