2×300MW发电机组汽轮机再热调节阀门杆漏气管座焊接方案的制定与实施

2015-12-05毕耜明

安全 2015年11期

毕耜明

江苏徐矿综合利用发电有限公司

某火力发电公司一期工程为2×300MW循环流化床发电机组，汽轮机选用上海汽轮机厂的N330-16.7/538/538型汽轮机，其再热调节阀有两台，工作温度540℃；压力3.4MPa；现场设备名称分别为#2-1再热调节阀、#2-2再热调节阀，分左右两侧对称布置；再热调节汽阀是再热蒸汽系统的重要组成部件，该阀门的正常投用直接影响整个发电机组的正常运行；其中#2机组于2010年2月正式投入运行，2014年3月25日机组累计运行约29300小时，按照运行规程开展了首次A级检修工作，检修周期为2014年3月25日至5月21日。根据《火力发电厂金属技术监督规程》（DL/T 438-2009）标准的要求，需对再热调节汽阀进行解体检查，解体前将管座和疏水管对接焊缝进行切割，使两者分离，便于阀体的解体检查；解体检查完毕后，将该对接焊缝进行了焊接恢复，首先对#2-1再热调节汽阀的管座与疏水管的的对接焊口进行恢复，如图1。

图1 管座与疏水管焊口点焊固定

管座与疏水管的焊口经打磨清理后，进行恢复焊接，采用的焊接方法是钨极气体保护焊，点固焊时发现管座与疏水管的对接焊口出现大量气孔，无法施焊，研究后首先怀疑是氩气不纯、焊机性能不稳定或氩弧焊枪的气体保护效果差等原因，为验证原因，由同一焊工、同一套焊材工器具在其它母材上进行了试验，未出现气孔和其他缺陷，即结果显示无任何异常，排除了上述原因，于是断定管座存在质量问题，随后在该管座的其他位置进行试验，结果发现无论在该管座的哪个位置施焊，均出现大量气孔，如图2，证明该管座存在质量问题，同时发现机组另外一侧的#2-2再热调节阀门杆漏气管座也出现同样的问题，随将两处管座沿着阀体与管座的角焊缝进行了割除，准备进行换管处理。

图2 管座表面密集性气孔

1 管座焊接气孔的原因分析

1.1 元素分析

经查阅图纸，该管座的材质为12Cr2Mo，对管座进行了合金成份元素分析，见表1。

参照《高压锅炉用无缝钢管参照》（GB 5310-2008）标准，基本符合12Cr2Mo的化学成份。

1.2 金相分析

对管座进行了金相分析，焊缝气孔较多，如图3；热影响区存在条状析出物，如图4。母材制样磨抛后，用4%硝酸酒精腐蚀发现管子内、外表面各一定深度范围内颜色较深，极易腐蚀，在金相显微镜下观察发现，中间处组织为贝氏体+铁素体，如图5、6，球化2级，组织无异常。内外表面组织为贝氏体+铁素体+碳化物，如图7，其中铁素体较少，并存在有较多的碳化物颗粒，与中间处母材组织存在很大差异，分界的地方如图8、9，其中颜色发深区域为近表面，测试深度为790μm，这可能是管子内外表面经过渗碳或者渗氮处理等强化处理。

表1 管座化学成份表

图3 焊缝气孔

图4 热影响区析出物

1.3 显微硬度测试

用维氏硬度计对表面和中间处进行维氏硬度测试，发现表面硬度较高，平均为318HV0.5，中间处硬度值正常，平均为167HV0.5。

综上所述，该管座的材质使用正确，没有发生错用材质的情况，但是整个壁厚截面上显微组织已不均匀，内外表面的金相组织成份已发生变化，且硬度偏高，是造成焊接缺陷的主要原因。

图5 中间处金相组织

图6 中间处金相组织

图7 内外表面组织

图8 分界处

图9 分界处

2 处理方案的制定

经查阅图纸，阀体的材质成份为ZG15Cr2Mo1，阀体直径约Ф1140mm，厚度224mm；管座的材质为12Cr2Mo，规格Ф42×4mm；疏水管的材质为12Cr1MoV，规格Ф42×4mm。

2.1 管座材质的选择

由于阀体材质为ZG15Cr2Mo1，疏水管材质为12Cr1MoV，两者并不一样，而阀门制造厂之所以将管座的材质选为12Cr2Mo，主要是基于两种考虑：

（1）保证重要焊口（角焊缝）的质量：所以将阀体和管座的材质保持基本一致。

（2）便于热处理工作：由于阀体的厚度和直径较大，根据《火力发电厂焊接热处理技术规程》（DL/T 819-2010）规定，管座角焊缝必须进行热处理，查看阀门出厂资料，也显示阀座经过了高温回火处理，因此二者保持一致便于热处理恒温温度的设定，便于整体热处理。

但是目前的处理，热处理工艺明显受现场条件限制，既不能像厂家那样利用加热炉开展整体热处理工艺，又由于阀体为异型件，也不便于柔性陶瓷电阻加热器等热处理设备的敷设，因此必须选择一种免做热处理的焊接工艺，以满足现场热处理受限条件的限制，同时兼顾疏水管的材质，避免异种钢的焊接。

经研究决定，阀体和管座的焊接材料宜选用镍基焊材，可以免做热处理工艺；管座的材质应放弃选用原材质12Cr2Mo，而应选择与疏水管同材质的高压锅炉用无缝钢管，即选用材质12Cr1MoV、规格Ф42×4mm的钢材，这样可以避免管座与接管异种钢的焊接问题，简化焊接工艺，保证焊接质量，且12Cr1MoV的材质适应于壁温≤555℃的集箱和蒸汽管道，完全符合现场实际运行参数的要求。