1000MW二次再热机组锅炉水冷壁管排焊缝热处理施工工法(唐锦)

1、1000MW 二次再热机组锅炉水冷壁管排焊缝热处理施工工法中国能源建设集团江苏省电力建设第三工程公司刘晓华 唐锦 马爱军1. 前言随着机组容量的不断提升， 水冷壁出口温度也在逐渐提高， 这必然要通过升级水冷壁管 材质或增加水冷壁管壁厚方法的来解决这一问题。 而常用于水冷壁管排的 12Cr1MoVG制造工 艺和焊接工艺都已非常成熟。 因此， 在不改变水冷壁管材质的情况下， 必然要增加管材的壁 厚。根据 DL/T869-2012 “ 5.4.4 下列部件采用氩弧焊或低氢型焊条，焊前预热和焊后适当 缓慢冷却的焊接接头可以不进行焊后热处理：b）壁厚不大于 8mm或管径不大于 108mm，材料为 12C

2、r1MoV、 12Cr2Mo的管子”的规定，以及水冷壁管排安装焊接采用氩弧焊的前提下， 当 12Cr1MoVG管的壁厚大于 8mm时，我们必须要对水冷壁管排的焊缝进行热处理。我公司承建的国电泰州电厂（ 2×1000MW超超临界）二期工程 #3 机组是我国自主设计、 自主制造的首台超超临界二次再热火电机组， 是国家燃煤发电示范项目， 也是国家科技部确 定的“十二五” 节能减排国家科技支撑计划项目。 该锅炉由上海锅炉厂制造，在水冷壁的结 构方面跟国内常规的百万机组塔式炉相同， 分为垂直段、 螺旋段两部分。 整个水冷壁管排材 料选用的是 12Cr1MoVG。相对于国内常规的超超临界一次再热

3、百万机组，水冷壁的壁厚增加 了，出现了大面积壁厚大于 8mm的规格的管子，规格分别为 44.5 ×9 和38× 8.5 。根据 规程要求，对超过 8mm的管子的焊缝需进行焊后热处理。由于膜式水冷壁管屏热应力的分布比较复杂， 焊接过程中常造成管屏变形， 再经过焊后 热处理， 很容易造成管屏的二次变形， 甚至导致焊口出现断裂。 因此我们通过履带式电加热 器，采取合理的热处理工序， 提高热处理效率， 减小焊接变形且焊接接头的力学性能数据符 合规范要求，对今后的水冷壁管排焊缝热处理工作具有借鉴和指导作用。2. 工法特点2.1 相对于常规的百万机组锅炉水冷壁安装焊接， 本工程出现了大

4、面积水冷壁管排焊后 热处理的情况，在国内尚属首次。2.2 通过对水冷壁 T 型三通，水冷壁垂直段，水冷壁螺旋段的热处理，解决实际生产过 程中影响热处理施工的一些问题， 提高了热处理工作效率， 保证了热处理后的焊接接头的力 学性能，从而缩短了施工工期，节约大量的人力、物力。3. 适用范围3.1 适用于火电厂锅炉水冷壁管排不同空间位置的焊后热处理，在焊缝热处理合格、提 高焊缝热处理的效率、降低成本上有很大优势。3.2 适用于其他锅炉受热面密集管排的热处理。在提高热处理质量，尤其在空间位置比 较复杂的地方进行热处理具有很大优势。4. 工艺原理履带式电加热器可视工件的几何形状， 壁厚及热处理要求能制成

5、多种形状， 可以与工件 接触加热， 可以弯曲， 折叠，燃烧，它适用于各种金属构件， 如管道、 大型容器的焊前预热， 中间消氢和焊后的局产部热处理，具有加热速度快，热利用率高，节能显著，劳动强度低， 使用安全可靠、 操作方便的优良性能， 是目前焊接界一种最新颖实用的理想局部热处理加热 器。我们根据水冷壁管排的形状以及空间位置选择与之相适应的电加热器， 然后采用合理的 绑扎方法和顺序使热处理后的焊缝达到预期效果。5. 施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程工艺规范的制定 热电偶的布置与绑扎 加热器的布置与绑扎 保温棉的铺设 热处理温度记录跟踪 质量检验（包括进行无损检验） 验收。5.2操作要点5

6、.2.1 水冷壁 T形三通热处理施工措施1、工艺规范的制定根据焊接工艺评定以及 DL/T 819-2010的相关规定，编制焊接热处理工艺卡，详细描述 热处理过程中从预热到焊后热处理的一系列参数。图5.2.1-1 热处理工艺卡2、热电偶的布置与绑扎 现场实际焊接的水冷壁左墙上部垂直围墙管屏接三通的焊缝，焊接项目代号为W2-33 ，该管屏在水冷壁组合架上组合。编号为2、5、7共3支热电偶为控温热电偶， 1、3、4、6、8共5支热电偶为测温热电偶， 8支热电偶均布置在管屏的上面。图 5.2.1-2 热电偶布置示意图 热电偶的绑扎是采用铁丝穿过安装对口时留下的应力槽进行扎紧。 热电偶绑扎时要保证 热端

7、与焊缝紧密接触， 并在后面的处理过程中不产生脱离、 松动。现场热电偶的布置与绑扎 见下图 5.2.1-3：3、加热器的布置与绑扎 我们采用的履带式电加热器单片尺寸为180×1000mm，功率为 10KW 。加热器的示意图见图 5.2.1-4 。图 5.2.1-4 履带式电加热器根据相邻管子的中心间距为 120mm，考虑到加热器能最大面积地覆盖住焊缝，因此每 片加热器加热 8根管子，加热器采用上下两片对称布置。由于现场铺设的水冷壁左墙上部垂直围墙管屏的 T 形三通凸出管距离工地焊缝 42.75mm，而我们选用的履带式电加热器的宽度为 180mm ，因此管屏上侧履带式电加热器不 能平均铺

8、设在焊缝的两侧。对于管屏上部的加热器的铺设，我们采用一端靠紧T 形三通凸出管边缘，管屏下侧的加热器则平均铺设在焊缝两侧（履带式电加热器的铺设见图5.2.1-5、图5.2.1-6）。积的接触，现场加热器的布置与绑扎见图5.2.1-8、图 5.2.1-9。图5.2.1-5 加热器布置图（ 1）图 5.2.1-6加热器布置图（ 2）上下两片的加热器的绑扎是通过事先在未开割槽的管屏上面钻孔， 钻孔的位置距三通约 100mm处，然后用铁丝通过应力槽与钻孔口进行捆绑。左右两片的加热器亦通过铁丝进行 连接（应力槽与钻孔口的位置示意图见图 5.2.1-7 ）。图 5.2.1-7 应力槽及钻孔口布置图加热器绑扎

9、时要注意绑扎用的铁丝不能跟电阻丝接触， 并且保证陶瓷套管与管子最大面图 5.2.1-8 上管屏加热器的布置与绑扎 图 5.2.1-9 下管屏加热器的布置与绑扎4、保温棉的铺设由于三通之间有空隙的影响， 若直接铺设保温棉， 势必造成加热过程中热量的散失。 因 此在铺设保温棉之前， 采用图 5.2.1-10 的方法将三通之间的空隙用保温棉塞住。塞完空隙后，采用图 5.2.1-11的方法用保温棉对整个加热器进行铺盖，为了保证陶瓷套管与管子的接触充 分，在铺完保温棉后，两侧均使用槽钢把保温棉压住，见图5.2.1-12。因为在热处理的过程中容易造成管屏的变形， 因此在管屏的下面， 采用千斤顶将管屏顶住，

10、 起到防变形和压紧陶 瓷套管与管屏的作用。图 5.2.1-10 三通之间填塞保温棉图图 5.2.1-11 加盖保温棉及接线图 5.2.1-12 槽钢压住保温棉5.2.2 水冷壁垂直段热处理施工措施1、工艺规范的制定 热处理的工艺参数同 5.2.1的第 1款。2、热电偶的布置与绑扎现场实际焊接的水冷壁右水垂直段的焊缝，焊接项目代号为W2-47 ，该焊口为锅炉安装焊口，共 7小屏，焊口数为 179只。根据管子之间的间距，每块加热器覆盖的管子数目在89根为宜。我们采取的是每一小屏管排做一炉处理， 因此每一小屏需要 6块履带式电加热器， 向火侧跟背火侧各 3块对称布置。 只在背火侧待处理的每一小屏的左

11、端数起，每隔4根布置 1只热电偶，共计 6只，每一块加热器上的 2只热电偶分别作控温和测温。热电偶绑扎时要注意热电偶的冷端要处于所在焊缝的正下方， 用铁丝绑扎时要保证热电 偶热端绑扎牢固。现场热电偶的布置与绑扎见下图 5.2.2-1。图5.2.2-1热电偶的布置与安绑扎3、加热器的布置与绑扎加热器的规格我们仍选择的是图 5.2.1-4的履带式电加热器。加热器布置前要将6块加热器分两组， 每组 3块。将分好组的 3块加热器通过两端的小孔用铁丝串联起来。加热器在安装时需要 6个人配合完成，炉膛内外各 3人。其中 2人先将串联好的加热器拉平，让待处理焊缝 处在加热器的中间，然后 1人负责用铁丝将加热

12、器吊住。吊挂好的加热器每根管子之间需用 铁丝通过钻孔与应力槽进行绑扎， 保证加热器与待处理焊缝最大面积的接触。 现场加热器的 布置与吊挂见图 5.2.2-2 。4、保温棉的铺设保温棉铺设也需 6人配合，保温棉的长度根据每小屏管排的长度，事先切好。铺设时， 要注意保证保温棉完全覆盖住加热器， 尤其是加热器的两端。 绑扎时也是用铁丝通过钻孔与 应力槽每隔两根管子进行绑扎固定。现场保温棉的铺设见图5.2.2-3。图 5.2.2-3 保温棉的铺设与绑扎5.2.3 水冷壁螺旋段热处理施工措施1、工艺规范的制定 热处理的工艺参数同 5.2.1的第 1款。2、热电偶的布置与绑扎 由于水冷壁螺旋段的管子规格相

13、对较小并且密集， 焊缝整体方向垂直向下， 因此每一炉 处理处理 36只焊口左右， 布置4只热电偶， 从待处理的焊缝上端开始布置， 每隔9根布置 1只。 每一块加热器上的 2只热电偶分别作控温和测温。热电偶绑扎时要注意热电偶的冷端要处在沿管子中心线方向， 用铁丝绑扎时要保证热电 偶热端与焊缝紧密接触，绑扎牢固，不能摆动。现场热电偶的布置与绑扎见下图5.2.3-1 。图5.2.3-1热电偶的布置与安绑扎3、加热器的布置与绑扎 由于水冷壁螺旋段的管子呈一定的斜度并且管子间距较小， 采用常规的履带式电加热器 热处理时， 加热器与焊缝的接触面积相对变小。 因此我们选择我公司发明的绳板状履带式陶 瓷电加热

14、件。绳板状履带式陶瓷加热件在管排上的横向排布示意图如下所示：图5.2.3-2为绳板状履带式陶瓷加热件示意图。其中有：A1- 加热元件； A2- 加热元件；A3- 加热元件； A4- 发热电阻丝。图 5.2.3-3为绳板状履带式陶瓷加热件在管排上的横向排布示意图。其中有：B1-绳板状履带式加热块； B2- 管排； B3- 鳍片； B4- 热电偶。图5.2.3-3：绳板状带式陶瓷加热件在管排上的横向排布加热器的规格为 180× 1000mm，功率为 10KW 。加热器布置前要将 4块加热器分两组， 每组 2块。将分好组的 2块加热器通过两端的小孔用铁丝串联起来。加热器在安装时需要4个人配

15、合完成， 炉膛内外各 2人。其中 1人先将串联好的加热器上端固定住， 让待处理焊缝处在 加热器的中间并且使加热器垂直向下，然后1人负责用铁丝将加热器就位住。吊挂好的加热器每根管子之间需用铁丝通过钻孔与应力槽进行绑扎， 保证加热器与待处理焊缝最大面积的 接触。现场加热器的布置与吊挂见图5.2.3-4。图5.2.3-4加热器的布置与吊挂4、保温棉的铺设保温棉铺设也需 4人配合，保温棉的长度根据每小屏管排的长度，事先切好。铺设时， 要注意保证保温棉完全覆盖住加热器， 尤其是加热器的两端。 绑扎时也是用铁丝通过管子之 间的间隙与应力槽每隔 4根管子进行绑扎固定。现场保温棉的铺设见图5.2.4-5 。图

16、 5.2.3-4 保温棉的铺设与绑扎5.3劳动力组织（见表 5.3）表 5.3 劳动力组织序号工种所需人数1焊接专工12焊接技术员13焊接质检员14安全员15热处理班组长16热处理工66. 材料与设备6.1 本工法无需特别说明的材料，采用的材料设备见表6。表 6 机具设备表序号设备名称设备型号单位数量用途1电脑温控柜DWK-I-240KW台3温度记录跟踪2热电偶K型只8控温3履带式加热器180× 1000mm，10KW块6加热4绳板状履带式加热器180× 1000mm，10KW块6加热5保温棉立方米30保温7. 质量控制7.1 工程质量控制标准7.1.1焊接热处理要按照 D

17、L/T 819-2010 火力发电厂焊接热处理技术规程 的要求进行 操作。7.1.2按照 DL/T 869-2012 火力发电厂焊接技术规程要求，对热处理好的焊缝进行硬 度检测。我们采用里氏硬度计，按照 GB/T 17394 的的规定检测硬度。换算的焊缝布氏硬度 值不得超出原始母材硬度值的 40%或者低于原始母材硬度值的 90%。7.1.3 焊缝硬度检查合格的焊接接头，可判定为焊后热处理合格。7.2 质量保证措施7.2.1 热处理操作人员必须做到持证上岗，热处理前进行安全技术交底，热处理操作过 程中必须严格按照热处理工艺卡上的要求进行操作。7.2.2 焊接热处理仪器设备应满足工艺要求，安全、可

18、靠。热处理所使用的测控温仪表、 热电偶等计量器具必须经过校验，并在有效期内使用。维修后的计量器具，必须重新校验。7.2.3 所有用于吊挂水冷壁管屏的链条葫芦在热处理完毕前禁止松动，拆卸。7.2.4 焊接热处理技术人员或焊接工程师应在热处理工自检合格的基础上，对同类焊件 进行不少于 20% 的抽查。检查相关记录、察看经焊后热处理的焊件外观，进行质量评价。7.2.5 焊后热处理温度或时间不够而导致焊缝硬度值高于规定值得焊接接头应重新进行 焊后热处理。8. 安全措施8.0.1 进行热处理的工作人员须正确使用劳动防护用品，口罩、工作服、皮手套等符合 专用防护要求。8.0.2 正确使用 “安全三宝 ”，登高作业系好安全带，脚手搭设应符合安规要求。8.0.3 登高作业人员须符合体检要求。8.0.4 热处理施工作业地点的临空面、孔洞应有可靠的安全防护措施8.0.5 应尽量避免交叉作业。如有交叉作业时，要注意自己上、下方的施工情况，意作 业点周围的安全状态，发现安全隐患时，必须及时采取有效防护措施。8.0.6 不宜在雨、雪、雾及大风天气进行热处理作业，如确需要，应采取遮蔽措施。现 场道路及脚手架、跳板、走道应及时清除积水，并采取防滑措施。8.0.7 所有施工人员进入现场应严格遵守电力建设