浅谈火力发电厂汽水管道支吊架生产检验技术

2014-08-31许建华宋先成许慧

山东工业技术 2014年8期

许建华宋先成许慧

（江苏大秦电气有限公司镇江 212003）

前言：

支吊架是电厂汽水管道系统中的重要组成部分，具有安全承受管道荷载、合理约束管道位移、限制管道接口对所连接设备的推力和扭矩、增加管系的稳定以及防止管道振动等功能。随着机组容量的增大，支吊架由起初的现场制作转变为专业厂家预制现场安装。当前超临界机组、超超临界机组、核电机组的上马，对支吊架的设计、生产都提出了更高的要求。

1.支吊架的分类及技术标准

依据TSG D0001-2009 压力管道安全技术监察规程－工业管道的规定，汽水管道支吊架产品属于管道元件的管道支承件范围，故制造、生产、检验均应符合该规程的规定。

依据西北院火力发电厂汽水管道支吊架设计手册（83版）对支吊架的分类，支吊架主要分为管部、连接件、根部三类。其中管部为直接接触管道的部份，根部为接触建筑结构的部分，连接件则连接管部和根部。管部型式共有27种，西北院手册将其分为D（吊架）、Z（支架）两类，依据管部生产的特点，我们将管部分为管夹式（11种）、焊接式（16种）。根部型式分为4个大类，G1直接吊类，G2悬臂梁类、G3简支梁类、G4三角架类，根部除直接吊类外，余下三类均为热轧型钢结构件。连接件分类三个大类，L连接件，F附件，T变力弹簧组件。另外恒力弹簧组件也归属于连接件。

我国现行支吊架标准为GB/T 17116-1997管道支吊架。在该标准中，对支吊架的制造所涉及的制造公差、管夹成型、焊接、焊后热处理、表面涂层等进行了详细规范。

2.支吊架生产、检验中常见问题

当代火力发电厂大容量机组中，广泛应用12Cr1MoV、P91、P92等耐热钢材料，因而在管道支吊架的管部中，也须采用与管道同质材质的管夹。P91/P92属于高合金耐热钢，正火组织为马氏体，供货态一般为正火回火态，为回火索氏体组织。在焊后自然冷却即会产生冷裂纹，因此P91/P92耐热钢在焊后须进行严格的焊后热处理，这里不详述。支吊架中的耐热钢焊接有以下特点：以角焊缝居多，焊接位置复杂，部份管部的焊接空间较小（如Z1管道固定支座）；以异种材料的焊接居多，如P91与12Cr1MoV相焊，12Cr1MoV与Q235B相焊（D6管夹横担）。由于支吊架产品的以上特点，其在焊接过程中也是极易发生冷裂纹的。

如上节述，在西北院手册27种管部型式中，管夹式管部共有11种，据我公司统计，在实际工程中，管夹式管部的选用达到87%。管夹式管部经常出现的问题是圆弧不圆现象，这个问题在D1/D2这种形式的管夹产生的影响较小，但是在D6型式的管夹中，圆弧不圆将对接下来的工序造成很大的影响。

在管夹厚度较厚的管夹加工中，经常会出现管夹边缘的微裂纹，管夹肩部的表层金属拉伤。这些问题一方面是由于厚板加工难度较大这一难题；另一方面，也是加工工艺不合理的结果。

支吊架的生产中最难控制的是表面质量。由于支吊架产品零件较多，装箱的时候，硬接触是无法避免的，从而经常可以看到表面油漆破损的情况发生。

3.支吊架制造技术

如第一节中所述，支吊架的生产应符合TSG D0001-2009 压力管道安全技术监察规程－工业管道的规定，同时应遵照因家标准GB/T 17116-1997。在第二节中，简述了支吊架制造中经常遇到的一些问题。在本节将讨论易出现问题以及重要工序点的技术措施。

GB/T 17116-1997对管夹冷成型或热成型工艺的应用按材料和板厚进行了区分。如表1，为板材或扁材加工的管夹工艺选择。

表1 板材成型要求

在汽水管道支吊架产品中，需要进行压制成型加工的材料主要有碳素结构钢Q235B、Q245R等，耐热钢12Cr1MoV、P91、P92等，板厚通常小于等于30mm。管夹最小弯曲半径设计在管夹肩部，设计半径通常为r=1.5t,在管夹成型加工时的最小弯曲半径范围通常为1.5t

支吊架产品中的碳素结构钢如Q235B、Q245R等，都是低碳钢，强度合理，塑性较好，具有较好的成型性能。然而，在四大管道支吊架中经常用到的耐热钢材料12Cr1MoV、P91、P92，由于常温强度较高，延伸率较低，在管夹冷成型时，经常会遇到边缘密布微细裂纹、加工精度达不到甚至在加工过程中出现断裂等问题。在加工此类材料的管夹时，应严格控制工艺过程：排料时应使管夹长度方向平行于轧制方向；若采用热切割下料，则之后必须清理切割面，去除氧化皮和硬化层；依据板厚、延伸率、最小弯曲半径的不同，可以选择冷成型后热处理或热成型工艺。延伸率计算公式可参考GB 150。

由于P91材料强度较高，在加工较大厚度P91管夹时，一方面由于设备吨位不足，另一方面是质量的要求，不适合采用冷成型。但是热成型也不理想，将原正火回火处理的板材，加热到900度左右进行管夹成型加工后[1]，必须再一次对管夹进行正火回火处理，费时费力。所以采用温成型是一个较好的选择，我公司在对热成型和温成型的管夹材料组织、晶粒度、力学性能等进行对比分析后改进，得出了温成型的工艺。管夹在650-760度温度区间进行压制加工，减小了对设备吨位的要求，同时管夹内应力较小，且对原板材组织性能几乎没有影响。

汽水管道支吊架，作为一种焊接钢结构件。焊接质量的好坏对其质量有决定性影响。涉及的材料主要有Q235B、Q245R、12Cr1MoV、P91、P92、奥氏体不锈钢等。焊接工艺涉及各自相同母材相焊及不同的母材相焊。例如Q245R同12Cr1MoV相焊、12Cr1MoV同P91相焊、Q235B同SUS30408相焊等。在此不对焊接工艺问题进行讨论。而是以P91材质的D6管夹为例，分析合理焊接工序。

火力发电厂60万以上机组的主气管道通常采用P91材质管道，故在支吊架设计中，与管道直接接触的管夹采用P91材质，管夹的肋板和邦板处于保温层中，则选用12Cr1MoV材质的钢板，而处理保温层外的结构件则采用Q235B材质的材料了。在生产过程中，通常先焊接12Cr1MoV结构的支座，再装配压制成型的P91管夹，最后将管夹焊接在12Cr1MoV支座上。由于凡是涉及到12Cr1MoV和P91材质的焊接都需要进行高温回火[2]。故如果参照以上工艺，需进行两次高温回火，十分耗电。

在研究耐热钢的焊接性能特点后，研究采用后热代替第一次高温回火，待整个管夹、管夹座焊接完成后，再进行整体焊后热处理，以保证焊接质量。具体工艺如下：12Cr1MoV管夹座装配完成后，按照焊接工艺规范要求进行预热，再进行焊接，焊后去氢处理，之后装配P91材质管夹于管夹座上，焊接完成后，严格按照焊接工艺要求进行焊后热处理。