何彥波

摘 要 在鍋爐定期內(nèi)部檢驗(yàn)時(shí)，對某廠再熱蒸汽熱段管道水壓試驗(yàn)堵閥閥體外表面進(jìn)行磁粉檢測后發(fā)現(xiàn)多處裂紋。本文對閥體裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，并提出了處理意見。

關(guān)鍵詞 電站鍋爐;堵閥;裂紋

堵閥是安裝在鍋爐過熱器出口和再熱器進(jìn)、出口的蒸汽管道上，作為靜態(tài)水壓試驗(yàn)的隔離裝置。堵閥作為壓力管道重要的承壓部件，如果存在制造缺陷、安裝質(zhì)量差或運(yùn)行操作不規(guī)范等問題則會(huì)影響鍋爐安全性能，機(jī)組運(yùn)行中如果發(fā)生滲漏或開裂情況，對人民生命安全和機(jī)組安全具有很大危害，本文以某電廠660MW機(jī)組高溫再熱蒸汽管道（熱段）堵閥閥體表面裂紋為例，對產(chǎn)生裂紋的原因進(jìn)行分析，為防止類似缺陷的發(fā)生提供參考[1]。

1概述

某廠一期建設(shè)兩臺(tái)660MW超臨界燃煤空冷汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐。主要運(yùn)行參數(shù)：末級過熱器出口蒸汽壓力25.33MPa，末級過熱器出口蒸汽溫度571℃，再熱器進(jìn)/出口壓力4.78 /4.61 MPa，再熱器進(jìn)/出口溫度324 /569 ℃。 再熱蒸汽熱段管道規(guī)格為φ800×69mm，材質(zhì)為SA335-P91。堵閥材質(zhì)為WC9， 設(shè)計(jì)壓力/溫度為5.17MPa/580℃。該機(jī)組于2010年12月投入運(yùn)行，截至目前已累計(jì)運(yùn)行671213小時(shí)。2020年4月對再熱蒸汽熱段管道堵閥進(jìn)行磁粉檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)閥體表面有7處裂紋，最長約20mm，裂紋形貌見圖1。

2裂紋原因分析

2.1 材質(zhì)方面

堵閥的材質(zhì)一般有兩種：鑄鋼件和鍛鋼件?；谥圃旃に嚨南拗?，鑄鋼件的組織不均勻，一般來說晶粒比較粗大;液態(tài)金屬的結(jié)晶以樹枝生長方式進(jìn)行，樹枝間的液態(tài)金屬最后凝固，但樹枝間很難由金屬液體全部填滿，造成鑄件普遍存在不致密性;最后，鑄鋼件的表面一般來說比較粗糙，不能與機(jī)加工表面相比，形狀也較復(fù)雜。鍛鋼件組織晶粒一般比較細(xì)小，制造工藝過程復(fù)雜，與鑄鋼件相比，組織性能較好[2]。

2.2 制造工藝方面

（1）鑄造裂紋

鑄造時(shí)，液態(tài)金屬在凝固收縮過程中，由于表層和內(nèi)部的冷卻速率不同，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過一定臨界值時(shí)，鑄鋼件便出現(xiàn)裂紋。按照裂紋產(chǎn)生時(shí)金屬溫度的高低，又將裂紋分為熱裂紋和冷裂紋。熱裂紋一般出現(xiàn)在1200～1400℃時(shí)，沿晶擴(kuò)展，呈很淺的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，俗稱“龜裂”。冷裂紋在鑄造成型后產(chǎn)生，產(chǎn)生溫度約在200～400℃，在低溫狀態(tài)下，鑄鋼件的塑性變差，在熱應(yīng)力和組織應(yīng)力的一起作用下產(chǎn)生，裂紋穿晶擴(kuò)展，有一定的深度，形貌呈斷續(xù)或連續(xù)的線條，一般出現(xiàn)在截面尺寸突變的部位，如閥體肩部等部位。

（2）時(shí)效處理

在鑄件的生產(chǎn)過程中，為了消除鑄件內(nèi)部的殘余應(yīng)力、穩(wěn)定組織和尺寸等，常將鑄件進(jìn)行時(shí)效處理，處理時(shí)間不夠，容易使鑄件內(nèi)部保存過多的殘余應(yīng)力，在使用中導(dǎo)致鑄鋼件的變形和開裂。

2.3 運(yùn)行因素

在鍋爐機(jī)組投運(yùn)后，鑄造堵閥內(nèi)部通過的介質(zhì)有較高的壓力和溫度，時(shí)效逐步發(fā)生改變，堵閥閥體內(nèi)應(yīng)力逐步減小，缺陷進(jìn)一步擴(kuò)展成裂紋，隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，裂紋的長度和深度進(jìn)一步增加。另一方面，在鍋爐的起停和運(yùn)行過程中，隨著負(fù)荷的變化，由于閥體厚度較大，在閥體內(nèi)外表面會(huì)產(chǎn)生較大的溫度梯度，從而形成溫差應(yīng)力。在機(jī)組起停時(shí)，如果升溫或降溫速率過快，溫差應(yīng)力的作用會(huì)更加明顯。鑄鋼件在制造中產(chǎn)生的一些細(xì)小缺陷，在機(jī)組運(yùn)行期間會(huì)得到進(jìn)一步擴(kuò)展，由于閥體壁厚較大，閥體外表面較內(nèi)表面溫度較低，塑性更差，故溫差應(yīng)力主要導(dǎo)致閥體外表面發(fā)生開裂。

2.4 制造檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)工藝不完善

當(dāng)前我國鍋爐堵閥相關(guān)制造和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)還不完善，主要按照J(rèn)B/T3595《電站閥門 一般要求》、GB/T12229《通用閥門 碳素鋼鑄鋼件技術(shù)條件》等標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。這些標(biāo)準(zhǔn)對工件的檢驗(yàn)要求不夠全面，容易在制造過程中產(chǎn)生缺陷，故不能使鍋爐堵閥的制造質(zhì)量得到很好的控制。

3缺陷處理

對發(fā)現(xiàn)裂紋的堵閥進(jìn)行擴(kuò)大檢查，采用磁粉檢測方法。對于發(fā)現(xiàn)的淺表面裂紋，進(jìn)行打磨清除干凈并圓滑處理，如發(fā)現(xiàn)打磨深度超過設(shè)計(jì)允許值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊處理，補(bǔ)焊前應(yīng)制定詳細(xì)可行的焊接工藝[3]。

4結(jié)束語

從缺陷的原因分析可以發(fā)現(xiàn)，由于堵閥制造相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)不夠完善，未能很好地控制堵閥的制造質(zhì)量，今后應(yīng)完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并加強(qiáng)出廠前的制造檢驗(yàn);在鍋爐起停時(shí)，嚴(yán)格控制升溫和降溫的速率，加強(qiáng)對堵閥的保溫措施，以預(yù)防溫差應(yīng)力對堵閥的破壞作用;在機(jī)組檢修時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對水壓堵閥的檢驗(yàn)工作，如發(fā)現(xiàn)裂紋，應(yīng)將缺陷予以消除，并擴(kuò)大檢測比例。

參考文獻(xiàn)

[1] 電站閥門：NB/T47044-2014[S]. 北京：新華出版社，2014.

[2] 鍋爐定期檢驗(yàn)規(guī)則：TSG G7002-2015[S].北京：新華出版社，2015.

[3] 林華，張明珠.火力發(fā)電廠主蒸汽管水壓堵閥焊接裂紋分析及改進(jìn)[J].中國特種設(shè)備安全，2010（1）：61-63.