燃煤鍋爐鋼球磨煤機筒體端蓋開裂處理方法的應用研究

陳鎮華

摘要：針對燃煤鍋爐鋼球磨煤機筒體端蓋開裂問題，進行修復處理，保證筒體端蓋的強度和長周期使用，保證端蓋軸頸的同心度和軸向尺寸，修復后軸頸與軸瓦配合良好，保證設備運行期間軸瓦油潤滑正常、軸瓦溫度和振動正常。

關鍵詞：端蓋開裂?修復強度?恢復尺寸?長周期運行

引言

燃煤鍋爐鋼球磨煤機由電動機經棒銷聯軸器圓柱齒輪減速機及開式大齒輪減速轉動而驅動轉動部旋轉，轉動部筒體內裝有研磨介質—鋼球，當筒體轉動時鋼球在離心力和摩擦力的作用下被轉動的筒體提升到一定高度后，由其本身自重力的作用而跌落，使筒體內的煤在下落鋼球的沖擊和研磨作用下形成煤粉。轉動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旋轉，雖然端蓋的厚度120mm，但多年運行后在夾角處容易出現開裂，導致磨煤機長時間故障停運，減少制粉量，直接影響燃煤鍋爐效率。通過特定的方法進行修復，可以較快且長周期恢復鋼球磨煤機正常運行，減少損失。

一、案例概況

某燃煤發電廠#3機為330MW機組，制粉系統鋼球磨煤機為沈陽重型機器廠（北方重工）生產的MTZ3570型鋼球磨，筒體有效內徑：3500mm，筒體有效長度：6980mm，筒體轉速：17.57r/min。

由于#3爐B磨煤機出口端蓋在運行中有漏粉現象，2021年8月26日，#3爐停爐后隨即派人處理;在處理過程中發現磨煤機出口端襯板脫落2塊，并有油從軸頸處滲漏到端蓋處，從內外部進行仔細檢查，發現磨煤機出口空心軸在端蓋根部出現較長的穿透性裂紋。立即將#3爐B磨煤機轉大修后，檢修人員現場拆除出口料斗后清洗測量，發現出口端蓋根部空心軸環形裂紋明顯，現場裂紋長度約5.39米，且裂紋已裂透、兩側錯位，已經無法繼續運行，否則裂紋將繼續發展，會造成筒體脫落，嚴重威脅磨煤機的安全運行。

二、原因分析

1）設計缺陷：根據廠家的介紹了解，該廠生產的350型系列磨煤機在端蓋軸頸根部設計的三圓弧過度，如下圖：

采用三圓弧的設計一方面降低了該處的強度，而且在R80處有一個應力集中點，同時整個圓弧的表面光潔度不高，由它而造成局部應力集中，在長期高強度的負荷沖擊下，產生裂紋;2）鑄造缺陷：該廠原鑄造為平爐、水玻璃砂鑄造，這樣對原材料的配比要求極高，所以在鑄造過程中極易產生鑄造缺陷;3）我們再分析端蓋空心軸所承受的力，磨煤機筒體（含襯板）的重量、端蓋（含襯板及螺旋管）的重量、大齒輪的重量、磨煤機運行時筒體內鋼球和煤對它的沖擊力等等，均會產生疲勞應力;而#3爐的磨煤機于1997年投產運行至今，已經24年。

三、處理工藝

3.1?焊接材料選擇

燃煤鍋爐鋼球磨煤機端蓋材質為ZG35，ZG35為中碳鑄鋼，具有設計靈活，尤其是復雜的形狀和空心部分可以快速制作;冶金制造的各種強度可以選擇不同的化學成分和組織結構來滿足。此次燃煤鍋爐鋼球磨煤機端蓋裂紋采用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）發現燃煤鍋爐鋼球磨煤機端蓋裂紋后，斷開磨煤機電機電源，拆除鋼球磨煤機進出口料斗，在進出口管道法蘭處加裝堵板（可以保證機組的其他制粉系統正常運行）;2）鋼球磨煤機端蓋裂紋未進行有效固定前，不可轉動磨筒。以人工方式將磨筒內鋼球清理干凈;3）將鋼球磨煤機有裂紋側的端蓋襯板拆除，清理裂紋，確定裂紋長度;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。5）將工作地點轉移到磨筒外部，拆除軸瓦的上蓋，露出軸頸的軸向端面，準備測量開裂造成的軸向變形量;6）將磨煤機端蓋筒體分成16個區域，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個精度0.01mm、量程20mm的磁性百分表，在兩側軸頸的軸向端面測量軸向尺寸。8）首先在裂紋壓板壓緊固定后，利用盤車裝置轉動磨筒（在軸頸轉入軸瓦側接臨時油管，轉動磨筒時連續注入潤滑油），測得16個區的相對變形量，該記錄以變形量最小區域作為原始尺寸，此次16個區域的數據，將用來核對焊接工序中的變形量;9）在裂紋兩端鉆φ12mm的止裂孔，由于焊接會產生拉力發生軸向變形;每一次焊接時需要進行加熱，必須連續焊接保證焊接質量。鑒于以上原因，每一次焊接長度500mm比較合適;10）選擇變形量最大的區域作為第一次焊接的地點，取該地點長度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，使用氧割進行加熱，溫度達到600℃時開始焊接作業，焊接工作連續進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，轉動磨筒測量圓周16個區域的相對軸向變形量，和上一次的數據進行比對，根據比對結果和焊接變形量，再次確定一個合適的區域作為焊接地點，和第一次焊接使用相同的焊接方法;

13）同上，每完成一道焊縫進行相對軸向變形量的測量和選擇焊接點，一直到磨煤機端蓋外部的裂紋全部焊接完成;14）當磨煤機端蓋外部的裂紋全部焊接完成后，再使用相同的焊接方法，結合焊接造成軸頸相對軸向變形量的測量，選擇合適的焊接位置，可以每段500mm或更大長度進行逐段焊接，在控制軸頸相對軸向變形量的前提下，完成全部磨煤機端蓋內部的裂紋;15）全部焊接工作完成，焊縫冷卻后，軸頸相對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，在數值最大的區域、磨煤機端蓋外部的焊縫處，根據數值的大小，選擇合適的長度，重新刨出坡口，進行焊接，降低軸頸軸向差值，直到小于0.5mm，工序至此，焊縫焊接完成，進行著色檢查焊縫質量，保證沒有裂紋;16）磨煤機端蓋外部的整圈焊縫進行筋板的加固，使用厚度50mm鋼板制作8個筋板，等分焊接在磨煤機端蓋外部的焊縫處。17）回裝磨煤機，進行試轉工作，磨煤機的主軸承溫度不大于50℃（回油溫度不超過40℃），機器運轉平穩，沒有急劇的震動，主電機電流沒有異常波動。如有問題需檢查軸瓦接觸情況，修理軸瓦工況正常，恢復軸瓦溫度測點，完畢后拆除慢轉裝置和恢復瓦蓋，全部檢修工作結束，磨煤機投入正常備用。

3.3焊接質量屬于施工關鍵點，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，最終坡口應由砂輪機打磨形成，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2～3mm，坡口應打至裂紋終止位置，坡口制作完畢使用壓縮空氣或人力清除裂紋內雜物，清除端蓋裂紋附近附著的煤粉油污等，坡口應打磨出金屬光澤，坡口兩側打磨并清理干凈;2）、嚴禁在磨煤機端蓋焊縫以外動用電火焊、引弧、試驗電流，焊條必須按照使用說明書的要求進行烘焙，用焊條保溫筒攜帶至施工現場，隨取隨用，施焊前，應全面檢查坡口制作是否合格，確認合格后，方可進行焊接操作;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根部，保證坡口根部焊透，焊接X型坡口一半工作量時，方可改用φ4.0mm焊條;4）、每焊完一層后，應用氣動斬子錘擊焊接處20～30下，一方面消除焊接殘余應力，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，減少焊縫熱輸入，降低焊縫應力;6）、每次焊接長度不大于100mm，每次焊接最多焊3層或4層;7）、接地線應直接接在端蓋體上;8）、焊接工作必須連續，中間停焊時間不得超過1小時;9）、焊接過程中，如發現裂紋，用電弧氣刨去除裂紋部分，再進行焊接，工藝參照前面各條;10）、裂紋處理完畢后進行宏觀檢驗，檢查是否焊透及其它焊接缺陷;11）、整個裂紋處理過程中應全程實時進行焊接變形量檢查和記錄，發現異常及時調整焊接順序;12）、每次焊接完成后，將外側焊縫用石棉保溫蓋起，自然冷卻;13）、焊接完成后應對焊縫進行無損檢測，保證其焊接質量。

四、結論

近年來，燃煤機組鋼球磨煤機端蓋發生多起開裂事故，由于成品采購周期長，直接影響機組發電，針對磨煤機端蓋材料特性和磨煤機運行工況的要求，經過鍋爐及金屬專業研討，該施工方案符合鑄鋼件焊接工藝。，同時滿足1）尺寸恢復：通過焊接和及時的測量調整，保證了磨煤機筒體軸頸的軸向、徑向、同心度尺寸符合要求;2）強度恢復：通過焊材的選擇和焊接工藝的嚴格要求，保證了磨煤機筒體端蓋的強度符合磨煤機運行工況要求;3）性能保證：通過使用以上磨煤機筒體端蓋開裂方法進行處理后，磨煤機的振動、軸瓦溫度和磨煤機負載能力達到設計要求，磨煤機長周期運行;4）檢修時間短、費用少。該技術應用于我國燃煤電廠，不僅保證了設備的安全運行，同時產生了顯著的經濟效益。