T23管材在1000Mw超超临界机组上的应用

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上海电力2009年第6期T23管材在1000Mw超超临界机组上的应用孙民文(上海外高桥第三发电有限责任公司，上海200137)摘要：随着大型火力发电机组参数的不断提高，对超超临界锅炉水冷壁的管材提出了更高的要求。原先超临界机组采用T22钢作为锅炉管材，已经不能满足运行要求。而T23钢是一种新型的高热强钢，文章介绍上海外高桥第三发电有限公司1000Mw超超临界机组的锅炉水冷壁高温段的管材采用T23钢，但因焊接工艺处理不当，曾发生焊接裂纹而造成泄漏。分析认为只要依据T23钢的性能，严格掌握焊接工艺和正确的焊接方法，就可避免水冷壁管因采用T23钢而在运行中发生泄漏，从而提高大机组运行的经济性和安全性。关键词：超超临界机组；T23管材；焊接；鳍片管中图分类号：TK223．3文献标识码：B上海外高桥第三发电有限责任公司(下称外HCM2S。申报ASME标准列入为CodeCase三厂)2台1000MW超超临界发电机组的锅炉水2199(现版本为2199—3)，纳入欧洲EN10216—2标冷壁高温段的管材采用T23钢，在投产初期由于准为7CrWVMoNb9—6。在575℃时T23钢许用对T23钢的性能了解不深，认识不足，曾发生过应力为71N／ram，而T22钢为36N／mm，是一些缺陷。这些缺陷的产生，主要是在环境温度T22钢的1．9倍。T23钢一种比较理想的高热强比较低时进行焊接，没有很好地控制好焊前的预钢，作为管材使用，也是一种很好的钢种，但是该热温度，使焊口发生裂纹。由于在对管子与铁件钢种的弱点是可焊性比较差，特别在有鳍片的水的焊接时工艺处理不当，造成在蒸汽温度变化较冷壁管材上应用，存在一些问题。大时，水冷壁管热胀不均，产生裂纹造成泄漏。通T23钢与102钢及2．25CrMo钢的化学成过不断总结经验、提高认识和摸索规律，在施焊时分，如表1所示。T23钢与T22钢及12Cr1MoV特别要注重以下环节，可以减少和避免锅炉部件钢的室温力学性能比较，如表2所示。T23钢与发生泄漏。其它各类型钢的蠕变强度与温度的关系曲线，如1T23管材的性能图1所示。为了有较好的可焊性，该钢种已经有意降低T23钢是日本住友金属株式会社于1993年碳含量，降低淬硬性，以免焊接预热和焊后热处前在原T22钢基础上添加固溶强化元素W(约理，严格控制残余元素(如Cu、As、Sn、Sb等)。1．6)，并加入少量的沉淀强化元素V、Nb、N、由于T23钢屈强比(R。／R)显著提高，与B，1．6w加强了固熔强化作用。日本牌号为：T22钢相比为0．78／0．50，因此韧性和塑性有所表1T23钢、102钢、2．25CrMo钢的化学成分％钢种CSiMnPSCrMoWVNoAlBNT20．04～0．10～1．90～0．05～1．45～0．2O～0．02～0．005～304o．50≤0．0304o．0104o．03≤0．03．100．602．600．301．750．300．O80．006钢102O．130．64O．544o．0304o．0301．830．600．450．380．005420．25～0．30～1．9～0．87～．25CrMo4o．1514o．030≤0．030．OO0．602．61．13表2T23钢、T2Z钢、12CrlMoV钢的室温力学性能比较钢种组成成分RmR∞．2AHB金相组织Ac1／℃Ac3／℃回火温度／℃T232．25Cr1．6WVNb≥510≥400≥20≤220B+N79O～820960～99073O～800T222．25Cr1Mo≥405>~2o5≥20≤l97P+B755～79O88O～900680～75012Cr1MOV1Cr0．5MoV≥440)255≥19P+B774～803882～91471O～760 2009年第6期上海电力3T23管材的焊接T9l按美国ASME标准CodeCase2199将T23T／P24、钢归入P—No．5A一1，与T22钢同类同组，这会引＼＼T，P～23起误导，除了这两类钢回火特性相差很大，且焊接疆性也显著不同。T23钢的焊接应严格执行焊前的螺＼＼预热，因为T23钢对焊接工艺较为敏感，所以焊215CrM。714MoV6接前对焊口进行预热非常重要，预热温度应控制一、在15O～200℃。预热方法为氧气一乙炔中性火_焰加热方法，每侧不小于100mm。火焰中心应均匀移动，管子的向火面和背火面都应进行预热。温度／℃预热温度可采用远红外测温仪检查，以确保焊前图1蠕变强度与温度的关系曲线能达到所需的预热温度。如果焊口在焊接时中下降。在高温拉伸试验时，300～500℃延伸率有断，应立即进行后热，并缓冷到室温，重新恢复焊所下降。据武汉大学章应霖教授在《火电锅炉新接前应再次进行预热。型耐热钢的焊接》一书中认为“随着回火参数在焊接中严格控制层间温度，可用测温笔或PIM增加，T22钢断面收缩率增加，但T23钢断远红外测温计测量层间温度，层间温度控制在面收缩率几乎没有增加，且都小于lO，是沿着300℃左右。还应特别注意接头和收弧的质量，收原始奥氏体晶界的脆性断裂，这些结果说明T23弧时应将熔池填满。上下层的焊缝，以及同一层钢的再热裂纹敏感性远高于T22钢”。的两道焊缝的接头应错开10mm。焊接完成应加热缓冷。焊后立即用火焰加2T23管材的应用热，后热温度为200～4OO℃，加热时间为10min，据德国《蒸汽锅炉技术规程》TRD301章第加热范围焊口侧各150mm。加热后，焊口向火l2条规定：“强烈受热炉管(如位于烟温高于面和背火面都应覆盖硅酸铝保温棉，使焊口缓冷800℃区域的锅炉水管)采用的壁厚不应大于到室温，用以提高焊口性能，消除焊口应力集中。6．3mm。这不适用于过热器管”。因此，超超临管子的鳍片和镶嵌块焊接应着重防止咬边及界锅炉的膜式水冷壁管，势必选用高热强钢，如未焊透现象。T23管鳍片密封焊接要求双面焊T23、T24、T91等。接。焊前用氧气一乙炔中性火焰进预热，预热温螺旋上升管壁，如果管壁太厚，内外侧温度梯度为150～25O℃。鳍片焊接时应将焊接电流控制度太陡，运行时温差应力将显著增大，这样对温度在6O～8OA，层间温度控制在300～350℃。完成相对较低的背火侧十分不利，况且背火侧还焊有焊接后立即用火焰加热进行后热，后热温度为大量附件，若焊后不进行热处理或热处理的PLM200~400℃，加热时间为10min，加热范围为鳍不到位，原先焊接应力得不到消除，接头结晶组织片焊接长度。完成后热工作后，覆盖硅酸铝保温不稳定，很容易在焊接处发生缺陷及接头热影响棉进行缓冷。的粗晶区引起裂纹。T23管的镶嵌块焊接应在完成焊口射线检验德国VGB标准认为：“膜式水冷壁可焊后不且检验结果合格后进行。镶嵌块焊接顺序为先焊热处理的条件按其R501H第3、4、5条。合金钢接镶嵌块和鳍片，然后再进行镶嵌块与焊口焊接。焊后最高硬度≤400HV，接头上任何一点硬度与镶嵌块的焊接部位必须打磨出坡口，镶嵌块和鳍母材的差值应≤15OHV。”片之间应焊透；镶嵌块焊接的起弧后点和收弧点硬度过分高的部位，即认为出现了淬硬组织应在鳍片上。脆化区；硬度差值过大，即为内应力陡变区，如不焊接T23管时对热量的温度控制相对比较采取缓解措施，这些部位的焊接缺陷，如咬边的缺严，每一层施焊的温度要低一些，如T22钢约为口敏感性很高，极易引起开裂。500℃，而T23钢，美国ALSTOM则认为应≤一455— 上海电力2009年第6期425℃(VM推荐350℃)，以较小的T8／5保证过份的余高或凸月型角焊缝及咬边修磨成平滑过焊缝组织是完全贝氏体，HAZ组织较窄的粗晶渡，以降低接头的应力集中或缺口效应。区，从而满足接头的韧性要求。返修补焊时首先应进行打磨，尽可能采用关于密封盒或梳形板的焊接裂纹问题，这主TIG焊或应确保碱性焊条的良好烘干，杜绝氢的要因为此类角焊缝存在较大间隙，在设计时最好来源。避免氢致延迟裂纹的产生。考虑将梳形板与管子之间的焊接有垫板，使梳形焊缝外观检查质量应符合下列要求，焊缝边板与管子不是直接焊接，减少因锅炉运行中的振缘应圆滑过渡到母材，焊缝外形尺寸应符合设计动使铁件将管子拉出裂纹而泄漏。要求，焊缝余高：平焊为0～2mm，其他位置<3当梳形缺口底部被鳍片顶住而与管子相接的mm；焊缝余高差：平焊≤2mm，其他位置≤2圆弧间隙大时，焊缝拘束应力很大，第一道根部易mm；焊缝宽度应比坡口增宽<4mm，每侧增宽：开裂。欧洲焊接指导性标准EN101卜2第8．2条<4mm；无裂纹、未熔合、根部未焊透、气孔、夹渣指出“除另有规定外，角焊缝接头边缘和表面，应等缺陷；咬边深度do．5ram，焊缝两侧总长度<尽可能闭合连接，因为任何间隙均可能增加裂纹焊缝全长的10且<40mm；根部凸出<2mm；危险，间隙不应超过3mm，对大间隙角焊缝应考内凹≤1．5mm；管子外壁错口值≤1．6mm。虑增加喉部补偿。除另有规定外，焊缝不应启／停无损探伤按《钢制承压管道对接焊接接头射在转角附近，改为转角附近应连续焊。”因此，焊接线检验篇DL／T821—2002》II级进行判定。这类焊缝，应尽量修整连接处的闭合性，减少间5结语隙，否则应在两件焊合前先将间隙填充堆焊到较接近的程度，降低拘束度。如能严格把握好以上各个环节，同时在锅炉至于角焊缝开裂会延展到管子裂纹甚至泄的启停中严格控制蒸汽温度和压力升降速率，特漏，那是因T23钢韧性和塑性较差，不易止裂的别是锅炉跳闸时，必须严格控制好蒸汽压力来控缘故，与过去碳锰钢管相比，一般无此类现象。制好蒸汽的温度，使锅炉水冷壁管与铁件温差减少，避免因两者的温度不同而造成炉管被拉裂而4T23管材的检查泄漏。从而将T23钢鳍片式水冷壁管的缺陷控焊缝检查除目视宏观检查、磁粉检查外，建议制在较小的范围内，以提高机组运行的安全性、可增加硬度检测，对高硬度区应采取适当去应力处靠性，为机组长周期运行奠定良好的基础。理，如锤击去应力法或附加回火焊道法(参见收稿日期：2009—11-6ASME—I，PW一40．3．4(f)及PW一40．3．6)局部去作者简介：孙民文(1957一)，男，江苏人，大专，高级技师，从事火电厂锅炉专业工作应力。对焊口的内在问题采用射线拍片检查，重(责任编辑：杜建军)点检查焊口的横向裂纹。另外，应尽可能将焊缝我国发电煤耗刷新世界纪录据《中国电力报~2010年1月12日报道：经过2个多月的试运行，上海外高桥第三发电有限责任公司(下称外三厂)“广义回热系统”日前投用，这是外三厂实现“零能耗脱硫”技术后的又一项世界首创节能技术。这两项节能技术的相继投用，使外三厂两台1GW超超临界机组煤耗等技术指标再次刷新世界纪录。2009年，在年负荷率仅为75的情况下，机组实际运行煤耗降至282g／(kW·h)，刷新了该厂曾创造的287g／(kW·h)的供电煤耗世界最低纪录。与国内最先进机组相比，外三厂这两台机组每年可进一步节约动力煤2O万t以上，减排二氧化碳超过4O万t。同时，机组额定工况下带脱硫和脱硝厂用电率小于3．53％，同样创下了世界纪录。此次投用的“广义回热”技术，不同于传统的利用汽轮机的抽汽加热锅炉给水的回热技术，而是利用汽轮机的抽汽去加热锅炉的进风，以节约锅炉燃料，从而提高电厂运行效率。这一技术的特点在于不但能起到传统暖风器具有的提高空预器运行安全性的作用，还能起到后者不具有的显著降低煤耗的作用。从该技术实施后的成效看，其性价比超过了“零能耗”脱硫系统。外三厂一系列技术创新使其受到国际业界的广泛认可，近期，该厂被《亚洲电力》杂志评为“2009年度亚洲电力最佳环保电厂金奖。”，．——456．——