引言

定州電廠4號鍋爐的堵閥閥體均為合金鑄鋼件,合金鑄鋼件澆注時采用"順序凝固",從而導(dǎo)致鑄件的溫差大、熱應(yīng)力大、變形大。冷凝時各部金屬因冷卻速度不同而收縮不一致,再加上鑄型和型芯的阻礙作用,鑄件的固態(tài)收縮會受到制約而產(chǎn)生鑄造應(yīng)力。為消除應(yīng)力,合金鑄鋼件一般進(jìn)行調(diào)質(zhì)等最終熱處理,但由于鑄造閥門壁厚結(jié)構(gòu)復(fù)雜,熱處理過程控制稍有偏差,便會導(dǎo)致較大殘余應(yīng)力存在。對存在裂紋的閥體進(jìn)行光譜復(fù)驗,檢測結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求,s、P雜質(zhì)元素不超標(biāo);從宏觀檢查分析,閥體裂紋全部處于表面及近表面,較深的裂紋出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)變化大的應(yīng)力集中部位,當(dāng)鑄件中存在內(nèi)應(yīng)力時會處于不穩(wěn)定狀態(tài),雖經(jīng)最終熱處理釋放應(yīng)力,但由于閥門結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚厚、尺寸大,或多或少會存在殘余應(yīng)力。使用過程中,鑄件內(nèi)的殘留應(yīng)力將重新分布,當(dāng)與其他應(yīng)力相互疊加時,再加上汽水閥門系統(tǒng)受力復(fù)雜,結(jié)構(gòu)本身尺寸、形狀存在差異,應(yīng)力集中作用將更加明顯,在工作應(yīng)力和啟停過程中溫差應(yīng)力等的共同作用下,鑄件產(chǎn)生裂紋的傾向就會增大,當(dāng)綜合應(yīng)力值超過合金的抗拉強度時將產(chǎn)生裂紋。

2010一2014年計劃檢修期間,對4號鍋爐再熱汽熱段左右側(cè)堵閥閥體進(jìn)行磁粉檢查,發(fā)現(xiàn)堵閥閥體存在較多裂紋或砂眼,將存在的閥體裂紋進(jìn)行打磨,直至裂紋、砂眼消除,進(jìn)行無損探傷復(fù)檢,合格后按照焊接工藝要求進(jìn)行補焊,補焊完成后再次復(fù)檢合格,但長期運行過程中仍然存在閥體裂紋隱患。

因此,為了防止鍋爐因再熱汽熱段堵閥閥體在工作應(yīng)力和啟停過程中溫差應(yīng)力等的共同作用下產(chǎn)生裂紋,導(dǎo)致非計劃停機;為了防止再熱汽熱段堵閥薄弱處爆裂,內(nèi)部高參數(shù)介質(zhì)泄漏導(dǎo)致人身及設(shè)備損壞,給公司造成安全、經(jīng)濟(jì)損失,定州電廠對4號鍋爐再熱汽堵閥進(jìn)行了升級更換,用鍛造堵閥替換了原設(shè)計的鑄造堵閥。更換后鍋爐的安全性能與使用壽命得到了改善,保證了機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行,為解決鑄造堵閥的同類安全隱患問題提供了可借鑒的經(jīng)驗。

1改造方案研究

為了有效避免堵閥鑄造缺陷及裂紋的形成,提升堵閥安全運行可靠性,目前可行的技術(shù)方案主要有取消再熱汽熱段鑄造堵閥及將再熱汽熱段鑄造堵閥升級為鍛造堵閥兩種。1.1取消再熱汽熱段堵閥技術(shù)分析

取消再熱汽熱段堵閥是將堵閥徹底切除改為管道焊接的

技術(shù)。這種方案徹底消除了鑄造堵閥產(chǎn)生的隱患,減少了系統(tǒng)滲漏點,改造費用也相對較少;但此種方案改變了原有設(shè)計,在進(jìn)行水壓試驗時需要在汽機側(cè)打堵板,因此會造成鍋爐受熱面水壓試驗受到汽機檢修的制約,而且由于爐外管路蓄水量和壓力過大,將對中壓主汽門帶來較大安全隱患。

1.2將再熱汽熱段鑄造堵閥升級為鍛造堵閥技術(shù)分析

這種方案是將原有鑄造堵閥切除后升級更換為鍛造堵閥的技術(shù)。金屬經(jīng)過鍛造加工后能改善其組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。鑄造組織經(jīng)過鍛造方法熱加工變形后由于金屬的變形和再結(jié)晶,原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細(xì)、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織,使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等被壓實和焊合,其組織變得更加緊密,提高了金屬的塑性和力學(xué)性能。此種方案在消除再熱汽熱段鑄造堵閥隱患的同時保持了原有設(shè)計,鍋爐再熱汽系統(tǒng)可根據(jù)自身需要方便地進(jìn)行水壓試驗。

通過對比分析可知,取消再熱汽熱段鑄造堵閥還需對汽機中壓主汽門進(jìn)行改造,否則會影響鍋爐再熱汽水壓試驗正常進(jìn)行,而將再熱汽熱段鑄造堵閥升級為鍛造堵閥,可以有效解決再熱汽熱段堵閥閥體裂紋隱患,且不改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高了再熱汽系統(tǒng)安全運行可靠性。

2改造方案實施

2.1堵閥的承重梁校核計算

堵閥起吊承重梁選用36a工字鋼,據(jù)此進(jìn)行撓度與承重計算。撓度y=5gL4/（384EJ）=1.9mm,36a工字鋼允許撓度y=L/400=2000/400=5mm;載荷P=6t集中在外端,工字鋼允許載荷0=56×（w/L）/1000=24.5t。所以用36a工字鋼作為6t載荷的承重梁符合要求。

2.2支吊架的處理

堵閥為水平方向布置（y一Z向）,對4號機組末再管道支吊架進(jìn)行全面的固定工作,保證末再堵閥更換前后管系局部和整體受力合理,校核吊點載荷承載,確保管系穩(wěn)定性,減小更換前后錯口偏差。更換具體措施如下:

（1）左右側(cè)末再管道水平段各配置支吊架7組,其中彈簧支吊架4組,阻尼器3組;垂直管道各配置支吊架2組,其中恒力吊架1組,剛性支吊架1組。

（2）對6號、11號恒力支吊架,3號、4號、13號、14號彈簧支吊架進(jìn)行鎖定,對吊架做好h記并記錄。

（3）對4號、13號吊架及5號、12號吊架上部彎頭附近管道用5t手拉葫蘆進(jìn)行臨時固定。

（4）在3號、14號吊架附近各增加一處徑向限位支架（①號限位支架）,y一Z向限位:6號、11號吊架附近各增加一處徑向限位支架（②號限位支架）,X一Z向限位。徑向限位支吊架安裝示意圖如圖1所示。

圖1徑向限位支吊架安裝示意圖

2.3吊裝方案

（1）布置卷揚機。卷揚機布置到鍋爐電梯側(cè)72m層,選用5t卷揚機,上方在80.8m層靠近K2排安裝懸臂梁,分別在鍋爐零米層和懸臂梁上安裝滑輪組。

（2）堵閥切割完成后用葫蘆起吊堵閥到一定高度,用側(cè)上方10t葫蘆接鉤,將堵閥移出并靠近最外側(cè)鋼結(jié)構(gòu),然后用卷揚機放至鍋爐零米層,再把新堵閥從零米層吊至72m層進(jìn)行安裝。

（3）堵閥拆除和安裝:先拆除A側(cè),待A側(cè)堵閥放至零米層并把新堵閥吊至72m層后,用相同方法拆除和安裝B側(cè)堵閥。

2.4堵閥焊接及熱處理工藝

（1）焊縫部位的預(yù)熱寬度,從對口中心算起,壁厚25mm厚度的管件,每側(cè)不少于125mm,預(yù)熱溫度為150～200℃。

（2）施焊時必須由兩名焊工對稱焊接,施焊過程中除工藝要求外,必須連續(xù)完成不得中斷,如果焊接被迫停止,應(yīng)采取加熱保溫等防止產(chǎn)生裂紋的措施,再次進(jìn)行焊接時應(yīng)仔細(xì)檢查確認(rèn)無裂紋后,方可按照工藝要求繼續(xù)施焊。

（3）采用氬弧打底電焊蓋面多層多道焊焊接方式,采用MTs-3、62.4焊絲,打底層為兩層,每層厚度不超過3mm,采用TPhoenixCrMo9V、63.2焊條進(jìn)行填充,單層焊道的厚度不得超過3mm:焊道寬度不得超過12mm,焊接電流控制在80～120A之間,嚴(yán)格控制層間溫度≤250℃,每焊接完一道應(yīng)用砂輪或鋼絲刷仔細(xì)地進(jìn)行清理,并用沖擊氣錘敲擊焊縫直至焊縫布滿麻點,各接頭應(yīng)錯開。

（4）焊接結(jié)束后,焊工應(yīng)將焊縫表面的飛濺、焊瘤等清除干凈并對焊縫外觀進(jìn)行自檢無表露缺陷。

（5）焊接熱處理應(yīng)該在焊接完成后,焊件溫度降到80～100℃,保溫2h后立即進(jìn)行。

（6）熱電偶至少放六只,四支放在焊縫中心均勻分布整圈焊縫,用來控制溫度,其他放在距焊縫25mm處用來監(jiān)測溫度,確保熱電偶與焊件接觸良好,必要時進(jìn)行點固焊。

（7）熱處理時,采用整圈加熱方式,加熱范圍從焊縫中心算起,壁厚25mm的管件,加熱寬度焊口每側(cè)不少于150mm。熱處理的保溫寬度,從焊縫坡口邊緣算起,壁厚25mm管件,每側(cè)不少于200mm:保溫棉厚度40～60mm,應(yīng)配備啟動備用電源防止熱處理過程中加熱中斷。升降溫速度小于150℃/h,恒溫溫度750～770℃,恒溫時間4h。熱處理過程中,加熱范圍內(nèi)任意兩點間的溫度差應(yīng)小于50℃。

（8）焊縫焊接完成并熱處理后24h進(jìn)行驗收檢驗,驗收檢驗采用硬度、MT探傷及UT方法:UT檢驗技術(shù)采用B級檢測等級,硬度測定區(qū)為焊縫區(qū)和熱影響區(qū),每條焊縫測4個部位,每個部位測定不少于3點,硬度值符合DL/T438一2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》要求。

3鍋爐再熱汽堵閥升級項目實施

定州電廠于2017年4月利用4號機組C級檢修的機會,對4號鍋爐實施了再熱汽堵閥升級改造項目,將4號鍋爐再熱汽熱段左右側(cè)鑄造堵閥更換為鍛造堵閥,型號為DsD61H-P5880V,規(guī)格DN700,壓力8.0MPa,閥體材質(zhì)為F91,閥門進(jìn)出口配P91材質(zhì)管接頭,與管道材質(zhì)相同。鍛造方法使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等被壓實和焊合,其組織變得更加緊密,提高了金屬的塑性和力學(xué)性能。此外,鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續(xù)性,使鍛件的纖維組織與鍛件的外形保持一致,金屬流線完整,保證了零件具有良好的力學(xué)性能和較長的使用壽命。堵閥更換后經(jīng)磁粉、超聲、硬度檢測合格,為機組的長周期運行奠定了基礎(chǔ)。

4結(jié)語

為了防止鍋爐因再熱汽熱段堵閥閥體在工作應(yīng)力和啟停過程中溫差應(yīng)力等的共同作用下產(chǎn)生裂紋,導(dǎo)致非計劃停機:為了防止再熱汽熱段堵閥薄弱處爆裂,內(nèi)部高參數(shù)介質(zhì)泄漏而導(dǎo)致人身及設(shè)備損壞,給公司造成安全、經(jīng)濟(jì)損失,定州電廠對4號鍋爐再熱汽堵閥進(jìn)行了升級更換,用鍛造堵閥替換了原設(shè)計的鑄造堵閥。更換后鍋爐的安全性能與使用壽命得到改善,保證了機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行,為解決鑄造堵閥的同類安全隱患問題提供了可借鑒的經(jīng)驗。