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，發現主蒸汽堵閥兩側焊縫熱影響區存在裂紋，嚴重影響設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，確定管系應力是產生開裂的主要原因。

關鍵詞：電站鍋爐；主汽堵閥；焊縫；裂紋；管系應力

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

1 檢查情況

1.1 宏觀檢查

兩路主蒸汽管道堵閥（電動門）兩端閥側焊縫靠近爐墻側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分布情況。

1.2 材質復核

采用合金分析儀對裂紋嚴重的爐左側主汽堵閥、堵閥后焊縫和直管主要金屬元素含量分別進行復核，結果表明所使用材質與設計材質相符，見表1所示。

1.3 金相檢測

采用現場金相方法對爐左側主汽堵閥、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

對爐左側主汽堵閥、堵閥后焊縫和直管進行了現場硬度檢測，檢驗結果見表2所示。主汽堵閥材質為WC9（相近材料為10CrMo910），參考DL/T 438-2009《火力發電廠金屬技術監督規程》中材質為10CrMo910管件硬度區間為130～197HB，左側主汽堵閥硬度低于標準下限，堵閥后焊縫和直管硬度符合標準要求。

2 開裂原因分析

綜合現場各項檢測結果，除個別硬度稍低（在現有管壁厚度和其他指標合格的工況下，若監督運行，不影響使用）外，各項指標正常，綜合使用能力尚可，表明主汽堵閥兩側焊縫開裂可排除錯用材質、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，電動門呈關閉狀態。主蒸汽管道電動門所在管段結構圖如圖1所示。

現場檢查發現，兩側主汽電動門兩端焊縫裂紋均分布在主蒸汽管道爐內側與旁路管對應的水平位置；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。根據管路結構與裂紋分布位置對應關系，分析認為，由于旁路上電動門一直處于關閉狀態，機組運行期間旁路內沒有介質流動，相當于盲管，特別是兩個電動門間基本無介質流通。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生水平面內的彎曲應力。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力會更大，長期作用會導致管道產生上述裂紋的產生。

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力計算，根據計算結果對管系應力和管道支吊架進行優化調整。

4 結論

本文鍋爐堵閥焊縫裂紋現場檢查和試驗，結果表明，管路設計不合理是導致本次開裂的主要原因。火力發電廠機爐外管道容易造成重大事故，歷來是監督的重中之重，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生，確保設備、人員安全運行提供了有力保證。

參考文獻：

[1] 鄭宏曄，樓玉民，楊點中，胡潔梓.WC9堵閥補焊裂紋分析及措施[J].焊接技術，2011 （10）.

[2] 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（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：火力發電廠金屬監督和焊接技術管理。