電站鍋爐水壓試驗堵閥裂紋原因分析

何彥波

摘 要 在鍋爐定期內部檢驗時，對某廠再熱蒸汽熱段管道水壓試驗堵閥閥體外表面進行磁粉檢測后發現多處裂紋。本文對閥體裂紋產生的原因進行了分析，并提出了處理意見。

關鍵詞 電站鍋爐;堵閥;裂紋

堵閥是安裝在鍋爐過熱器出口和再熱器進、出口的蒸汽管道上，作為靜態水壓試驗的隔離裝置。堵閥作為壓力管道重要的承壓部件，如果存在制造缺陷、安裝質量差或運行操作不規范等問題則會影響鍋爐安全性能，機組運行中如果發生滲漏或開裂情況，對人民生命安全和機組安全具有很大危害，本文以某電廠660MW機組高溫再熱蒸汽管道（熱段）堵閥閥體表面裂紋為例，對產生裂紋的原因進行分析，為防止類似缺陷的發生提供參考[1]。

1概述

某廠一期建設兩臺660MW超臨界燃煤空冷汽輪發電機組，鍋爐為超臨界參數變壓直流爐。主要運行參數：末級過熱器出口蒸汽壓力25.33MPa，末級過熱器出口蒸汽溫度571℃，再熱器進/出口壓力4.78 /4.61 MPa，再熱器進/出口溫度324 /569 ℃。 再熱蒸汽熱段管道規格為φ800×69mm，材質為SA335-P91。堵閥材質為WC9， 設計壓力/溫度為5.17MPa/580℃。該機組于2010年12月投入運行，截至目前已累計運行671213小時。2020年4月對再熱蒸汽熱段管道堵閥進行磁粉檢測時，發現閥體表面有7處裂紋，最長約20mm，裂紋形貌見圖1。

2裂紋原因分析

2.1 材質方面

堵閥的材質一般有兩種：鑄鋼件和鍛鋼件。基于制造工藝的限制，鑄鋼件的組織不均勻，一般來說晶粒比較粗大;液態金屬的結晶以樹枝生長方式進行，樹枝間的液態金屬最后凝固，但樹枝間很難由金屬液體全部填滿，造成鑄件普遍存在不致密性;最后，鑄鋼件的表面一般來說比較粗糙，不能與機加工表面相比，形狀也較復雜。鍛鋼件組織晶粒一般比較細小，制造工藝過程復雜，與鑄鋼件相比，組織性能較好[2]。

2.2 制造工藝方面

（1）鑄造裂紋

鑄造時，液態金屬在凝固收縮過程中，由于表層和內部的冷卻速率不同，此時會產生較大的應力，當應力超過一定臨界值時，鑄鋼件便出現裂紋。按照裂紋產生時金屬溫度的高低，又將裂紋分為熱裂紋和冷裂紋。熱裂紋一般出現在1200～1400℃時，沿晶擴展，呈很淺的網狀結構，俗稱“龜裂”。冷裂紋在鑄造成型后產生，產生溫度約在200～400℃，在低溫狀態下，鑄鋼件的塑性變差，在熱應力和組織應力的一起作用下產生，裂紋穿晶擴展，有一定的深度，形貌呈斷續或連續的線條，一般出現在截面尺寸突變的部位，如閥體肩部等部位。

（2）時效處理

在鑄件的生產過程中，為了消除鑄件內部的殘余應力、穩定組織和尺寸等，常將鑄件進行時效處理，處理時間不夠，容易使鑄件內部保存過多的殘余應力，在使用中導致鑄鋼件的變形和開裂。

2.3 運行因素

在鍋爐機組投運后，鑄造堵閥內部通過的介質有較高的壓力和溫度，時效逐步發生改變，堵閥閥體內應力逐步減小，缺陷進一步擴展成裂紋，隨著機組運行時間的增加，裂紋的長度和深度進一步增加。另一方面，在鍋爐的起停和運行過程中，隨著負荷的變化，由于閥體厚度較大，在閥體內外表面會產生較大的溫度梯度，從而形成溫差應力。在機組起停時，如果升溫或降溫速率過快，溫差應力的作用會更加明顯。鑄鋼件在制造中產生的一些細小缺陷，在機組運行期間會得到進一步擴展，由于閥體壁厚較大，閥體外表面較內表面溫度較低，塑性更差，故溫差應力主要導致閥體外表面發生開裂。

2.4 制造檢驗標準和檢驗工藝不完善

當前我國鍋爐堵閥相關制造和檢驗標準還不完善，主要按照JB/T3595《電站閥門 一般要求》、GB/T12229《通用閥門 碳素鋼鑄鋼件技術條件》等標準執行。這些標準對工件的檢驗要求不夠全面，容易在制造過程中產生缺陷，故不能使鍋爐堵閥的制造質量得到很好的控制。

3缺陷處理

對發現裂紋的堵閥進行擴大檢查，采用磁粉檢測方法。對于發現的淺表面裂紋，進行打磨清除干凈并圓滑處理，如發現打磨深度超過設計允許值時，應進行補焊處理，補焊前應制定詳細可行的焊接工藝[3]。

4結束語

從缺陷的原因分析可以發現，由于堵閥制造相關的標準不夠完善，未能很好地控制堵閥的制造質量，今后應完善相關標準并加強出廠前的制造檢驗;在鍋爐起停時，嚴格控制升溫和降溫的速率，加強對堵閥的保溫措施，以預防溫差應力對堵閥的破壞作用;在機組檢修時，應加強對水壓堵閥的檢驗工作，如發現裂紋，應將缺陷予以消除，并擴大檢測比例。

參考文獻

[1] 電站閥門：NB/T47044-2014[S]. 北京：新華出版社，2014.

[2] 鍋爐定期檢驗規則：TSG G7002-2015[S].北京：新華出版社，2015.

[3] 林華，張明珠.火力發電廠主蒸汽管水壓堵閥焊接裂紋分析及改進[J].中國特種設備安全，2010（1）：61-63.