杨茗杰 张华
华电新疆发电有限公司红雁池分公司 新疆 乌鲁木齐830047
摘要:本文介绍了华电新疆红雁池发电有限公司1号锅炉过热蒸汽集箱与点火排气管管座处裂纹产生的原因及其处理，采用挖补打磨处理后，使集箱及管座安全运行性的验证内容。
关键词:锅炉;集箱;管座;裂纹;热处理
1 概况
华电新疆发电有限公司雁池分公司#1锅炉是武汉锅炉厂设计制造，型号为：WGZ670/13.7-10，额定蒸发量：670t/h， 额定蒸汽温度：540度，额定蒸汽压力：13.73mpa，再热蒸汽进口温度：303.6度，出口温度：540度，再热蒸汽进出口压力：2.304/2.171mpa。#1锅炉为超高压，一次中间再热，自然循环汽包炉，倒u型布置，单炉膛，燃烧器四角布置，切圆燃烧，平衡通风，固态排渣，采用管式空气预热器，钢构架。截止到发现裂纹累计运行约13万小时左右。
锅炉及压力容器受压元件的安全运行 ,是电力生产中普遍关注的问题。焊缝裂纹是锅炉运行的一个巨大的隐患。本人针对华电新疆发电有限公司红雁池分公司1号炉点火排气集箱及对接管座处裂纹进行打磨补焊处理 ,在我公司1号炉的点火排气集箱及对接管座的角焊缝处 ,发现严重裂纹。本文分析了裂纹产生原因 ,并进行消除裂纹的办法 ,以保障锅炉安全运行。
2020年1月17日我公司1号炉在运行期间高温过热器点火排气管座泄漏，停炉后检查发现点火排气管与过热蒸汽集箱连接的管座焊缝上有一条横向裂纹，长度约110mm，深度为13mm(以贯穿焊缝泄漏)，其集箱材质为：12cr1mov、规格为φ355×50mm,在对管座打磨检查时，发现管座与直管段之间的环焊缝也存在表面横向裂纹，其材质为,12cr1mov、规格为φ133×13mm,长度约60mm，深度为8mm(无发生泄漏)，经对集箱角焊缝及管座上焊口环焊缝进行着色探伤检查发现集箱管座角焊缝处裂纹为400mm长（见图1），几乎接近完全断裂状态，管座上焊口直管段环焊缝表面裂纹为200mm（见图2），由于机组临时停运时间短，无备品管座，综合考虑我公司经济效益而言，管座更换必将带来巨大的经济损失，只有将点火排气管管座、管座上方直管段环焊缝表面裂纹彻底打磨干净并进行焊接处理才能保证集箱的安全运行。
图一
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图二
2 裂纹产生的原因
(1)该处点火排汽管管座旁支吊架失去支撑悬吊作用，且安装位置没有在管子受力最大部位，在运行过程中产生震动，在管座处产生附加应力。
(2)原管座有安装补焊过痕迹，因此，在补焊过程中管座应力较大，有助于疲劳产生裂纹，或使原有缺陷部位发展成为裂纹。
(3)长期处于高温热交变载荷状况，管口区域内应力特别集中，反复应力便会使其超过材质的屈服极限，焊缝就发现塑性变形，于是沿着焊接方向就产生裂纹。
(4）裂纹产生部位正是应力集中区，角焊缝在弯矩力的作用下，加上管道在运行中的高频震动，在此工况下长期运行，产生疲劳裂纹。
(5）该机组运行时间较长，已经运行约13万小时，且长期参与深度调峰，引起金属疲劳损伤。 (6）排汽管管座位置 ,由于防雨水措施不足 ,在雨水或潮湿天气时 ,不管锅炉是在运行中或在停炉时都会有雨水、潮湿空气渗入管座角焊缝处 ,使管座角焊缝外壁产生严重氧化 腐蚀现象 ,极易产生微观裂纹等缺陷 ,在微观裂纹 处形成裂纹源 。
由此可见，该部位热应力及振动是造成该管座裂纹的主要原因。
3 裂纹的处理
最长的裂纹已经达到大半个圆圈 ,且横向方向穿透管接头壁厚 ,裂纹出现最多的位置集中 在角焊缝与管接头交界线附近。实际运行中穿透管壁的裂纹发生泄漏 ,如采取简单施工工艺方案处理 ,直接在裂纹上盖面补焊 将裂纹覆盖住,无形中将裂纹隐藏了。这就是埋藏起来的重大安全隐患 。
由于裂纹是严重威胁设备安全运行的缺陷，承压部件不允许有裂纹存在，因此，必须将裂纹彻底消除，所以采用机械打磨的方法逐步将裂纹消除并经探伤检查确认管座内外壁无裂纹。
以下介绍处理方法：
（1）管座裂纹面积较大，但又不可用火焰切割。采用电钻沿裂纹区域内钻止裂孔，用内磨机及角向磨光机逐步清除裂纹，直至将裂纹清除干净。随后角向磨光机将焊接区域内打磨光滑见金属光泽，使环形焊缝平滑缓慢过渡。
（2）补焊前检查，用磁粉及着色剂探伤检查焊缝金属，没有发现残存裂纹（见图3）。
图四
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4 补焊
（1）考虑到集箱管座的材质、壁厚及补焊面积大，填充金属多、热应力集中特性决定补焊时选用较小的焊接规范。
（2）由于封底焊接内壁无法进行打磨，内壁污垢较多，为避免产生气孔夹杂，不能采用氩弧焊工艺进行。为保证合格的焊缝，封底焊条采用φ2.5mm、R312酸性焊条进行,焊前经150℃-200℃烘干、保温2小时.电流在80～90A之间、焊机采用ZX7-400STG型逆变焊机，直流反极接法。
（3）其余焊道接采用φ3.2mm、R317碱性焊条进行、焊前经350℃-400℃烘干、保温2小时，电流在100～110A之间、焊机采用ZX7-400STG型逆变焊机，直流反极接法。
（4）补焊采用多道多层次退热焊法及采用窄焊道、小电流受热均匀，避免局部温度过高，以减小应力集中。
（5）焊前预热：采用火焰预热的方式。加热范围为三通焊囗边各150mm区域内，预热至250℃左右。
（6）施焊中，焊道温度不低于200-250℃。珠光体耐热钢易产生火囗裂纹，运条收弧时应特别注意。另外，为避免根部绞边，焊缝加强面最外层的最下道焊缝和最上道焊缝可适当降低电流。
（7）焊后热处理
管座施焊完毕，立即进行了热处理。热处理采用线圈是截面为150㎡的裸铜线。焊囗加热区域为焊囗两侧共400mm范围内，用石棉布作绝缘保温层。
此外，低合金珠光体耐热钢焊后回火处理时，在600℃左右区域焊缝及热影响区有一再热裂纹敏感区，尤其考虑到集箱管座补焊面积较大、填充金属多、热影响区也大这一特殊情况，因此，当回火温度在550～650。C区间时，适当加快了升温速度以减少可能的再热裂纹趋向。
参照水电部SDJ51一82（火电建设焊接篇）规定，按图4所示曲线进行了热处理。加热300℃以上后才控温；冷却至300。c后可由其自然冷却。
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（8）质量检查
外观检查冷却后用磁粉探伤及着色检查，没有发现再热裂纹及冷裂纹。管座焊缝及集箱挖补处均无表面缺陷，焊缝质量良好。
5 结束语
对于运行时间较长的机组，设备老化日益严重，而做为长期参与调峰机组，承压部件的损坏较为严重，像集箱及蒸汽管道上接管座处产生及易产生裂纹并扩展到母材上，而运行机组更换集箱管座则较为困难，一是无现货且制做时间长，二则安装检修所需要的时间也长，通过这种处理方法，可减少资金投入，对裂纹消除后，该集箱及其接管座仍能满足其安全运行的需要。通过这一年的运行该管座部位没有发现新的裂纹，运行正常。
参考文献 ：
[1]《锅炉及压力容器受压元件强度 》北京 :机械工业出版社 ,1999
[2]《焊接手册》机械工业出版社 2014版