徐 春
浙江大唐乌沙山发电有限责任公司 浙江 宁波 315722
某电厂国产4台600MW超临界机组锅炉采用哈尔滨锅炉有限责任公司与三井巴布科克(MB)公司合作设计、制造的超临界本生(Benson)直流锅炉,型号:HG-1890/25.4-YM4。一次中间再热、滑压运行,固态排渣、单炉膛、平衡通风、Π型露天布置。末级过热器出口汇集集箱两端引出的两根φ508mm×80mm、SA-335 P91的主蒸汽管道引向汽轮机。在两根主蒸汽管道上对称布置有6只弹簧安全阀和2只动力排放阀(PCV)。
锅炉主汽管道至汽轮机布置有液压自动主汽门而没有布置电动闸阀。由于主汽门密封性能不好,机组检修完成后锅炉一次汽系统无法进行水压试验,尤其是锅炉受热面更换或大面积改造后,无法检查受热面的检修质量,因此存在严重的安全隐患。
为了增强锅炉承压部件的检验手段,提高机组的安全性能,需要在末级过热器出口汇集集箱的出口管道(即主蒸汽安全阀入口直管段)加装水压试验堵阀。
为使改造后对管道系统(应力、应变)分布及对支吊架的影响降至最低,将堵阀安装靠近K柱侧(锅炉主梁),具体位置见图1。
按改造1m长φ508mm×80mm管道测算,管道净重 839kg;堵阀净重约2800kg;实增加负载2000kg。
经测算,在增重2000kg的情况下,须单独增设支吊架(规格:工作负载为35kN,结构负载为70kN的弹簧支吊架)[1-6]。
为防止管道焊后热处理影响,支吊架11以及增设吊架吊点位置均须距堵阀两端各500mm距离(具体安装如图1所示)。
阀盖采用自密封结构,安装时螺栓拉紧阀盖,运行时,蒸汽压力施加于阀盖,使阀盖向上顶紧,密封可靠。
堵板密封原理与之类似,装入堵板装置后,旋紧支撑钉,给密封一预载荷,水流进入后,介质力使密封更可靠,达到零泄漏。
图1 堵阀安装位置
图2 堵阀结构图
阀体支管基本与管道内径相等,并配有导流套,阀门压力损失基本为零。同时,阀瓣装有 “O”型密封圈,密封性好(见图2)。
1)解体堵阀,对堵阀各部分进行PT检验(渗透检验)和光谱检验,确定阀体无裂纹、砂眼,并且确定材质符合设计要求。
2)测量堵阀尺寸,厚度是否符合设计要求.
3)划线。以主汽集汽联箱出口管道第一个弯头后的第二道焊口往炉后偏移30mm为基准点,根据堵阀实际尺寸划出切口位置。
1)切口后管道消磁
利用指南针确定管道焊口处磁场方向。在管道上配置截面35~50 mm的柔性焊接导线组成的线圈,将其接到一个或者两个顺序连接的直流焊机上,使其形成的磁场作用方向与管道剩磁场作用方向相反。
在消磁的过程中,必须周期性地用磁力计在钢管上检查消磁磁场作用的结果。必要时,控制电流或者改变它的方向(用在焊接变流器上换接导线的方法)。
消磁结束以后,为了平滑地降低磁通时,应该在1min内逐渐减小电流,直到零值,然后切断电源。
2)管道热处理及焊接
将切开口的管道两侧塞入可溶纸,利用制做好的管道对口专用卡具固定在管道上进行对口,调整管道与堵阀的同心度,偏差不超过0.20mm,焊口间隙5~6mm对口完成后,利用槽钢将管道与堵阀固定。
表1 焊前预热的情况
焊前采用跟踪预热(见表1),最低预热温度不低于150℃,层间温度保持在250℃以下。采用Ws/D焊接工艺,并且进行两遍氩弧焊打底,保护气体氩气纯度≥99.995%,氩气流量为8~12L/min。由于P91钢焊接时,熔池铁水粘度大,流动性差,焊接规模又小,容易出现夹渣,层间末熔合等缺陷。故必须采用多层多道小规模焊接,焊层厚度尽量减薄,每层焊道厚度不超过焊条直径的2mm,摆动焊接时,焊条摆幅不超过焊条直径的4倍,每层焊道必须清理干净。发现外表成形不好的马上补焊,严禁在焊缝冷却后直接补焊。
焊接完成后必须进行后热处理,后热处理温度控制在300~350℃,并保温2小时。
焊后热处理采用多路输出,多点测温,且加热器与热电偶一一对应,焊口上下温度始终保持一致,使热处理焊口升、降温度以≤150℃为宜。加热温度为750~780℃,恒温按每25mm壁厚/1小时计算,但最少不得少于3小时。降温至300℃时,可不控制,冷却至环境温度。[7]
3)管道焊口检验
P91材质管道对口前坡口管道需要做磁粉检测(MT)或液体渗透检测(PT)检验,焊口热处理后焊缝及焊口两侧母材各200mm范围做MT检验,焊接接头热处理后硬度合格范围控制在180~250HBW。
管道焊口焊接完成后,要超声波进行无损检验,发现缺陷及时处理。
4)支吊架安装
弹簧支吊架的安装应严格按照设计及相关规程、验标要求执行。
吊架,吊杆等零部件应按设计采用螺纹联接,不允许使用焊接吊耳的方法进行连接,其连接部位螺杆必须至少超出螺帽2~3个丝扣,且锁紧螺帽必须按规定锁到位。
支吊架的配装先放线测量,位置按设计图纸要求,偏装量符合设计要求,方位准确。
5)安装堵阀检修平台
安装检修平台时必须考虑堵阀运行状态的膨胀间隙,平台格栅板与堵阀的间隙不得低于主汽管道热态时向两侧的膨胀值131mm。如图3所示。
1)对口应内外对齐,如有错边,错边值不得大于1mm,对口装配时,对接管口端面与管子中心线垂直,其偏斜度不得超过 2mm,不得强力对口。焊接施工时,环境温度应≥5℃;否则应采取措施,来保证焊接场所的环境温度;施工时,需做好防风、防雨,对口方法采用“定位块法”点固在坡口内。[8]氩弧焊打底,在预热到规定温度并加热均匀后进行,打底采用直流正接法、两人对称焊接。氩弧焊打底采用高频引弧、衰减收弧;氩弧焊电流80~110A,氩气流量 10~15L/min,管道充氩,在管道内形成氩气保护氛围,开始流量可为 10~20L/min,施焊过程中流量应保持在 8~10L/min。氩弧焊打底应焊两遍,目的是防止电焊击穿打底层,造成根部氧化。
图3 堵阀平台及支吊架
2)打底完成后,将预热温度升至 200~250℃,可以开始电弧焊;采用直流反接法、两人对称焊接。各层接头应互相错开搭接。填充及盖面时,采用φ3.2mm 焊条,电流 100~130A,电压 22~24V,每层填充金属的厚度控制在3mm左右,在保证熔化良好的前提下,尽量减小焊接电流,严防烧穿氩弧焊打底焊缝,各层接头应互相错开 10~15mm,焊工要加强层间清理,严防焊缝夹渣。[9]采用多层多道焊,单焊道的摆动宽度≤4倍焊条直径。焊接一层至少三道焊缝,中间应有一退火焊道。每层焊道须清理干净,尤其注意清理接头及焊道两侧。焊接过程中,注意控制层间温度,层间温度≤250℃。
3)当焊缝整体焊接完毕,焊接接头冷却到100℃以下,应立即做加热温度为300~350℃,恒温时间为2~5小时的后热处理。热处理后焊缝金属的硬度为 HB180~250。焊缝微观组织为以马氏体板条清晰的回火马氏体为主。
为保证机组检修后,尤其是锅炉受热面的检修质量,需要对锅炉的承压部件进行水压试验,堵阀则作为水压试验重要的隔离装置,因此在对锅炉一次汽系统水压试验堵阀改造过程中,需要重点确定堵阀的安装位置、支吊架的选型、管道的焊接工艺等,从而提高了设备的可靠性,保证了机组安全可靠长周期运行。
[1]张向慧.恒力弹簧支吊架的优化设计[J].新技术新工艺,2009,(09).
[2]刘瑜,徐传海.恒力弹簧选型及恒力弹簧支吊架的设计与安装[J].华中电力,2004,(05).
[3] 沈重光.恒力支吊架[J].电站辅机,2002,(02).
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[5]张春柳,张学俭,韩兆强,程丰渊.四连杆恒力弹簧吊架设计公式的演绎与求解[J].锅炉制造,1999,(02).
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[8]娄杰云.T91/P91钢的性能分析及焊接工艺[J].华电技术,2010,(04) .
[9] 吴军.电站用 T91 钢的性能及焊接[J].华电技术,2002,(10).
[10]刘红文,聂铭,陈顺强.T91钢的性能及其焊接方法[J].广西电力技术,1999,(02).