某纸企锅炉改造项目受压元件焊接施工技术要点研究

2021-09-10刘荣忠福建省工业设备安装有限公司福建福州350001

安徽建筑 2021年9期

刘荣忠（福建省工业设备安装有限公司，福建福州 350001）

0 引言

锅炉是一种密闭容器，处于受热、受压状态长周期运行，属于具有爆炸风险的特征设备，广泛应用于生产制造行业。在造纸企业生产中，化学药品加热溶解氢氧化钠、硫酸钠、碳酸钠等原料和造纸蒸煮、烘干、成型、黑浆浓缩等工艺均需要锅炉蒸汽，因此，锅炉是造纸厂生产的心脏和主要动力来源。在锅炉改造项目中，受压元件主要包括锅壳、炉胆、风头、管办、U型下脚圈等，其焊接质量直接影响锅炉受压受热工作状态，进而影响造纸厂稳定生产。本文结合某造纸厂锅炉改造项目，深入研究了锅炉受压元件焊接技术要点，以期为同类工程施工提供有益的参考。

1 工程概况

本工程为某纸业公司碱回收锅炉改造项目。1台为WGZ40/3.82-2型碱回收锅炉（2#RB），日处理固形物能力为320tds/d，额定蒸汽压力为3.82MPa，额定蒸汽40t/h，温度为450℃；另1台为WGZ35/3.82-28型碱回收锅炉（1#RB），日处理固体物能力为280tds/d，额定蒸汽压力为3.82MPa，额定蒸汽35t/h，温度为450℃。

本次锅炉改造项目包括2#RB锅炉前后水冷壁标高7100mm处开7个二次风孔（前三后四），每个孔更换6根管（长1300mm），共计更换42根管。原二次风口处弯管停炉检查，根据弯管减蚀情况补焊直管，共计补焊直管28根（长1240mm）。侧墙补直39根管（长1240mm）。臭气开孔6根管（长1620mm）。2#RB锅炉共计焊接钢管114根。

1#RB锅炉前后冷水壁标高6900处开7个二次风孔（前三后四）。每个风孔更换6根管（规格Φ60mm×5mm、长1300mm），共计更换42根管。原二次风口处弯管停炉后检查，根据钢管减蚀情况补焊直管（长1340），共计补焊17根管，侧墙补直30根管（长1240mm）。1#RB锅炉合计焊接89根管。1#RB锅炉和2#RB锅炉共计焊接203根钢管，钢管规格均为Φ60mm×5mm，钢管规格为耐热型低合金钢，焊条为309-15，焊接方法为钨氩弧焊。

2 施工准备

2.1 技术和人员准备

焊接前，应配备焊接责任工程师、质保员、持证合格焊工（取得20G钢管合格证焊工）、探伤人员。焊接技术管理人员根据焊接技术方案编写焊接工艺指导书，向焊接施工人员进行技术交底。确保焊接施工人员了解工程概况、设计依据、设计意图、焊接工艺要求、焊接质量控制标准等。焊接施工人员必须经焊接理论知识和实际操作技能培训，经《锅炉压力容器焊工考试规则》考试合格和受热面管焊接试样合格方可上岗操作。焊接过程中，当出现重大焊接质量问题时，应及时上报，不得自行处理。焊接过程中，焊接技术管理人员对焊接过程进行监督、检查，对违反焊接质量标准的落实停点检查。

2.2 材料准备

管材进场应经技术、施工、采购等人员共同验收，对钢管进行100%外观检查、管口尺寸、材质检查，如有缺陷，应及时调换、退货处理。钢管使用前，应对钢管进行吹扫处理，并将新旧钢管管头加工为倒角或打磨焊缝坡口，坡口角度为30℃。焊缝区管壁内外打磨30mm～50mm，直至显露金属光泽为止。焊接方式采用钨氩弧焊用Φ2.5mm钨极，氩气纯度99.99%。

焊接现场设置专门的焊丝、焊条贮藏室和焊条烘干室，焊条烘干、发放由专人负责，焊接施工人员接工艺卡后领用指定焊条在，并及时放入焊条保温桶内，当天用不完的焊条应送回烘干室保温箱。

2.3 现场准备

焊接施工前，锅炉拆炉应拆炉完成，锅炉本体上障碍物（管线、水、烟气、电源等）等断开并加设盲板。现场划定安全通道并设置安全标志。外层保温应逐层拆除，高处废物应借助吊篮下放并转移至指定位置。需更换的水冷壁管自子炉外至炉内拆出，原钢管应留有20mm长度的修复余量，并清理原钢管20mm范围内氧化皮。

3 焊接施工技术要点分析

3.1 管材对口

对口钢管端面应与管件中心线垂直，其偏斜度应≤10%D（D为管径），且≤2mm。焊口位置应避开应力集中区，以便于施焊和热处理。管道对接焊口中心线距管件弯曲起点位置不小于管材外径，且不小于100mm，距支架边缘距离≥50mm。焊接管管子不焊接在原焊缝上。焊件对接时，应确保新旧管材内径一致，如有错口，200mm内偏差值应控制在10%壁厚以内，且小于1mm（如图1所示）。当焊接局部间隙过大时，应设法修正至规定尺寸，严禁采用向间隙内填塞焊条、钢筋方式，避免受压元件受热、受压情况下泄露，造成焊接质量事故。

图1 管道对口平直度控制（e为平直度偏差）

3.2 焊接施工

现场焊接时，应确认环境温度满足焊接环境要求，最低环境温度应≥-20℃。在管材对口调正后，先在焊口根部点固定，点焊固定应使用与正式施焊相同的焊条、焊接工艺和预热温度。点焊固定后，检查各焊点质量，如存在焊缝过大、端口不平整等存在质量问题，应将焊缝质量问题消除后重新点焊固定。焊接过程中，严禁随意在管材表面引燃电弧、试验电流或焊接临时支撑物，应通过专用接地焊件引燃电弧。焊接前，应对管件进行预热，最低预热温度不小于120℃，最高不超过300℃。焊接时，应从中间向两侧施焊（如图2所示），注意接头、收弧焊接质量，多层焊缝每层接头错开，收弧时将熔池填满。

图2 钢管焊接

本工程中，氩弧焊封底焊后，应及时进行次层焊缝的焊接。待底层和次层焊接完成后，检查次层焊接质量，经焊接质量检查合格方可进行次层焊接，如焊接外观质量缺陷则应清除缺陷后再焊次层。焊接完成后，及时清理焊渣，并在距焊缝100mm处打上焊工钢印。

3.3 焊后热处理

钢管焊接完成后，为改善焊接性能，消除焊接残余应力等有害影响，应将焊接区域在金属相变点下以下加热至一定的温度，并保持一段时间，待达到技术规范要求后自然冷却至自然温度。常用的焊后热处理方法包括整体加热法、整体分段加热法和局部焊后加热法。由于管材长度较大，且焊缝分散分布，本工程采用局部焊后加热法，在焊接区域均温带覆盖钢管圆周，热处理温度为650℃，热处理时间≥15min（如表1所示），并借助热电偶测定均温带温度，防止产生有害温度梯度。

焊缝热处理温度与处理时间关系表1

3.4 焊后处理与检查

钢管焊缝和热处理完成并冷却至环境温度后方可拆除支撑。如发现焊缝质量缺陷，应采用挖补方式返修处理，但同一焊缝位置挖补次数不得超过2次，并在补焊前彻底清除焊接质量缺陷。焊接完成后，按工程焊接质量控制要求进行焊缝质量检查，焊缝表面应无裂纹、空焊、虚焊、弧坑、气孔、夹渣等质量缺陷，焊缝咬边深度≤0.5mm，焊缝两侧咬边长度≤20%R（钢管周长）且≤40mm。焊缝余高和宽度应符合工程设计要求（如表2所示）。焊缝外观质量检查自检率100%，专检率100%，焊缝高度不得低于焊接两侧钢管母材，且与母材平滑过渡。角缝焊角高度应符合技术要求，其余焊缝应平滑，不得堆高。为确保焊缝质量符合技术规范和工程设计要求，应使用借助X射线进行焊缝探伤，探伤检测比例为100%，以二级合格为验收标准。

焊缝余高及宽度质量要求表2

3.5 水压试验

待所有钢管焊接完成后，采用水压试验方式检查焊缝质量。水压试验时，先开启锅筒、上部管道、集箱等处排气阀，待排气阀处出水后关闭阀门。水压升压速度控制在0.3MPa/min以下，升至0.5MPa～0.6MPa时暂停进水，检查锅炉结合面、焊缝等部位有无渗漏问题，经检查无误后再次升压至锅炉设计压力，稳压20min后检查焊缝有无裂纹、变形、渗漏、水雾等问题。经检查无误后，按0.3MPa/min速度泄压，降至1.0MPa后全开排污阀防水泄压，当压力为0时，打开对空排气阀。水压试验过程中，应详细记录升压、稳压、降压时间和检查情况，验收合格后办理签证。