电站锅炉部件缺陷及控制

电站锅炉部件缺陷及控制第1页/共65页2023/4/192锅炉设备（钢结构、受热面管、联箱）的缺欠：①焊缝缺陷和表面质量缺陷②几何尺寸差异③错用材料或材料质量不佳④集箱和管子内清洁度不够第2页/共65页2023/4/1931

钢结构◆焊缝裂纹、未熔合、气孔等缺陷◆几何尺寸缺陷◆母材缺陷第3页/共65页2023/4/1941。1焊缝裂纹、未熔合、气孔等缺陷问题1：某电厂1号炉大板D梁的一条主角焊缝上有六处裂纹。第4页/共65页2023/4/195

对接焊缝裂纹点焊裂纹问题2：某电厂2号炉钢构C梁下翼板的对接焊缝存在一裂纹。大板梁C梁角焊缝上部分点焊出现裂纹。第5页/共65页2023/4/196问题3:

某2号炉3#大板梁上梁翼板中1条对接焊缝存在深62mm、长20mm的缺陷，缺陷在焊缝中心部位。第6页/共65页2023/4/197问题4：某电厂1号炉钢架梁腹板与翼板角焊缝端部未熔合。原因：引弧板长度不够，电焊机熄弧过早。处理：加大引弧板及熄弧板的长度，对缺陷打磨补焊。

问题5:某电厂2号炉一层主柱角焊缝磁粉检测发现2条8-10mm裂纹。第7页/共65页2023/4/198问题6:

某电厂1号炉一层立柱腹板与翼板结合面端头几处熔合不良。第8页/共65页2023/4/191.2几何尺寸缺陷问题1：某电厂1号炉一层钢结构梁图号应是026，误写为053；少打3组孔，共计90个。处理：将此梁调回车间，补打漏掉的螺孔，更改图号。问题2:某电厂1号炉一层立柱长度允许偏差±1.6mm,

实际最大偏差-3mm.

第9页/共65页2023/4/1910问题4:某电厂1号炉第一层梁侧翼板的波浪度较大。

问题3:某电厂1号炉一层钢结构梁翼板比设计短约100mm，并补接了一截长约76mm的板子。UT检验，结果发现整条焊缝都存在缺陷。第10页/共65页2023/4/1911问题5：某电厂1号炉钢结构翼板存在严重变形。原因：焊接过程中及运输过程中产生。第11页/共65页2023/4/19121.3母材缺陷问题1:某电厂1#炉两根立柱翼板母材（板厚为70mm）存在全部或断续分层缺陷。原因：生产厂未按照规定对厚度大于60mm的板材超声波复检。处理：报废。问题2：某电厂1#炉钢结构翼板对接焊缝超声波探伤有超标缺陷。原因：生产厂无损检测能力欠缺处理：返修

第12页/共65页2023/4/1913问题3：某电厂2号炉大板梁有三件枕块上存在母材缺损。

第13页/共65页2023/4/19142.2.受热面管

◆焊缝裂纹、未熔合、气孔等缺陷◆焊缝硬度超标◆原材料质量缺陷◆管子表面损伤◆错用材料◆奥氏体耐热钢管的固溶处理第14页/共65页2023/4/19152.受热面管

问题1：某电厂1号炉上部水冷壁多处管屏端部角焊缝存在裂纹，最长达250mm。原因：主要是扁钢较厚、焊前未预热，结构刚性较大，存在应力集中等原因产生裂纹。处理：返修并对管子与扁钢角焊缝端部至少300mm长度范围进行100％MT检查。2.1焊缝裂纹、未熔合、气孔等缺陷第15页/共65页16问题2：某电厂1期2台超临界压力中间再热直流锅炉,型号为ΠΠ-1000-25-545ΚΤ，运行约9万小时，锅炉低温再热器和顶棚过热器发生3次泄漏。材料12Cr1MoV，规格Φ32×64号管段宏观形貌1、2号管段宏观形貌第16页/共65页172号管段焊缝内壁凹坑处贯穿至外壁裂纹形貌5号管段凸起处管壁中部裂纹形貌4号管段补焊处内壁5号管段补焊处附近裂纹形貌管子失效是因为管子焊接质量差，焊缝中有多处未熔合、气孔等缺陷，补焊处或焊接附件与管子焊接处硬度高、，再加上焊接残余应力、锅炉运行时应力的作用，导致这些焊接区域萌生裂纹并逐渐扩展直至开裂。第17页/共65页18问题3：某电厂3号炉螺旋膜式水冷壁管规格Φ38.1×6.7mm材料12CrMoG。鳍片材料15CrMoG第18页/共65页19问题4：T23焊缝裂纹，国外的资料介绍，对于壁厚小于10mm的小径管，焊前可不预热，焊后可不进行热处理。但在工程实际中发现，T23有一定的冷裂纹倾向，在拘束应力较大的条件下，不预热易出现冷裂纹；焊后不热处理，接头的强度和塑性可满足相关标准，但热影响区硬度偏高，冲击韧性低，经710～730回火，焊缝和热影响区的冲击韧性明显提高，所以目前工程中往往还是采用预热和焊后热处理。工程中出现了诸多的T23钢制水冷壁管焊缝开裂的案例，裂纹在鳍片、填块角焊缝及对接焊缝均发生。第19页/共65页20问题5：某电厂2#炉前墙水冷壁有1处管子损伤需换管,但制造厂未换管只是补焊。问题5：某电厂2#炉上部前墙水冷壁一小屏上管子损伤达24处，深度0.5—1.5mm。第20页/共65页2023/4/19212.2焊缝硬度超标

DL/T438规定T91、T92钢制受热面管焊缝硬度为180-270HB。目前锅炉制造业有不同意见，按EN

ISO

15614-1“金属材料焊接工艺规程及评定—焊接工艺评定试验“中规定，9%Cr-1Mo-V焊缝的硬度低于等于350HV10（333HB）。但该规程同时要对焊缝进行冲击、弯曲试验。冲击功不低于母材，弯曲无裂纹。

国内某锅炉厂制作的1000MW机组T91钢制二级过热器上部管屏焊缝硬度309-369HB，有的弯曲试验开裂，焊缝马氏体组织粗大。

第21页/共65页2023/4/1922第22页/共65页2023/4/1923

2.3原材料质量缺陷

问题1：某电厂4号炉分隔屏过热器进口联箱过渡段管水压试验时发生爆管（材质12Cr1MoV，规格φ43×6.5

mm）。冷拔管内壁严重直道缺陷。

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问题1：1000MW超超临界机组锅炉水冷壁上部（材质15GrMoG，规格

Φ28.6×5.8mm。

600MW超临界机组锅炉上部前墙水冷壁（材质15CrMoG，规格

Φ31.8×9mm，

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问题2：某电厂#2炉15CrMoG水冷壁管测厚，发现多根管子壁厚严重

偏薄：偏薄管子的壁厚在1.78～3.0mm（规格38×7.3mm）。

取样检查：

问题3：T91钢管硬度偏低、取样试验拉伸强度低于标准问题4：有的管样压扁不合格第25页/共65页2626某电厂2号（配1000MW机组）超超临锅炉过热器出口段开裂，开裂部位位于炉顶大包内。过热器管材质T92、规格为Ф48.3×7.3mm，过热器出口压力27.56MPa，温度为605℃

。至爆管锅炉运行1694小时，启停18次

问题5：第26页/共65页2727压扁试验后管样内壁破裂，直管段硬度值异常部位的组织明显细于硬度值正常区域组织；弯管部位的组织略细于直管部位组织。过热器管样的开裂主要是由于管子的原始开裂。第27页/共65页2023/4/1928问题1：某电厂1号炉冷灰斗螺旋水冷壁管子严重磨损，深度达4mm。2.4管子表面损伤第28页/共65页2023/4/1929问题2：某电厂2号中部前后螺旋水冷壁管磨损，磨损面积分别为20×15mm、20×12mm，30×20mm，深度分别约为3mm、1.5mm、3.5mm。换管或补焊

处理措施第29页/共65页2023/4/1930问题3：某电厂1号水冷壁上部管子严重损伤,损伤直径25mm,最大深度为3.4mm。处理：换管或补焊。第30页/共65页2023/4/1931问题4：某电厂1号炉1号机组水冷壁气割伤及管子母材。处理：修磨补焊。

第31页/共65页2023/4/1932问题5：某电厂2号低温再热器中部管子存在严重磨损，最小厚度仅剩1.3mm。处理：换管。

第32页/共65页2023/4/19332.5错用材料问题1：某电厂600MW超临界机组5号炉光谱检验在8屏上部前墙水冷壁管屏上发现33片鳍片为碳钢（设计15CrMo）；在2屏上部侧墙水冷壁管屏上发现5个密封块为碳钢（设计15CrMo）。问题2：某电厂1000MW超临界机组3号炉低温再热器四级管组设计材质为T23和12Cr1MoVG，但光谱检验发现91根12Cr1MoVG管排混材为碳钢。问题3：某电厂#1炉末级再热器1根管子端头一段经光谱检验为12Cr1MoV，设计为P91。◆第33页/共65页2023/4/19342.6奥氏体耐热钢的固溶处理问题1：奥氏体不锈钢直管未固溶处理或固溶处理不充分2012年10月安装，11月2日点火运行，11月12日后屏过热器爆管TP347HΦ60×8.5mm◆第34页/共65页2023/4/19352.6奥氏体耐热钢的固溶处理问题1：奥氏体不锈钢弯管未固溶处理或固溶处理不充分案例1：某#5超临界锅炉高温过热器运行1946h后弯头断裂。压力/温度25.4MPa/571℃，材料TP347H、规格为Φ45×7.8mm。其它电厂3炉也出现过同类事故。◆第35页/共65页36案例2：某电厂5号超超临界锅炉分隔屏TP347H运行3840h后弯头断裂。材料TP347H、规格为Φ45×7.8mm。第36页/共65页37奥氏体不锈钢管的固溶处理

DL/T438-2009规程9.1.7条“弯曲半径小于2.5D或接近2.5D（D为钢管直径）的奥氏体不锈钢管冷弯后应进行固溶处理，热弯温度应控制在要求的温度范围，否则热弯后也应重新进行固溶处理”

以往国内外标准对奥氏体不锈钢锅炉管冷加工后均要求进行固溶处理，国内大多数锅炉厂对于冷弯后的奥氏体不锈钢锅炉管均重新进行固溶处理，以消除冷加工过程产生的残余应力。但1998年ASME增补了PG-19条款“奥氏体材料的冷加工成型”，根据此条款中表格PG-19，对冷加工的奥氏体不锈钢锅炉管不同的变形范围给出了不同的热处理意见（见下表）。第37页/共65页38钢号较低的温度范围较高的温度范围超过设计温度和成型变形限制范围时最低热处理温度设计温度成型应变超过设计温度超过成型应变超过超过小于等于TP304H580℃675℃20%675℃10%1040℃TP347H540℃675℃15%675℃10%1095℃TP316H580℃675℃20%675℃10%1040℃TP347HFG540℃675℃15%675℃10%1095℃几种牌号不锈钢冷加工变形范围和热处理第38页/共65页39

根据ASME上述补充条款，对于设计金属温度在540℃-675℃的

TP347H或TP347HFG，当应变量（应变%=100r/R，r和R分别为管子公称外半径和公称弯曲半径）不超过15%时就可免做1095℃以上的固溶处理；对于设计金属温度在540℃-675℃的TP304H、TP316H，当应变量（应变%=100r/R，r和R分别为管子公称外半径和公称弯曲半径）不超过20%时就可免做1040℃以上的固溶处理。

实际上，无论锅炉管形变的应变量是多少，只要冷加工后不进行热处理，均会残留冷加工应力，只是这些冷加工效应的程度随应变量的大小而不同。第39页/共65页2023/4/19403.联箱◆焊缝裂纹、未熔合、气孔等缺陷◆原材料质量缺陷◆错用材料◆清洁度◆几何尺寸偏差第40页/共65页2023/4/1941问题1：目前，12Cr1MoVG、15CrMoG厚壁联箱接管座角焊缝开裂较多。某电厂1000MW机组省煤器集箱箱体材质SA106C，接管座材质SA-105、SA-210C，部分管座15CrMo，吊耳材质15CrMo。检查发现各种接管座和吊耳共计410处开裂水冷壁集箱；下集箱材质SA106C，接管座为SA105、小部分15CrMo；上集箱全部材质12Cr1MoV，中间集箱材质SA106C，接管座15CrMo，部分SA105，共计250处开裂末级再热器集箱进口集箱和接管座材质12Cr1MoV，98处开裂；出口集箱P92、T92一处开裂。3.1焊缝裂纹、未熔合、气孔等缺陷第41页/共65页2023/4/1942水冷壁过渡段混合集箱接管座角焊缝(材质15CrMoG;规格Φ60.3×9.7)裂纹，长85mm。省煤器出口集箱接管座角焊缝（材质SA-210C；规格Φ54×9）整周存在裂纹。第42页/共65页2023/4/1943焊缝裂纹、未熔合、气孔等缺陷12Cr1MoV联箱管座裂纹第43页/共65页2023/4/1944焊缝裂纹、未熔合、气孔等缺陷裂纹起源于角焊缝筒身焊趾处，沿筒身表面熔合线附近粗晶区以沿晶断裂为主向内扩展，终止于筒身侧热影响区的细晶区，未扩展至焊缝和筒身母材，主裂纹深度约为2mm。符合再热裂纹的开裂特征，由此判断裂纹性质为再热裂纹。第44页/共65页2023/4/1945问题1：某电厂5号炉P92钢制过热器联箱筒身局部区域硬度150HB左右，重新热处理。3.2

原材料质量缺陷问题2：某电厂2号炉过热器二级减温器管接头硬度偏低，换管。第45页/共65页2023/4/1946问题1：某电厂1号炉过渡段水冷壁9#集箱光谱检验发现侧封头焊缝（原材质为P12）半圈焊缝与原材质不相符。处理：补焊焊条错材，返修。问题2：某电厂600MW超临界机组6号炉光谱检验水平烟道底墙水冷壁出口集箱（Ф323.9×65，P12）钢印侧筒节的材质为碳钢（设计P12），长度为4.56米。3.3错用材料第46页/共65页473.4清洁度第47页/共65页2023/4/1948◆清洁度

关于集箱内部清洁度控制

1）制造厂清洁度的检查与控制

2）安装前清洁度的检查与控制

3）集箱安装封焊最后一道手孔时的控制

4）蒸汽吹管后的检查与控制第48页/共65页2023/4/1949问题1:某电厂1号炉后竖井包墙集箱退火后弯曲变形严重。

3.6几何尺寸偏差第49页/共65页2023/4/1950问题2:某电厂1号炉高过出口305#集箱长管接头上下两排中心间隔尺寸负公差超标。

第50页/共65页2023/4/1951问题3：某电厂2炉水冷壁前墙集箱漏钻一只孔。问题4:某电厂1炉低过109#集箱多钻一孔。问题5:某电厂2号炉高过出口集箱(2S245-2-0)有一段筒身长度L=3715、壁厚为127mm，小于设计最小壁厚135.9mm。处理：更换。问题6:某电厂2号炉包墙90#集箱，由于划线错误造成￠141.3X26的孔向右偏移114mm。处理：与该集箱连接的接管尺寸做相应更改。

第51页/共65页3.7设计不合理600MW机组超临界锅炉运行期间，减温器定位圆柱销脱落导致喷管折断或歪斜、套管位移和减温水直接冲到温度较高的筒身上导致减温器筒身龟裂。第52页/共65页喷管悬臂式结构喷管穿通式结构（上部定位）喷管下部定位结构（非T形销）第53页/共65页2023/4/1954

第54页/共65页2023/4/19554.锅炉部件与管道的硬度控制与检测直管/管件的硬度偏高或低，相对于直管来说，管件的硬度异常更为严重。例如，某电厂3、4号机组WB36钢制给水弯头。3号机组42个弯头、4号机组10个弯头局部硬度低于180HB。即使下限按170HB控制，3号机组仍有28个弯头硬度低于170HB。●某电厂三个P92钢制热锻三通，局部硬度约为140-155HB，硬度偏低的区域金相组织异常。●除了硬度超标外，管件上的硬度还存在不均匀的问题，有的弯头上硬度差高达100HB。第55页/共65页56DL438/T-2009“火力发电厂金属技术监督规程”中规定：9-12%Cr钢母材硬度为180-250HB；焊缝硬度为180-270HB。。硬度控制欧洲标准EN

10216-2对钢管硬度无规定，但对抗拉强度上限规定美国ASME

SA335、ASME

SA213对有些钢管硬度规定上限，但无下限。例如对P91、P92、WB36规定上限250HB。ASTM

A213-2010和ASTM

A335-2010规定：T/P91钢管的硬度190-250HB第56页/共65页ASME关于9-12%Cr钢的监督第