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火力發(fā)電正向著大容量、高參數(shù)的方向發(fā)展，所用鋼種日益增多，材料等級(jí)不斷提升。近些年，各地新建、擴(kuò)建超超臨界機(jī)組增多，制造廠生產(chǎn)任務(wù)繁重，加上新材料、新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用與開發(fā)，由此帶來(lái)的各種各樣的制造缺陷與隱患也不斷增加，增大了電廠投產(chǎn)運(yùn)行后金屬部件的失效風(fēng)險(xiǎn)。隨著火電機(jī)組基建期金屬安裝前檢驗(yàn)工作力度的加大，發(fā)現(xiàn)了一系列重大設(shè)備缺陷，例如水冷壁管屏漏焊及鰭片裂紋、高溫過(guò)熱器管子內(nèi)壁裂紋。同時(shí)，四大管道部分管件顯微組織和硬度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求、四大管道鋼管端頭存在分層缺陷、以國(guó)產(chǎn)鋼管或次品鋼管冒充進(jìn)口鋼管等問題不斷出現(xiàn)。本著“關(guān)口前移、閉環(huán)控制”的原則，安裝前檢驗(yàn)一直在火電機(jī)組基建期質(zhì)量控制中扮演著重要的角色。對(duì)受監(jiān)金屬設(shè)備質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督，可避免出現(xiàn)常見性、多發(fā)性的質(zhì)量問題，在機(jī)組運(yùn)行前最大程度地消除安全隱患，提高鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)各部件的可靠性和安全性。研究人員針對(duì)電廠基建期發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了具體分析與探討，總結(jié)得出基建期安裝前檢驗(yàn)工作的重點(diǎn)和方向。

 

1. 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)問題

 

對(duì)大板梁鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)底部翼板與加強(qiáng)板連接結(jié)構(gòu)存在變形開裂問題，加強(qiáng)板與腹板連接的角焊縫存在聚集性氣孔和裂紋缺陷（見圖1）。改進(jìn)措施為：切除鋼結(jié)構(gòu)變形較嚴(yán)重部位，對(duì)角焊縫中存在的聚集性氣孔和裂紋缺陷進(jìn)行打磨。由于缺陷深度較淺，因此對(duì)打磨后的部位進(jìn)行圓滑過(guò)渡處理，以防止發(fā)生應(yīng)力集中。

 

 

鍋爐大板梁是鍋爐本體的主要承重部件，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行起著舉足輕重的作用。大板梁鋼結(jié)構(gòu)的變形是設(shè)備在裝、卸車或運(yùn)輸過(guò)程中與其他堅(jiān)硬物體磕碰形成的，變形開裂后的鋼結(jié)構(gòu)破壞了大板梁結(jié)構(gòu)的完整性，存在極大的安全隱患。角焊縫處聚集性氣孔的產(chǎn)生原因是：工件及焊絲表面的氧化膜、鐵銹以及油污等在焊接過(guò)程中向熔池提供氫和氧，從而形成大量氣體；焊縫熔池冷卻速率較快，侵入的氣體未能全部逸出，滯留在焊縫處形成氣孔。在大板梁設(shè)備監(jiān)造過(guò)程中，要嚴(yán)格規(guī)范制造廠的焊接工藝流程，防止熱裂紋、冷裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)從控制焊縫氣體的產(chǎn)生（坡口和焊條按要求清理、選擇擴(kuò)散氫含量低的藥芯焊條）和創(chuàng)造熔池中氣體逸出的有利條件（焊前預(yù)熱、適當(dāng)增加焊接線能量）兩個(gè)方面，消除焊縫中的聚集性氣孔。

 

U和I的乘積越大或ν越小，熔池存在時(shí)間越長(zhǎng)，熔池的結(jié)晶速率就會(huì)變緩，給熔池中的氣泡逸出創(chuàng)造時(shí)機(jī)。

 

此外，在大板梁裝、卸車以及運(yùn)輸過(guò)程中，要防止鋼結(jié)構(gòu)磕碰到堅(jiān)硬物體而發(fā)生變形，最大程度地消除設(shè)備存在的安全隱患。

 

2. 受熱面管屏問題

 

1.水冷壁彎管背弧面壁厚超差

 

某水冷壁材料為12Cr1MoVG鋼，規(guī)格為31.8mm×6.5mm（外徑× 公稱壁厚，下同），對(duì)其彎管背弧處進(jìn)行壁厚檢測(cè)，檢測(cè)位置如圖2所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)壁厚不滿足制造廠受壓元件強(qiáng)度計(jì)算書規(guī)定的水冷壁管公稱壁厚負(fù)偏差為10%，即不得小于5.85mm，而實(shí)測(cè)20根管子中，有17根管子的壁厚小于5.85mm，檢測(cè)結(jié)果如表1所示（W1~W20為檢測(cè)彎頭從爐右向爐左數(shù)編號(hào)）。電廠聯(lián)系制造廠進(jìn)行核實(shí)，制造廠給出的受壓元件強(qiáng)度計(jì)算書表明：水冷壁管彎管背弧設(shè)計(jì)壁厚為5.36mm，成品最小需要壁

 

厚為3.68mm。由表1可知：實(shí)測(cè)厚度均大于設(shè)計(jì)壁厚和成品最小需要壁厚，滿足設(shè)計(jì)要求。

 

 

 

水冷壁管的彎管由直管彎制而成，彎管工藝是一個(gè)復(fù)雜的彈性、塑性變形過(guò)程，彎管背弧受到拉應(yīng)力作用發(fā)生拉伸變形，管壁變??；內(nèi)弧側(cè)受到壓應(yīng)力作用發(fā)生壓縮變形，管壁變厚，在彎制過(guò)程中無(wú)法避免彎頭背弧壁厚減薄。因此，制造廠在加工有彎管部分的受熱面管屏?xí)r，尤其是彎曲半徑較大的，直管厚度應(yīng)略大于公稱壁厚，以保證彎制后減薄的彎管背弧壁厚滿足設(shè)計(jì)要求。

 

2.水冷壁管機(jī)械損傷

 

對(duì)某上部后墻水冷壁進(jìn)行目視檢測(cè)，管屏材料為12Cr1MoVG鋼，規(guī)格為31.8mm×6.5mm。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)第19根管子W2處存在機(jī)械損傷。檢測(cè)部位如圖3所示，機(jī)械損傷現(xiàn)場(chǎng)圖片如圖4所示。由于該機(jī)械損傷深度較淺，因此采用打磨消除+圓滑過(guò)渡的方法處理缺陷，并對(duì)打磨處的壁厚重新進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

 

 

 

水冷壁管排的機(jī)械損傷是在運(yùn)輸、裝卸及施工過(guò)程中造成的。隨著投運(yùn)后機(jī)組的啟停和深度調(diào)峰，水冷壁管排處在交變應(yīng)力的環(huán)境下，極易在機(jī)械損傷部位出現(xiàn)較高的應(yīng)力集中，使得疲勞裂紋源優(yōu)先在該區(qū)域產(chǎn)生。隨著損傷程度的增加，應(yīng)力集中系數(shù)更大，疲勞裂紋越易產(chǎn)生，疲勞壽命越短。因此，在電廠基建過(guò)程中要加強(qiáng)受熱面管排在運(yùn)輸、裝卸和施工過(guò)程中的管理，同時(shí)對(duì)安裝前的受熱面表面質(zhì)量進(jìn)行100%的目視檢測(cè)，避免造成管排表面的損傷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，消除可能存在的安全隱患。

 

3. 集箱問題

 

1.高溫過(guò)熱器集箱接管局部凸起

 

對(duì)某高溫過(guò)熱器集箱進(jìn)行目視檢測(cè)，集箱本體材料為SA-335P91，規(guī)格為508mm×90mm，接管材料為SA-213T92，規(guī)格為54mm×8.5mm、45mm×7mm。發(fā)現(xiàn)第4屏管排第3根管子彎管位置存在局部凸起[ 見圖5（a）、5（b）]。經(jīng)硬度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)凸

 

起處[ 見圖5（c）位置1] 的硬度平均值約為255HB（高于DL/T 438—2016《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》中對(duì)SA-213T92 母材硬度要求的上限值250HB），臨近正常管[ 見圖5（c）位置2] 母材硬度平均值約為215HB（符合標(biāo)準(zhǔn)要求），凸起處硬度高于臨近正常管母材。對(duì)存在凸起的接管進(jìn)行切除，并重新焊接+熱處理。

 

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)切除后的接管凸起處進(jìn)行金相檢驗(yàn)，采用鹽酸三氯化鐵溶液腐蝕后，未見明顯熔合線痕跡，因此排除補(bǔ)焊造成硬度偏高，這是因?yàn)楣茏油蛊鹦?/span>

 

變后發(fā)生加工硬化，造成該部位的硬度高于臨近正常管母材。對(duì)于該類問題，要及時(shí)向制造廠反映，加強(qiáng)彎管制造過(guò)程中的工藝控制，對(duì)管子表面存在的異常情況要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。

 

2.集箱接管角焊縫裂紋

 

對(duì)集箱吊耳、接管座以及連接管管座角焊縫進(jìn)行磁粉檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)管座角焊縫處存在裂紋缺陷，該裂紋有兩種，即角焊縫與集箱母材熔合線裂紋和角焊縫弧坑裂紋（見圖6）。角焊縫處發(fā)現(xiàn)的熔合線裂紋以及弧坑裂紋均屬于表面裂紋，裂紋深度不深，對(duì)裂紋打磨消除后進(jìn)行圓滑過(guò)渡，若打磨深度較大，則應(yīng)對(duì)打磨部位進(jìn)行補(bǔ)焊處理，補(bǔ)焊后進(jìn)行熱處理。

 

角焊縫熔合線裂紋產(chǎn)生原因包括：（1）接管座角焊縫與集箱筒體母材熔合線處屬于結(jié)構(gòu)過(guò)渡區(qū)域，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中；（2）接管座與集箱筒體焊接前預(yù)熱不到位，集箱筒體由于厚度較大，筒體預(yù)熱不完全，在焊接完冷卻過(guò)程中，焊縫與筒體的冷卻速率不同引起熱應(yīng)力，在結(jié)構(gòu)應(yīng)力和熱應(yīng)力的雙重作用下，角焊縫沿熔合線開裂。角焊縫處的弧坑裂紋是熱裂紋的一種，是由于焊接完成后收弧過(guò)快，收弧處合金的冷卻速率較快，產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，從而形成裂紋。因此，在焊接角焊縫時(shí)，焊接速率和收弧不宜過(guò)快，應(yīng)降低冷速，減小拉應(yīng)力，避免弧坑裂紋的產(chǎn)生。

 

4. 鍋爐范圍內(nèi)管道問題

 

1.主給水管道彎管硬度偏低

 

對(duì)某主給水管道進(jìn)行硬度測(cè)試，管道材料為15NiCuMoNb5-6-4鋼，規(guī) 格 為508mm×50mm，測(cè)試發(fā)現(xiàn)3 根管道（見圖7）彎管位置母材硬度低于標(biāo)準(zhǔn)要求，平均硬度為150HB，直管位置母材的硬度符合要求。將三件主給水管道彎管運(yùn)回制造廠，重新進(jìn)行整體“正火+回火”熱處理，硬度復(fù)檢合格。

主給水管道是鍋爐管系中壓力較大的承壓件，一般硬度低的材料強(qiáng)度較低，承受壓力的能力變?nèi)?，為后期機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患。主給水管道的彎管采用中頻感應(yīng)加熱推制成型，具體的彎管溫度為900~950℃（高于其鐵素體開始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度AC3：870℃），冷卻方式為風(fēng)冷。彎管在彎制過(guò)程中溫度已超過(guò)鋼材的AC3，彎管部分的晶粒有長(zhǎng)大傾向，且存在較大內(nèi)應(yīng)力，為使得彎管的組織接近原材料供貨狀態(tài)并消除應(yīng)力，必須對(duì)其進(jìn)行“正火+ 回火”的后續(xù)恢復(fù)熱處理。若制造廠在彎制過(guò)程中未采用風(fēng)冷，會(huì)造成彎管部分的冷卻速率變慢，結(jié)合15NiCuMoNb5-6-4鋼的CCT（連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變）曲線可知，組織中會(huì)產(chǎn)生更多的先共析鐵素體，造成整個(gè)管件僅彎管部分硬度偏低。此外，有些制造廠為了降低成本，不對(duì)彎制后的管件進(jìn)行正火+回火或僅進(jìn)行回火消應(yīng)力熱處理，最終使硬度不合格的管件進(jìn)入基建現(xiàn)場(chǎng)。因此，在火電機(jī)組基建期的安裝前檢驗(yàn)中，要加強(qiáng)對(duì)管件彎管部分的硬度檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患。

 

2.導(dǎo)汽管彎管外弧面局部硬度偏低

 

對(duì)12根規(guī)格為273mm×55mm的高壓導(dǎo)汽管、7根規(guī)格為560mm×30mm的中壓導(dǎo)汽管進(jìn)行硬度測(cè)試，材料均為10Cr9Mo1VNbN鋼。發(fā)現(xiàn)7根高導(dǎo)管、1根中導(dǎo)管存在局部母材硬度低于標(biāo)準(zhǔn)要求的問題，硬度測(cè)試結(jié)果如表2所示。按照標(biāo)準(zhǔn)DL/T 438—2016要求，材料為10Cr9Mo1VNbN鋼的管件母材硬度應(yīng)為180~250HB，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試硬度為139~174HB，最低硬度為139HB，嚴(yán)重低于標(biāo)準(zhǔn)要求。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每根管件進(jìn)行網(wǎng)格式（100mm×100mm）硬度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)管件硬度偏低點(diǎn)大部分位于彎頭外弧面的兩側(cè)肩部（見圖8），因此對(duì)新建機(jī)組管件進(jìn)行硬度測(cè)試時(shí)，彎管外弧面兩側(cè)肩部位置為重點(diǎn)檢測(cè)位置。要求管件制造廠對(duì)硬度低于標(biāo)準(zhǔn)要求的所有管件返廠，重新進(jìn)行“正火+回火”恢復(fù)熱處理，硬度復(fù)檢合格。

 

 

相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)P91鋼硬度偏低的問題進(jìn)行了分析，得出P91鋼管硬度偏低的主要原因是P91鋼在制造加工過(guò)程中熱處理工藝控制不當(dāng)，過(guò)高的回火溫度使P91鋼形成鐵素體、奧氏體及其碳化物的兩相區(qū)，一部分馬氏體分解生成鐵素體相。在隨后的冷卻中，鐵素體相保留，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；形變后存在較大殘余內(nèi)應(yīng)力的彎管或彎頭在過(guò)高的回火溫度、過(guò)長(zhǎng)的回火時(shí)間促進(jìn)下，發(fā)生馬氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的再結(jié)晶過(guò)程；結(jié)合P91鋼的CCT曲線可知，對(duì)于厚壁或尺寸較大的部件，部分位置正火時(shí)冷卻速率過(guò)慢，導(dǎo)致先共析鐵素體析出。

 

總之，鐵素體的產(chǎn)生是導(dǎo)致P91鋼軟化的重要原因，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)導(dǎo)汽管硬度偏低點(diǎn)的位置進(jìn)行了金相檢驗(yàn)，同樣發(fā)現(xiàn)顯微組織均為非正?；鼗瘃R氏體，鐵素

 

體含量超標(biāo)，且硬度低的部位均位于形變量較大的彎管外弧面兩側(cè)肩部位置，存在的殘余應(yīng)力也較大，即較大的殘余應(yīng)力作為驅(qū)動(dòng)力，在過(guò)高回火溫度和過(guò)長(zhǎng)回火時(shí)間的促進(jìn)下，材料發(fā)生馬氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的再結(jié)晶。軟化后材料的抗拉強(qiáng)度和持久強(qiáng)度明顯降低，文獻(xiàn)中給出硬度為160HBW的P91鋼室溫力學(xué)性能下降，其中屈服強(qiáng)度為282.5MPa，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（不小于415MPa）。高溫持久強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)推薦值下降近50%，其安全性不能滿足安全運(yùn)行的要求，標(biāo)準(zhǔn)DL/T 438—2016 中規(guī)定P91鋼管的硬度為180HB，是材料的最低要求，任何低于180HB的P91鋼管將會(huì)給機(jī)組后期運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。

 

3.主汽出口連接管焊縫硬度偏高

 

對(duì)主汽出口連接管焊縫進(jìn)行硬度測(cè)試，管道材料為P92鋼，規(guī)格為470mm×95mm。測(cè)試發(fā)現(xiàn)標(biāo)高70m爐左側(cè)主汽出口連接管焊縫正上方30mm×10mm （長(zhǎng)度×寬度）范圍內(nèi)硬度高于DL/T 438—2016標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限（硬度平均值為350HB），DL/T 438—2016 附錄C規(guī)定P92鋼焊縫硬度為185~270HB。DL/T 438—2016中規(guī)定：若焊縫硬度高于規(guī)定值，可再次進(jìn)行回火，重新回火不宜超過(guò)3次。因此，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)焊縫重新進(jìn)行1次回火熱處理，該焊縫僅正上方局部硬度高，在回火熱處理過(guò)程中要特別注意熱電偶的布置、保溫溫度和時(shí)間以及測(cè)溫點(diǎn)的控制，以防止回火溫度過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致焊縫（硬度正常部位）和靠近焊縫兩側(cè)的母材硬度低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

 

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)焊縫硬度高的部位進(jìn)行研磨拋光，并用鹽酸三氯化鐵溶液腐蝕，可見明顯的熔合線痕跡 （見圖9），懷疑是安裝單位對(duì)焊縫進(jìn)行了補(bǔ)焊，補(bǔ)焊后未進(jìn)行回火熱處理導(dǎo)致的。焊縫中存在未回火的脆硬馬氏體，會(huì)使該處發(fā)生應(yīng)力集中。后期電廠運(yùn)行過(guò)程中，在機(jī)組啟停以及深度調(diào)峰產(chǎn)生的交變應(yīng)力作用下，極易在補(bǔ)焊區(qū)域的熔合線部位開裂。因此，在現(xiàn)場(chǎng)硬度測(cè)試時(shí)，在焊縫、鋼管母材、彎頭/ 彎管等管件母材的每個(gè)圓周截面上，應(yīng)至少選擇3個(gè)部位（盡可能在圓周四等分的位置）進(jìn)行測(cè)試，防止材料硬度不均勻造成漏檢。

 

 

4.低溫過(guò)熱器進(jìn)口連接管焊縫裂紋

 

對(duì)低溫過(guò)熱器進(jìn)口連接管焊縫進(jìn)行磁粉檢測(cè)，管道材料為12Cr1MoVG鋼，規(guī)格為426mm×55mm。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)標(biāo)高53m爐右側(cè)低溫過(guò)熱器進(jìn)口連接管焊縫H正上方偏爐后沿熔合線200mm范圍內(nèi)存在斷續(xù)裂紋缺陷磁痕顯示，裂紋最長(zhǎng)為55mm。焊縫缺陷位置如圖10所示。對(duì)焊縫熔合線處裂紋進(jìn)行挖除，重新進(jìn)行補(bǔ)焊+回火熱處理，復(fù)檢合格。

 

 

根據(jù)焊縫分布可知：檢測(cè)位置為垂直段較長(zhǎng)（接近20m）的底部彎頭焊縫。該彎頭兩側(cè)焊縫屬于整個(gè)管系中應(yīng)力最大位置，且低溫過(guò)熱器進(jìn)口連接管由上至下焊接，位于底部的彎頭焊縫在對(duì)口過(guò)程中存在較大的內(nèi)應(yīng)力，最終造成焊接后焊縫沿最薄弱的熔合線位置開裂。

 

5. 結(jié)論

 

（1）安裝前檢驗(yàn)中目視檢測(cè)尤為重要，許多設(shè)備上的變形、開裂、氣孔等缺陷都是通過(guò)目視檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的。因此在安裝前檢驗(yàn)的無(wú)損檢測(cè)后，對(duì)于未檢測(cè)部位，更重要的是進(jìn)行目視檢測(cè)，確保設(shè)備缺陷的檢出率。

 

（2）在安裝前的壁厚檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管件彎管背弧壁厚的檢測(cè)，同時(shí)對(duì)小于名義厚度的設(shè)備要及時(shí)查閱受壓元件強(qiáng)度校核計(jì)算書，明確對(duì)壁厚負(fù)偏差、設(shè)計(jì)壁厚和成品最小需要壁厚的要求，若發(fā)現(xiàn)厚度小于其成品最小需要壁厚時(shí)，要及時(shí)與電廠及制造廠溝通解決。

 

（3）在安裝前檢驗(yàn)的無(wú)損檢測(cè)（磁粉、超聲）時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)抽查結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大的部位，例如：集箱的接管座角焊縫、垂直段較長(zhǎng)的管系中底部彎頭兩側(cè)焊縫等。

 

 

 

 （4）安裝前檢驗(yàn)中，要在焊縫、鋼管母材、彎頭/彎管等管件母材的每個(gè)圓周截面上至少選擇3個(gè)部位（盡可能在圓周四等分的位置）進(jìn)行硬度測(cè)試。重點(diǎn)關(guān)注Cr元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%~12%的馬氏體型耐熱鋼，以及其他溫度和壓力較高的管道和管屏，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)管件的彎管（起弧和終?。┎糠?、彎管外弧面兩側(cè)肩部位置硬度的檢驗(yàn)，及時(shí)采用金相檢驗(yàn)方法分析硬度異常產(chǎn)生的原因，有針對(duì)性地采取解決辦法。