1000MW機(jī)組鍋爐水冷壁泄漏原因分析及處理

田強(qiáng)

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了1000MW機(jī)組鍋爐基本情況，進(jìn)行了泄漏問(wèn)題分析，探索了泄漏問(wèn)題防范措施：準(zhǔn)確掌握焊接操作規(guī)范、熱處理，以期提升水冷壁泄漏問(wèn)題的處理效果，減少機(jī)組鍋爐泄漏問(wèn)題發(fā)生，提升鍋爐運(yùn)行能力。

關(guān)鍵詞：焊接;泄漏問(wèn)題;熱處理

引言：水冷壁在機(jī)組鍋爐中，作為受熱部分，含有多組鋼管，集中分布在鍋爐爐膛周邊。在水冷壁內(nèi)部，含有動(dòng)態(tài)水、蒸氣，外界在接收鍋爐爐膛傳輸?shù)臒崃繒r(shí)，管壁將會(huì)接收熱量，以此降低爐膛溫度，對(duì)爐膛形成保護(hù)。鍋爐中有至少40%的熱量，由水冷壁吸收。

一、1000MW機(jī)組鍋爐基本情況

1.機(jī)組情況

國(guó)內(nèi)某電廠鍋爐型號(hào)為M54X，此鍋爐供應(yīng)商成功引進(jìn)了Boiler Gmbhd技術(shù)，獲得了機(jī)組鍋爐運(yùn)行新形式。鍋爐所用的水冷壁，布設(shè)為兩段式，在鍋爐68米位置，裝設(shè)了過(guò)渡集裝箱。水冷壁分布形式：螺旋管在鍋爐下部、垂直段在鍋爐上部。水冷壁長(zhǎng)度大于41.5米時(shí)，型號(hào)以國(guó)產(chǎn)T23鋼為主。

2.材料情況

T23鋼種，在溫度條件為560℃時(shí)，其允許應(yīng)力達(dá)到T91，在溫度條件為610℃時(shí)，其蠕變強(qiáng)度相比T22鋼類(lèi)型高出將近一倍。T23鋼類(lèi)型材料，其可焊能力優(yōu)異，在焊接前后對(duì)其無(wú)須采取預(yù)熱處理。T23鋼類(lèi)型與T22類(lèi)型相比具有較強(qiáng)的高溫保持能力，同時(shí)在可焊性方面獲得了改善，由此在行業(yè)內(nèi)獲得了廣泛認(rèn)可。

如表1所示，T22、T23兩類(lèi)鋼的機(jī)械性能對(duì)比情況。

二、泄漏問(wèn)題分析

在基建工程建設(shè)前，施工單位并未全面掌握T23鋼特性，結(jié)合廠家工藝配方，有序落實(shí)施工焊接操作。與此同時(shí)，塔式爐內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分布，存在布局規(guī)劃問(wèn)題。塔式爐內(nèi)部各分支零件間角焊縫，在水壓性能測(cè)試、機(jī)組功能調(diào)試中，形成多次水冷壁泄漏現(xiàn)象[1]。結(jié)合泄漏表現(xiàn)，作出以下分析：

（1）泄漏點(diǎn)，分布具有集中性，以螺旋段水冷壁為例，泄漏位置集中在其標(biāo)高55米左右處，以轉(zhuǎn)角彎管角焊位置為主，在過(guò)渡梁、管子角等位置，也存在泄漏問(wèn)題。

（2）在進(jìn)行水冷壁調(diào)試時(shí)，機(jī)組在冷啟動(dòng)狀態(tài)下，水壓將會(huì)處于7`10MPa范圍內(nèi)，水冷壁泄漏。

針對(duì)泄漏問(wèn)題進(jìn)行成因分析時(shí)，裂紋現(xiàn)象包括三種。

（1）在應(yīng)力較高狀態(tài)時(shí)形成的冷裂紋。以熔合線為基準(zhǔn)，粗晶區(qū)表現(xiàn)出晶界微弱情況，晶界位置形成了碳化物。

（2）管路布局繁雜，剩余應(yīng)力值較高，同時(shí)在焊接不良情況下，形成了裂紋。

（3）冷熱裂紋特點(diǎn)兼?zhèn)涞男孤┈F(xiàn)象。在金相試驗(yàn)中，能夠發(fā)現(xiàn)在裂紋擴(kuò)展時(shí)，表現(xiàn)出較為明顯的延晶現(xiàn)象，同時(shí)在主裂紋起始位置，可見(jiàn)微裂紋。

裂紋問(wèn)題小結(jié)：現(xiàn)階段所見(jiàn)的裂紋現(xiàn)象，大多數(shù)由應(yīng)力作用形成，將泄漏問(wèn)題焊接為形差狀態(tài)，不良應(yīng)力在集中分布時(shí)，增加了冷裂紋形成的可能性。然而，在結(jié)構(gòu)應(yīng)力較高、工藝布局合理性不足的條件下，極易形成再熱裂紋現(xiàn)象。

三、泄漏問(wèn)題防范措施

（一）準(zhǔn)確掌握焊接操作規(guī)范

結(jié)合鋼類(lèi)型的焊接表現(xiàn)，在焊接鋼材時(shí)，應(yīng)掌握焊接操作規(guī)范為：

（1）當(dāng)使用小口徑弧焊器具進(jìn)行焊接時(shí)，其焊態(tài)沖擊形成的韌性值較大，相對(duì)于小口徑薄壁管而言，對(duì)其進(jìn)行焊接時(shí)，可采用全氬焊接進(jìn)行處理。針對(duì)厚壁管的焊接操作，可使用氬弧焊器具進(jìn)行前期操作，繼而在填充、蓋面操作時(shí)，使用焊條電弧焊。在前期操作打底時(shí)，可預(yù)焊2～3層，使用氬弧焊完成，以此保障焊接品質(zhì)，對(duì)管內(nèi)壁形成氬保護(hù)狀態(tài)，減少氧化問(wèn)題。

（2）焊接坡口設(shè)計(jì)傾斜度為60°，鈍邊參數(shù)取值為[0.5，1]毫米，間隙參數(shù)設(shè)計(jì)范圍為[2，3]毫米。如若間隙不大，將會(huì)引起焊透不完全問(wèn)題，間隙較大，極易發(fā)生填充金屬占比較高的現(xiàn)象，引起焊接速度有所減小，發(fā)生背面過(guò)燒不利問(wèn)題。

（3）對(duì)鎢棒進(jìn)行打磨，使其形成傾斜角為15°的錐形，鎢棒較尖時(shí)，能夠提升電弧作業(yè)的集中效果，電弧集中作業(yè)，能夠提升熔池成型速度，最大化保障焊接效率，防止根本發(fā)生過(guò)燒現(xiàn)象。

（4）在焊接處理時(shí)，應(yīng)以熔合最佳狀態(tài)為主，減少冷裂紋焊接現(xiàn)象形成，盡量回避過(guò)高預(yù)熱處理，回避層間溫度、較高焊接能量的使用問(wèn)題。采取多層多次的焊接方法，每層焊接厚度以2.5毫米為基準(zhǔn)，允許偏差為±5毫米，保障上層焊道能夠以回火形式，反作用于下層焊道。

焊接操作技巧小結(jié)：以小線能量焊接為主，提升連弧焊接速度，焊接時(shí)進(jìn)行擺幅控制、焊層厚度小、多層焊接方法[2]。

（二）熱處理

鋼材在起初研發(fā)使用時(shí)，其操作目標(biāo)是不做預(yù)熱處理，結(jié)合ASME標(biāo)準(zhǔn)可知，在對(duì)長(zhǎng)度不足12毫米的鋼材焊接時(shí)，可不予進(jìn)行熱處理。然而，在生產(chǎn)過(guò)程中，鋼材不做預(yù)熱處理，具有一定先決條件。針對(duì)壁管厚度較大、焊接結(jié)構(gòu)錯(cuò)雜的構(gòu)件，如若不采取預(yù)熱處理，具有危險(xiǎn)性。與此同時(shí)，鋼材焊接完成時(shí)，對(duì)其不采取熱處理，具有處理范圍限制。對(duì)于較高拘束應(yīng)力構(gòu)件而言，在對(duì)其進(jìn)行焊接處理后，應(yīng)施行熱處理。

各類(lèi)鋼材品種，在回火軟化、回火脆性等方面的表現(xiàn)，具有相似性。在較低溫度熱處理時(shí)，溫度處理難以改善鋼材料焊接性能，甚至?xí)鹞：?wèn)題。因此，應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)高溫度的熱處理，以便于綜合增強(qiáng)鋼材焊接性能。一般情況下，鋼材焊接完成時(shí)，熱處理溫度取值范圍為[700，730]℃。然而，在實(shí)際焊接處理時(shí)，溫度提至740℃，將會(huì)增強(qiáng)鋼材性能的改善效果。與此同時(shí)，在熱處理時(shí)間為2小時(shí)，溫度條件為750℃時(shí)，能夠獲取鋼材料最佳性能。

在熱處理剛性強(qiáng)、壁厚種類(lèi)的鋼材時(shí)，應(yīng)在焊接完成后進(jìn)行，盡量回避再熱裂紋的形成溫度范圍。可采取退火處理形式，溫度條件設(shè)定為550℃，持續(xù)時(shí)間為1小時(shí)，以此形成釋放剩余應(yīng)力，繼而控制740℃溫度條件下的退火周期。

結(jié)論：綜上所述，在機(jī)組運(yùn)行期間，應(yīng)加強(qiáng)機(jī)組性能監(jiān)管，準(zhǔn)確獲取機(jī)組泄漏的發(fā)展過(guò)程，準(zhǔn)確確定泄漏問(wèn)題根源，加強(qiáng)水冷壁泄漏問(wèn)題處理，保障鍋爐機(jī)組使用的安全性，提升機(jī)組運(yùn)行成本控制效果，保障鍋爐機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]張鴻武，岳增武，楊東旭.電站鍋爐水冷壁管泄漏原因分析及處理[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，2020，55（04）：79-83.

[2]曾永光，羅紅星，常艷.一起循環(huán)流化床鍋爐水冷壁泄漏的原因分析及處理[J].特種設(shè)備安全技術(shù)，2019（02）：6-7.

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