国产600MW超临界机组一次汽系统水压试验堵阀改造

徐 春

浙江大唐乌沙山发电有限责任公司 浙江 宁波 315722

1 概述

1.1 设备介绍

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。

1.2 堵阀改造安装位置

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。

1.3 支吊架改造确定

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

1.4 堵阀的结构

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）。

2 一次汽系统水压试验堵阀改造

2.1 堵阀改造前的准备工作

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。

2.2 改造施工过程

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。

2.3 一次汽系统水压试验堵阀改造意事项

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。

3 结束语

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）.

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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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［7］姚如一，周骥平，徐钟林，胡家，戎聚康，黄志福.恒力弹簧支吊架的优化设计［J］.机械科学与技术，1995，（02）.

［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）.