淺談火力發(fā)電廠汽水管道支吊架生產(chǎn)檢驗技術(shù)

許建華 宋先成 許慧

（江蘇大秦電氣有限公司 鎮(zhèn)江 212003）

前言：

支吊架是電廠汽水管道系統(tǒng)中的重要組成部分，具有安全承受管道荷載、合理約束管道位移、限制管道接口對所連接設(shè)備的推力和扭矩、增加管系的穩(wěn)定以及防止管道振動等功能。隨著機(jī)組容量的增大，支吊架由起初的現(xiàn)場制作轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)廠家預(yù)制現(xiàn)場安裝。當(dāng)前超臨界機(jī)組、超超臨界機(jī)組、核電機(jī)組的上馬，對支吊架的設(shè)計、生產(chǎn)都提出了更高的要求。

1.支吊架的分類及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)TSG D0001-2009 壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程－工業(yè)管道的規(guī)定，汽水管道支吊架產(chǎn)品屬于管道元件的管道支承件范圍，故制造、生產(chǎn)、檢驗均應(yīng)符合該規(guī)程的規(guī)定。

依據(jù)西北院火力發(fā)電廠汽水管道支吊架設(shè)計手冊（83版）對支吊架的分類，支吊架主要分為管部、連接件、根部三類。其中管部為直接接觸管道的部份，根部為接觸建筑結(jié)構(gòu)的部分，連接件則連接管部和根部。管部型式共有27種，西北院手冊將其分為D（吊架）、Z（支架）兩類，依據(jù)管部生產(chǎn)的特點，我們將管部分為管夾式（11種）、焊接式（16種）。根部型式分為4個大類，G1直接吊類，G2懸臂梁類、G3簡支梁類、G4三角架類，根部除直接吊類外，余下三類均為熱軋型鋼結(jié)構(gòu)件。連接件分類三個大類，L連接件，F(xiàn)附件，T變力彈簧組件。另外恒力彈簧組件也歸屬于連接件。

我國現(xiàn)行支吊架標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 17116-1997管道支吊架。在該標(biāo)準(zhǔn)中，對支吊架的制造所涉及的制造公差、管夾成型、焊接、焊后熱處理、表面涂層等進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)范。

2.支吊架生產(chǎn)、檢驗中常見問題

當(dāng)代火力發(fā)電廠大容量機(jī)組中，廣泛應(yīng)用12Cr1MoV、P91、P92等耐熱鋼材料，因而在管道支吊架的管部中，也須采用與管道同質(zhì)材質(zhì)的管夾。P91/P92屬于高合金耐熱鋼，正火組織為馬氏體，供貨態(tài)一般為正火回火態(tài)，為回火索氏體組織。在焊后自然冷卻即會產(chǎn)生冷裂紋，因此P91/P92耐熱鋼在焊后須進(jìn)行嚴(yán)格的焊后熱處理，這里不詳述。支吊架中的耐熱鋼焊接有以下特點：以角焊縫居多，焊接位置復(fù)雜，部份管部的焊接空間較小（如Z1管道固定支座）；以異種材料的焊接居多，如P91與12Cr1MoV相焊，12Cr1MoV與Q235B相焊（D6管夾橫擔(dān)）。由于支吊架產(chǎn)品的以上特點，其在焊接過程中也是極易發(fā)生冷裂紋的。

如上節(jié)述，在西北院手冊27種管部型式中，管夾式管部共有11種，據(jù)我公司統(tǒng)計，在實際工程中，管夾式管部的選用達(dá)到87%。管夾式管部經(jīng)常出現(xiàn)的問題是圓弧不圓現(xiàn)象，這個問題在D1/D2這種形式的管夾產(chǎn)生的影響較小，但是在D6型式的管夾中，圓弧不圓將對接下來的工序造成很大的影響。

在管夾厚度較厚的管夾加工中，經(jīng)常會出現(xiàn)管夾邊緣的微裂紋，管夾肩部的表層金屬拉傷。這些問題一方面是由于厚板加工難度較大這一難題；另一方面，也是加工工藝不合理的結(jié)果。

支吊架的生產(chǎn)中最難控制的是表面質(zhì)量。由于支吊架產(chǎn)品零件較多，裝箱的時候，硬接觸是無法避免的，從而經(jīng)?？梢钥吹奖砻嬗推崞茡p的情況發(fā)生。

3.支吊架制造技術(shù)

如第一節(jié)中所述，支吊架的生產(chǎn)應(yīng)符合TSG D0001-2009 壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程－工業(yè)管道的規(guī)定，同時應(yīng)遵照因家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17116-1997。在第二節(jié)中，簡述了支吊架制造中經(jīng)常遇到的一些問題。在本節(jié)將討論易出現(xiàn)問題以及重要工序點的技術(shù)措施。

GB/T 17116-1997對管夾冷成型或熱成型工藝的應(yīng)用按材料和板厚進(jìn)行了區(qū)分。如表1，為板材或扁材加工的管夾工藝選擇。

表1 板材成型要求

在汽水管道支吊架產(chǎn)品中，需要進(jìn)行壓制成型加工的材料主要有碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235B、Q245R等，耐熱鋼12Cr1MoV、P91、P92等，板厚通常小于等于30mm。管夾最小彎曲半徑設(shè)計在管夾肩部，設(shè)計半徑通常為r=1.5t,在管夾成型加工時的最小彎曲半徑范圍通常為1.5t

支吊架產(chǎn)品中的碳素結(jié)構(gòu)鋼如Q235B、Q245R等，都是低碳鋼，強(qiáng)度合理，塑性較好，具有較好的成型性能。然而，在四大管道支吊架中經(jīng)常用到的耐熱鋼材料12Cr1MoV、P91、P92，由于常溫強(qiáng)度較高，延伸率較低，在管夾冷成型時，經(jīng)常會遇到邊緣密布微細(xì)裂紋、加工精度達(dá)不到甚至在加工過程中出現(xiàn)斷裂等問題。在加工此類材料的管夾時，應(yīng)嚴(yán)格控制工藝過程：排料時應(yīng)使管夾長度方向平行于軋制方向；若采用熱切割下料，則之后必須清理切割面，去除氧化皮和硬化層；依據(jù)板厚、延伸率、最小彎曲半徑的不同，可以選擇冷成型后熱處理或熱成型工藝。延伸率計算公式可參考GB 150。

由于P91材料強(qiáng)度較高，在加工較大厚度P91管夾時，一方面由于設(shè)備噸位不足，另一方面是質(zhì)量的要求，不適合采用冷成型。但是熱成型也不理想，將原正火回火處理的板材，加熱到900度左右進(jìn)行管夾成型加工后[1]，必須再一次對管夾進(jìn)行正火回火處理，費時費力。所以采用溫成型是一個較好的選擇，我公司在對熱成型和溫成型的管夾材料組織、晶粒度、力學(xué)性能等進(jìn)行對比分析后改進(jìn)，得出了溫成型的工藝。管夾在650-760度溫度區(qū)間進(jìn)行壓制加工，減小了對設(shè)備噸位的要求，同時管夾內(nèi)應(yīng)力較小，且對原板材組織性能幾乎沒有影響。

汽水管道支吊架，作為一種焊接鋼結(jié)構(gòu)件。焊接質(zhì)量的好壞對其質(zhì)量有決定性影響。涉及的材料主要有Q235B、Q245R、12Cr1MoV、P91、P92、奧氏體不銹鋼等。焊接工藝涉及各自相同母材相焊及不同的母材相焊。例如Q245R同12Cr1MoV相焊、12Cr1MoV同P91相焊、Q235B同SUS30408相焊等。在此不對焊接工藝問題進(jìn)行討論。而是以P91材質(zhì)的D6管夾為例，分析合理焊接工序。

火力發(fā)電廠60萬以上機(jī)組的主氣管道通常采用P91材質(zhì)管道，故在支吊架設(shè)計中，與管道直接接觸的管夾采用P91材質(zhì)，管夾的肋板和邦板處于保溫層中，則選用12Cr1MoV材質(zhì)的鋼板，而處理保溫層外的結(jié)構(gòu)件則采用Q235B材質(zhì)的材料了。在生產(chǎn)過程中，通常先焊接12Cr1MoV結(jié)構(gòu)的支座，再裝配壓制成型的P91管夾，最后將管夾焊接在12Cr1MoV支座上。由于凡是涉及到12Cr1MoV和P91材質(zhì)的焊接都需要進(jìn)行高溫回火[2]。故如果參照以上工藝，需進(jìn)行兩次高溫回火，十分耗電。

在研究耐熱鋼的焊接性能特點后，研究采用后熱代替第一次高溫回火，待整個管夾、管夾座焊接完成后，再進(jìn)行整體焊后熱處理，以保證焊接質(zhì)量。具體工藝如下：12Cr1MoV管夾座裝配完成后，按照焊接工藝規(guī)范要求進(jìn)行預(yù)熱，再進(jìn)行焊接，焊后去氫處理，之后裝配P91材質(zhì)管夾于管夾座上，焊接完成后，嚴(yán)格按照焊接工藝要求進(jìn)行焊后熱處理。

4.結(jié)論

1）在支吊架的生產(chǎn)中，精確的裝配精度是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要條件，特別是對彈吊恒吊的質(zhì)量影響。

2）管夾的加工工藝關(guān)系管部的質(zhì)量，合理的加工工藝不但使管夾尺寸更加符合要求，而且可以保證管夾內(nèi)部質(zhì)量。

3）汽水管道支吊架管部廣泛使用耐熱鋼材料，對焊后熱處理要求很高。合理采用后熱處理代替焊接過程中的部份熱處理，不影響焊接質(zhì)量的同時更能提高焊接效率，節(jié)約電能消耗。

[1]蒯春光,彭志方.T/P91鋼在450-1200℃區(qū)間各相元素的分配特征及相穩(wěn)定性[J].金屬學(xué)報,2008,44(8):897-900.

[2]李亞江,王娟,周冰等.P91耐熱鋼焊接區(qū)的微觀組織結(jié)構(gòu)分析[J].焊接學(xué)報,2003,24(2):39-43.