1新乡中益发电有限公司 河南新乡 453400；2中国电建集团河南工程有限公司 河南郑州 450000
摘要：通过对超超临界机组主蒸汽异型弯头局部硬度不合格原因分析，制定了现场处置方案，采用了辅助加热与中频感应热处理结合的工艺，解决了重大安全隐患，对火力发电厂同类型缺陷的处理具有指导意义。
关键词：主蒸汽异型弯头；马氏体耐热钢；原因分析；处置方案；中频感应加热
Cause Analysis and Treatment of Unqualified Hardness of Special Bend of 660MW Power Station Boiler Main Steam
Abstract：Through analyzing the causes of unqualified local hardness of main steam special-shaped elbow of ultra-supercritical unit，the on-site disposal scheme is formulated and the intermediate frequency induction heat treatment process is adopted，which solves the major potential safety hazard and has guiding significance for the treatment of similar defects in thermal power plants.
Key words：special-shaped bend of main steam；Martensitic heat resistant steel；Cause analysis；Disposal plan；Intermediate frequency induction heating.
1 前言
四大管道尤其是主蒸汽系统管路出现硬度偏低金相组织异常的现象普遍存在，严重威胁机组的长周期安全稳定运行，借此案例分析及处理，与大家共享。
2 设备基本状况
#2 机组为 660MW 超超临界参数燃煤汽轮发电机组，锅炉为 DG2060/26.15-Ⅱ2 超超临界参数变压运行直流炉、单炉膛、前后墙对冲燃烧、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型布置，2015 年 3 月投产，累计运行时间 24000 小时。主蒸汽异型弯头为 44.996°弯曲半径 686mm 带 191mm 直段直接与锻件三通焊接相连的热压弯头，材质为 SA-335P92，规格为 ID292×75mm，设计压力 27.5MPa，设计温度 610℃。
3 硬度不合格现象及原因分析
①此弯头位于汽机 6.9 米层主蒸汽锻制三通后，异型弯头及两侧焊缝金相、硬度检测位置见图 1 所示，#2 焊缝两侧母材硬度偏低，弯头侧硬度度偏低处组织异常（马氏体板条状形貌开始分解，碳化物呈链状分布或者马氏体形貌基本消失，碳化物聚集长大），检测#1 焊缝及两侧母材硬度结果未见异常。局部区域硬度异常（650×450mm 范围硬度在 140HB- 180HB），低于标准推荐值 180-250HB，金相组织异常。
②经查看材料出厂原始资料（进口货物报关单、外商质检证书、国内商检报告、原产地证书）、配管资料（配管前的验收资料和配管后的检验资料）、现场验收资料，硬度范围在 200-220HB 之间，符合规程要求；查看安装期间热处理曲线、硬度检测资料，未见异常。查看运行曲线未见超温运行情况；查看现场保温，未见保温破损。
③基于硬度异常部位在#2 焊缝左右两侧，范围为 650×450mm，弯头部位居多；判定安装施工阶段热处理过程中部分履带式加热片烧损，导致局部超温，最终形成硬度偏低现象。
.png)
图1 汽机 6.9 米主汽三通后弯头低硬度区域（阴影区域） 图2 现场位置标识
金相检测 4 处，图 1 中金相点 1～4 所示，金相组织图片分别见图 3～6，其中金相点 1 为异常组织。
图6 直管203HBHLD处-金相点4 400×回火马氏体组织
4 处理方案
由于主蒸汽异型弯头硬度偏低热处理技术难度高、工作量大、检修工期短，同时主蒸汽母管道处于高温高压工况下长期运行，要求制造的钢管、管配件具有优良的理化性能，重新安装、处理的焊接接头不得有超标的工艺缺陷，且需保证原始管道的性能不因新管更换而导致性能下降过大。为确保机组主汽管道 P92 安装焊缝的焊接质量和使用性能，达到机组安全可靠经济运行的目的。特制定了多个方案。
①更换方案的确定。三个方面原因确定采用整体更换的方式。原因一是工期短，机组停运到运行 25 天；原因二是整体硬度偏差较大，最高处 210HBHLD，最低处 150HBHLD，整体回炉处理效果不理想；原因三是直管段侧热工测点每隔 300 一个，影响焊后热处理。整体更换部分为弯头和右侧 610mm 直管，取消+Y 向压力测点一个，取消+Y 向性能试验压力测点一个，在直管段增加一个+Y 向压力测点一个。更换管件图见图 7。
.png)
图 7 更换管件图
热处理施工时需要注意长度 610mm 直管主要是要把硬度不合格及低于 185HBHLD 的范围包含在内，防止二次热处理使其硬度下降；要把热工测点的热影响区一并包含，防止热工测点距离焊缝太近影响热处理效果。
管件中间焊缝和管座角焊缝需要在制造厂焊接后整体热处理。由于异型弯头是一端带直段的，因此管件组焊前要进行放样验收，防止弯头装反，影响现场安装。
四大管道的配管需注意：制造单位应向经总局核准的具备锅炉或压力管道监检资质的检验机构提出监检申请，由检验机构按照安全技术规范和标准实施制造过程监督检验，合格后出具监检报告和证书。未经监督检验合格的管道元件组合装置不得在电站锅炉范围内管道中使用。
②焊接方案
铁工对口，在组装前应将坡口表面清理干净，直至发出金属光泽，清理范围为每侧各为10-15mm，采用水溶纸对 2 道焊口位置做好密闭气室。严禁在管子上焊接临时支撑物。
对口间隙应为 2.5-4mm，管子对口应在自由状态下，禁止强力对口。该 2 道焊口需要同时对口，调整 2 道口的对口间隙，尽量保持间隙均匀。
点焊前应认真检查对口质量是否达到要求，点焊的材料、工艺与正式施焊相同。使用点焊卡块进行点口，保证点焊的质量。
预热温度氩弧焊时为 150～200℃，电焊前预热 200-250℃，并保持层间温度 200～ 250℃，采用电加热进行预热，升到预热温度后保温至少 30 分钟方可进行施焊。
采用 MTS616，Φ2.4 的焊丝，氩弧焊打底，电流控制在 90-110A 之间，焊层厚度控制在2.8～3.2mm 范围内。打底前检查气室及充氩情况，确实满足要求方能开始打底，施焊过程中氩气流量应保持在 8-10L/min。打底过程中从对面检查焊缝内部质量，如有氧化或内凹、未熔合等现象需立即处理。打底完毕，仔细检查打底质量，确认合格后，关闭气源，调整电源极性，采用 MTS616，Φ3.2 的焊条及时进行电焊填充及盖面层焊接，电流控制在 90-130A 之间，电焊每层焊接完成后严格检查焊接质量，如有问题立即清除重新焊接。当去除临时点固物时，不应损伤母材，并将其残留焊疤清除干净、打磨修整，不得留有焊疤等痕迹，并以肉眼或低倍放大镜检查，确认无裂纹等缺陷后，方可继续施焊。
两人对称焊接时注意不得同时在一处收头，以免局部温度过高影响施焊质量。焊接中应将每层焊道接头错开 10～15mm，同时注意尽量过渡平滑，便于清渣和避免出现“死角”。每层每道焊缝焊接完毕后，应用砂轮机或钢丝刷等将焊渣、飞溅等杂物清理干净（尤应注意中间接头和坡口边缘），经焊工本人严格检查合格后，方可焊接下一层。焊接过程中应注意避免保温棉等异物落入焊缝中。
该 2 道口的焊接顺序为：同时焊接两道。焊接过程中注意管子的收缩变形，如焊口卡块开裂，需重新对口。
③热处理方案
焊接完毕冷却至 80-100℃恒温 1-2h 后应随即做焊后高温回火热处理。如暂时不具备焊后回火条件，则应进行升温至 300-350℃，保温时间不小于 2h 的后热处理。同时处理 1#，2#焊口。
焊缝热处理采用中频感应加热。弯头与三通焊口位置比较特殊，三通侧使用加热绳缠绕布置宽 300mm 以上的助热区。具体布置方式如图 8 所示。保温层采用 50mm 的保温棉，保温层表面敷设石棉布，保温宽度每侧应大于加热宽度 200mm 以上。加热宽度（单位为 cm）按照公式：加热宽度×0.7≤加热宽度≤加热宽度×1.4；加热宽度=4.5×（外径÷壁厚）½ + 5.3×壁厚。经计算 37cm≤加热宽度≤73，加热宽度取 60cm。中频电源功率按照公式（外径÷壁厚）½×外径×壁厚÷17，计算功率大于 46KW，采用 CXD-IE90 感应加热电源。感应线圈布置 30 匝，沿焊缝中心向两侧对称均匀布置，每匝之间间隔一公分左右。
热电偶使用点焊式热电偶，与焊缝垂直布置，弯头与直管道对接焊缝布置 3 根控温热电偶，分别布置在焊缝的 12 点，6 点和 9 点位置。弯头与三通焊口布置 3 根控温热电偶，1 根监测热电偶，分别布置在 12 点，6 点和 9 点位置。1 根监测热电偶布置在助热加热器的加热中心，并为 12 点位置。
控温热电偶加热温度到 755℃，恒温 5h，升温速率控制在 50-100℃/h，降温速率控制在50-150℃/h。时刻注意监测热电偶的温度变化，及时调整参数保证控温热电偶的温度正常。降温至 200℃，不再控制降温速度。
5 结论
（1）经过精心组织，严格按照方案施工，施工单位、监检方、建设方三方检测认定无损探伤合格，硬度检测范围 180HBHLD-200HBHLD 符合标准要求合格，金相检测合格。
（2）严格按照执行法规、上级文件，必须进行制造监检、安装改造维修告知、有资质单位的安装监检，符合法规。
（3）整体更换方案完全满足一个 C 修周期 25 天、部件整体硬度偏差较大、材质为马氏体钢异形件的施工。
（4）焊接施工工序和施工工艺控制得当，焊接质量可以得到保障。
（5）辅助加热与中频感应加热热处理结合，可以解决由结构原因导致加热区较短异形件的热处理难题。
（6）必须加强马氏体钢管件与管子的金属监督，避免带“病”运行。
6 结束语
金属监督工作贯穿于机组的全寿命周期内，保持应修必修、修必修好的态度，熟悉规程和上级文件，了解同类型机组出现的问题，预防检查，切实做好金属监督工作，才能保证机组安全经济稳定运行。
参考文献：
［1］ 市监特函［2018］515 号《市场监督管理总局办公厅关于开展电站锅炉范围内管道隐患专项排查整治的通知》
［2］ DL/T 819—2019 火力发电厂焊接热处理技术规程［S］.
［3］ DL/T 869—2012 火力发电厂焊接技术规程［S］.
［4］ DL/T 438—2016 火力发电厂金属技术监督规程［S］.