1000MW直流塔式超超临界锅炉水冷壁裂纹分析及处理

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1、第33卷第4期华电技术Vo1．33No．42011年4月HuadianTechnologyApr．20111000MW直流塔式超超临界锅炉水冷壁裂纹分析及处理唐豪毅，盛卫民(浙江省火电建设公司，浙江杭州310006)摘要：介绍了某电厂1000MW直流塔式超超临界锅炉T23钢水冷壁裂纹的类型及泄漏部位的结构，分析了裂纹产生原因，提出了有效的解决方案。关键词：直流锅炉；水冷壁；裂纹；原因分析；处理措施中图分类号：TK223．31文献标志码：B文章编号：1674—1951(2011)04—0044—030引言某电厂5机组锅炉为新建

2、百万千瓦等级的塔式火力发电超超临界锅炉，水冷壁管采用T23新型钢材料。锅炉为单炉膛、一次再热、切圆燃烧方式、露天布置、平衡通风、固态排渣、全悬吊钢结构塔式锅炉。锅炉标高70m以下为螺旋管圈水冷壁，水冷壁转角及中心固定装置的连接采用管间镶嵌钢板，连接板与嵌板及管子的连接采用满焊的形式。根据已投产同类型机组的运行经验，因水冷壁泄露造成了多次不同程度的停炉。为避免上述问题图1泄漏点外部为刚性梁角部连接板部位的发生，在5锅炉整套启动前与整套启动停炉期间进行了多次水压试验，均有不同程度的泄露。1泄露类型及泄漏部位结构经现场检查统计发现

3、，泄漏部位多在标高40～70m螺旋水冷壁鳍片或镶嵌板与管子的角焊缝处，并且泄漏大多位于4个转角弯管鳍片的角焊缝处，或是刚性梁角部连接板及中心固定装置与管子角焊缝处(如图1、图2所示)。2裂纹形成原因分析图2泄漏点为中部刚性梁连接板水冷壁填块位置应力最高，达387MPa，已经接近T23钢的标准屈服由于螺旋管圈水冷壁泄露位置比较集中，类型极限下限，5测点的最大应力也达到了352MPa；应也较相似，且在水压试验、化学清洗及冲管期间均未力值最小的测点是4测点，为118MPa；其余测点的发生泄漏，所以对现场水冷壁进行了相关检验分析。最

4、大主应力值在200～300MPa浮动。可见，水冷壁2．1现场焊缝残余应力测试与刚性梁角部连接板角焊缝位置应力值均偏高。在测试位置选择了出现泄露较多的40—70m2．2现场焊缝硬度分析标高区间，共选择2处标高，检测了6个测点位置的现场硬度测试焊缝位置与焊接残余应力测点相焊接残余应力状况，如图3、图4所示。从测试结果同。选择相同测点是为了将水冷壁应力分布情况与看，6个测点的应力水平普遍偏高：2测点的最大焊接接头的硬度联系起来，综合分析裂纹产生情况收稿日期：2010—11—04与残余应力分布情况以及焊接质量之间的关系。第4期唐豪毅

5、，等：1000MW直流塔式超超临界锅炉水冷壁裂纹分析及处理·45·2．4．2螺旋水冷壁65m处镶嵌板焊缝处泄漏(安装焊口)检查分析漏点位于水冷壁管子与镶嵌板焊缝处，位置在与刚性梁焊缝附近，此处结构应力较大。对漏点打磨后进行宏观检验，漏点附近有裂纹存在(如图1、图2中箭头所示)。从裂纹微观金相检查结果来看，焊缝区域金相组织正常，未发现裂纹向焊缝内部图359m测点位置图贯穿，打磨过程中可能已将部分裂纹去除。漏点附近焊缝区域硬度值正常。作者结合图示漏点取样管位置结构图初步认为，该处漏点的产生与结构复杂、残余应力较大并存在焊接缺陷有

6、密切关系。2．5I23钢材料及焊接性分析2．5．1T23钢的冷裂纹倾向T23钢对冷裂纹的敏感性很低，其无裂纹倾向的预热温度为室温20℃，在焊接薄壁、小直径锅炉受热面管子时，若环境和工件温度在20℃以上，就图449ITI测点位置图(1)鳍片与管子角焊缝处母材和焊缝硬度处在可以不做焊前预热。根据斜Y型拘束裂纹试验可知，裂纹敏感性大致按T23>P91>T22的顺序依较低水平，其中T23管子母材的硬度为130～140HB，而与鳍片焊缝处的硬度为200～220HB。次增大。生产实践表明，T23钢有一定的冷裂倾向。(2)结合残余应力测试

7、的结果，虽然2测点及因此，对于厚壁大拘束构件的焊接，推荐焊前适当预5测点的残余应力较高(2测点应力最大，最高达热，可有效防止冷裂纹的产生。387MPa)，但这2个测点的硬度并没有出现明显增另外，在焊接过程中，焊接材料及母材表面保护大的情况。不好会使焊缝金属氢含量增高，而扩散氢会导致氢2．3取样直管母材复验脆，促使冷裂纹倾向增大。随着钢材碳含量的增大，现场自螺旋水冷壁取下一段短管进行了各项理氢脆敏感性必随之增大。在T23钢水冷壁现场安装化性能试验，包括化学成分分析、金相组织分析、母材焊接的过程中，由于现场在海边，空气湿度大，母

8、材硬度检验(平均硬度192HB)及力学性能检验。试验及焊接材料不可避免存在潮湿等污染，从而在焊接结果表明，所检验现场取样T23钢水冷壁直管母材性过程中引入扩散氢，若在安装焊接的过程中未进行能符合ASMESA213及GB5310中相关要求。焊后热处理，扩散氢含量有可能增大。试验结果说明，水冷