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郭琴，趙鵬，張剛
（首鋼長治鋼鐵有限公司，山西長治047500）
摘要：山西長治首鋼生物質(zhì)能源有限公司2#余熱鍋爐過熱器管道發(fā)生爆管后，造成焚燒爐非計(jì)劃停爐，進(jìn)入爐內(nèi)測(cè)量壁厚判定，必須更換部分管道才能保證設(shè)備安全運(yùn)行。為滿足過熱器管道高溫、高壓工作環(huán)境要求，通過制定焊接工藝、實(shí)施試焊接確定焊接參數(shù)，并嚴(yán)格按工藝要求施焊，保證了12根管道按要求完成更換任務(wù)。通過此項(xiàng)目的實(shí)施，在壓力管道焊接過程中的操作要點(diǎn)，如何克服現(xiàn)場(chǎng)焊接過程中的不利因素，以及避免易發(fā)生焊接缺陷等方面提出針對(duì)性的處置措施。
0引言
山西長治首鋼生物質(zhì)能源有限公司是具有年處理生活垃圾36萬噸，年發(fā)電1.2億度的垃圾焚燒發(fā)電廠，其實(shí)現(xiàn)了生活垃圾“減量化、資源化、無害化”處理目標(biāo)。主要設(shè)備有2座500t/d的焚燒爐，2臺(tái)4.5t/h余熱鍋爐和1臺(tái)18MW汽輪發(fā)電機(jī)組。垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣橫向流經(jīng)余熱鍋爐各級(jí)受熱面，過熱器吸收高溫?zé)煔鉄崃慨a(chǎn)生過熱蒸汽，最后匯集在過熱蒸汽母管中供汽輪機(jī)發(fā)電。2022年9月，該廠2#鍋爐三級(jí)過熱器管道因爆管導(dǎo)致緊急停機(jī)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有12根管道出現(xiàn)磨損變薄和管道泄漏等情況，更換部分新管后，焚燒爐恢復(fù)正常運(yùn)行。
1過熱器簡(jiǎn)介及爆管情況
1.1過熱器結(jié)構(gòu)
生物質(zhì)余熱鍋爐為單鍋筒臥式自然循環(huán)水管鍋爐，設(shè)置有過熱器、蒸發(fā)器以及省煤器等。過熱器管束高度6500mm，垂直布置，和集箱懸吊在頂梁上一起向下膨脹。過熱器系統(tǒng)由三級(jí)過熱器組成（圖1），一級(jí)由16排Φ38×5mm的管子組成，材料為20G，二級(jí)為16排Φ42×5mm管，三級(jí)為12排Φ38×5mm管，管子材料均為12Cr1MoVG。正常工況下，三級(jí)過熱器管道內(nèi)部過熱蒸汽壓力為4.0MPa，溫度400℃，管道外部煙氣溫度＜650℃，過熱器最高管壁溫度＜430℃。
1.2過熱器損壞情況
因長期受煙氣沖刷、腐蝕，三級(jí)過熱器管道有5根管道壁出現(xiàn)破損，且管道破損部位上下壁都有不同程度變薄痕跡，7根管壁經(jīng)測(cè)厚儀測(cè)量，原管壁5mm，變薄為2～4.5mm（圖2）。為解決爆管問題，必須通過更換管道方式解決。
2過熱器焊接要求及存在的難點(diǎn)
2.1焊接技術(shù)要求
三級(jí)過熱器不論是管道內(nèi)部過熱蒸汽還是外部煙氣，均為高壓、高溫介質(zhì)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，焊接質(zhì)量必須達(dá)到X射線探傷I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，不得存在根部內(nèi)凹和根部咬邊、未焊透、條形缺陷，圓形缺陷在10mm×10mm評(píng)定區(qū)內(nèi)只能有1個(gè)，焊縫質(zhì)量要求較高。
2.2焊接難點(diǎn)
?。?）爆管及附近管壁均有不同程度損壞和變形，但焊接質(zhì)量要求高。
?。?）焊接管道時(shí)，人員必須進(jìn)入爐內(nèi)，而爐內(nèi)存在焚燒垃圾產(chǎn)生的有毒有害氣體，必須打開引風(fēng)機(jī)形成一定負(fù)壓才有利于降低有毒有害氣體含量，但爐內(nèi)風(fēng)速會(huì)影響焊接作業(yè)。
3更換過熱器管道
3.1焊接工藝確定
?。?）用測(cè)厚儀依次對(duì)管道壁厚進(jìn)行測(cè)量，選擇管壁最厚處截?cái)嗾w更換。
?。?）依據(jù)過熱器管道材料12Cr1MoVG，選擇相同材料合格管道更換。
?。?）為保證管道滿足高溫高壓運(yùn)行要求，采用氬弧焊單面焊雙面成型。管壁厚5mm，由打底和蓋面兩層組成，設(shè)備選擇時(shí)代逆變機(jī)型。依據(jù)管道材料選用承壓設(shè)備，使用氣體保護(hù)焊，鋼焊絲THT-55B2V，直徑選擇Φ2.5mm。
?。?）先用新舊管道對(duì)接進(jìn)行試焊，確認(rèn)符合探傷要求后，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接。
3.2試焊情況
?。?）坡口。將新舊管道坡口加工成30°，留0.5mm鈍邊，用角磨機(jī)將切口兩側(cè)15mm范圍內(nèi)打磨出金屬光澤。
?。?）焊接。通過多次測(cè)試，電流調(diào)整到85～90A，氣壓控制在10～15L/min，焊接中仍存在氣孔，通過排查焊***無異常，更換為純度99.99%氬氣后，未再出現(xiàn)氣孔。重新更換管道后，留3.2mm間隙對(duì)接，進(jìn)行打底焊接，用角磨機(jī)修磨焊縫、清理干凈氧化渣后實(shí)施第二層蓋面焊接，新舊管道試焊完成。
?。?）經(jīng)X射線探傷檢測(cè)達(dá)到I級(jí)焊縫要求，此工藝可以用于現(xiàn)場(chǎng)施焊。
3.3焊接實(shí)施
3.3.1焊接前準(zhǔn)備
?。?）在爐體內(nèi)部適當(dāng)高度用架管、木板搭腳手架，并在焊接位置用彩條布進(jìn)行臨時(shí)隔斷，以免通風(fēng)對(duì)焊接過程造成影響。
（2）將劃出更換位置的舊管道進(jìn)行切割、開坡口、修磨。要求做到切口平齊，坡口角度符合30°±1°。焊縫側(cè)15mm范圍無銹、無污、無毛刺等，并露出金屬光澤。
?。?）按照上下留3.2mm間隙準(zhǔn)備12根適合尺寸的管道，機(jī)加工坡口，對(duì)其焊口周邊進(jìn)行打磨處理，兩側(cè)15mm范圍內(nèi)無銹、無污、無毛刺等，并露出金屬光澤。
3.3.2施焊過程
?。?）由一人輔助，將管道與兩側(cè)管道對(duì)正，分別檢查管道與上下管的對(duì)接情況，盡可能保證管道間距為3.2mm，與上下對(duì)接管無錯(cuò)邊。
（2）將電流調(diào)整到90A，氣體壓力調(diào)至10L/min，對(duì)管道進(jìn)行2個(gè)點(diǎn)位定位焊，再次確認(rèn)管道對(duì)接位置未發(fā)生變化，開始打底焊接。
?。?）打底焊接要保證電弧焊透根部形成焊縫，內(nèi)凸小于1mm，不內(nèi)凹。打底起弧時(shí)，焊絲和焊***角度保持70°～80°，拉低電弧進(jìn)行預(yù)熱，看到坡口邊出現(xiàn)半熔化狀態(tài)時(shí)，壓低電弧熔化擊穿鈍邊，使之出現(xiàn)一個(gè)比間隙稍大的熔孔，從而保證熔敷金屬一部分過渡到焊縫根部及背面并與熔化的母材共同組成熔池。
采取適當(dāng)?shù)臏缁∈址ǎ购附z不斷擊穿熔化鈍邊形成熔孔，使背面形成焊縫。采用連弧焊，通過電弧反復(fù)交替燃燒與熄滅并控制熄弧時(shí)間，從而控制熔池溫度、形狀和位置，獲得良好的背面成形和內(nèi)部質(zhì)量。需接頭時(shí)，向焊接的反方向拉回10～15mm，使電弧逐漸拉長很快熄滅，將收弧縮孔消除或帶到焊道表面，以便在隨后焊接時(shí)將其熔化掉。但回?zé)龝r(shí)間也不能太長，盡量使接頭處形成斜面，不能損壞坡口兩側(cè)棱邊，便于蓋面時(shí)可以看清坡口。
（4）對(duì)打底焊縫實(shí)施清理，去除打底焊縫熔渣，將打底層焊縫接頭打磨平整，將電流調(diào)至85A進(jìn)行蓋面。此時(shí)焊***擺幅可加大，送絲速度要均勻，在坡口兩側(cè)停留時(shí)間比打底焊稍長一些，觀察坡口兩側(cè)的熔化情況，使焊縫兩側(cè)邊緣熔合良好，避免產(chǎn)生咬邊，使焊道表面形成圓潤過渡。
3.3.3預(yù)防主要缺陷的措施
（1）防錯(cuò)邊。由于過熱器管道在工作中受熱脹冷縮作用已發(fā)生變形，為避免新管與上下管道明顯錯(cuò)邊，在進(jìn)行管道定位時(shí)，用鋼板尺在相差90°位置進(jìn)行兩個(gè)位置測(cè)量，盡量做到不錯(cuò)邊或錯(cuò)邊量最小。定位焊要牢固可靠并復(fù)查是否有位置變化。
?。?）防氣孔。由于鍋爐內(nèi)部是一個(gè)狹長通道，又需開引風(fēng)機(jī)形成負(fù)壓環(huán)境，因此必須搭設(shè)防風(fēng)裝置保證焊接部位無影響。所用氬氣純度不得低于99.95%，并將流量調(diào)整合適。焊***噴嘴距管道焊接位置保持3～4mm，避免失去氬氣保護(hù)作用。
（3）防未焊透。綜合考慮對(duì)口間隙、坡口制備、鈍邊厚度等。制作新管時(shí)，必須考慮焊接間隙不小于3mm。坡口角度具備條件的要采用機(jī)加工，否則現(xiàn)場(chǎng)打磨時(shí)要符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)或DL/T869—2004《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》要求，壁厚小于20mm的焊口采用V形坡口，單邊角度不小于30°，鈍邊厚度在1mm左右。根據(jù)操作者操作技能，選擇合適的線能量、焊接速度和操作手法，以增加熔透能力。
3.4焊接質(zhì)量檢驗(yàn)
經(jīng)過對(duì)12根管道進(jìn)行更換處理，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)X射線檢驗(yàn)，24道焊縫均達(dá)到I級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn)要求，按試驗(yàn)壓力4.0MPa打壓試驗(yàn)保壓5min，壓降≤0.5MPa符合試壓要求。
4結(jié)束語
在鍋爐發(fā)生爆管情況下，除對(duì)泄漏管道進(jìn)行處理外，對(duì)于其他特別是相臨管道的壁厚進(jìn)行全面檢查測(cè)量十分必要，否則極易出現(xiàn)開爐后不久再次發(fā)生其他部位泄漏的情況。在焊接前，讓有經(jīng)驗(yàn)的人員依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定焊接工藝，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照焊接工藝施焊是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵，可有效避免易出現(xiàn)焊接缺陷，達(dá)到無損檢測(cè)質(zhì)量要求。本次對(duì)管道進(jìn)行更換，使得新舊管道對(duì)接尺寸、焊縫質(zhì)量和承載壓力達(dá)到使用要求，保證了長治地區(qū)垃圾處理工作的正常進(jìn)行。
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