电站锅炉水压试验堵阀裂纹原因分析

何彦波

摘 要 在锅炉定期内部检验时，对某厂再热蒸汽热段管道水压试验堵阀阀体外表面进行磁粉检测后发现多处裂纹。本文对阀体裂纹产生的原因进行了分析，并提出了处理意见。

关键词 电站锅炉;堵阀;裂纹

堵阀是安装在锅炉过热器出口和再热器进、出口的蒸汽管道上，作为静态水压试验的隔离装置。堵阀作为压力管道重要的承压部件，如果存在制造缺陷、安装质量差或运行操作不规范等问题则会影响锅炉安全性能，机组运行中如果发生渗漏或开裂情况，对人民生命安全和机组安全具有很大危害，本文以某电厂660MW机组高温再热蒸汽管道（热段）堵阀阀体表面裂纹为例，对产生裂纹的原因进行分析，为防止类似缺陷的发生提供参考[1]。

1概述

某厂一期建设两台660MW超临界燃煤空冷汽轮发电机组，锅炉为超临界参数变压直流炉。主要运行参数：末级过热器出口蒸汽压力25.33MPa，末级过热器出口蒸汽温度571℃，再热器进/出口压力4.78 /4.61 MPa，再热器进/出口温度324 /569 ℃。 再热蒸汽热段管道规格为φ800×69mm，材质为SA335-P91。堵阀材质为WC9， 设计压力/温度为5.17MPa/580℃。该机组于2010年12月投入运行，截至目前已累计运行671213小时。2020年4月对再热蒸汽热段管道堵阀进行磁粉检测时，发现阀体表面有7处裂纹，最长约20mm，裂纹形貌见图1。

2裂纹原因分析

2.1 材质方面

堵阀的材质一般有两种：铸钢件和锻钢件。基于制造工艺的限制，铸钢件的组织不均匀，一般来说晶粒比较粗大;液态金属的结晶以树枝生长方式进行，树枝间的液态金属最后凝固，但树枝间很难由金属液体全部填满，造成铸件普遍存在不致密性;最后，铸钢件的表面一般来说比较粗糙，不能与机加工表面相比，形状也较复杂。锻钢件组织晶粒一般比较细小，制造工艺过程复杂，与铸钢件相比，组织性能较好[2]。

2.2 制造工艺方面

（1）铸造裂紋

铸造时，液态金属在凝固收缩过程中，由于表层和内部的冷却速率不同，此时会产生较大的应力，当应力超过一定临界值时，铸钢件便出现裂纹。按照裂纹产生时金属温度的高低，又将裂纹分为热裂纹和冷裂纹。热裂纹一般出现在1200～1400℃时，沿晶扩展，呈很浅的网状结构，俗称“龟裂”。冷裂纹在铸造成型后产生，产生温度约在200～400℃，在低温状态下，铸钢件的塑性变差，在热应力和组织应力的一起作用下产生，裂纹穿晶扩展，有一定的深度，形貌呈断续或连续的线条，一般出现在截面尺寸突变的部位，如阀体肩部等部位。

（2）时效处理

在铸件的生产过程中，为了消除铸件内部的残余应力、稳定组织和尺寸等，常将铸件进行时效处理，处理时间不够，容易使铸件内部保存过多的残余应力，在使用中导致铸钢件的变形和开裂。

2.3 运行因素

在锅炉机组投运后，铸造堵阀内部通过的介质有较高的压力和温度，时效逐步发生改变，堵阀阀体内应力逐步减小，缺陷进一步扩展成裂纹，随着机组运行时间的增加，裂纹的长度和深度进一步增加。另一方面，在锅炉的起停和运行过程中，随着负荷的变化，由于阀体厚度较大，在阀体内外表面会产生较大的温度梯度，从而形成温差应力。在机组起停时，如果升温或降温速率过快，温差应力的作用会更加明显。铸钢件在制造中产生的一些细小缺陷，在机组运行期间会得到进一步扩展，由于阀体壁厚较大，阀体外表面较内表面温度较低，塑性更差，故温差应力主要导致阀体外表面发生开裂。

2.4 制造检验标准和检验工艺不完善

当前我国锅炉堵阀相关制造和检验标准还不完善，主要按照JB/T3595《电站阀门 一般要求》、GB/T12229《通用阀门 碳素钢铸钢件技术条件》等标准执行。这些标准对工件的检验要求不够全面，容易在制造过程中产生缺陷，故不能使锅炉堵阀的制造质量得到很好的控制。

3缺陷处理

对发现裂纹的堵阀进行扩大检查，采用磁粉检测方法。对于发现的浅表面裂纹，进行打磨清除干净并圆滑处理，如发现打磨深度超过设计允许值时，应进行补焊处理，补焊前应制定详细可行的焊接工艺[3]。

4结束语

从缺陷的原因分析可以发现，由于堵阀制造相关的标准不够完善，未能很好地控制堵阀的制造质量，今后应完善相关标准并加强出厂前的制造检验;在锅炉起停时，严格控制升温和降温的速率，加强对堵阀的保温措施，以预防温差应力对堵阀的破坏作用;在机组检修时，应加强对水压堵阀的检验工作，如发现裂纹，应将缺陷予以消除，并扩大检测比例。

参考文献

[1] 电站阀门：NB/T47044-2014[S]. 北京：新华出版社，2014.

[2] 锅炉定期检验规则：TSG G7002-2015[S].北京：新华出版社，2015.

[3] 林华，张明珠.火力发电厂主蒸汽管水压堵阀焊接裂纹分析及改进[J].中国特种设备安全，2010（1）：61-63.