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第 4 3卷第 6期 2 0 1 2年 1 1月 锅 炉技术 B0I LER TECHN0L0GY Vo 1 ． 43，NO ． 6 NO V ．，2 0 1 2 【 制 造 质 量 标 准 材 料】 1 0 0 0 MW 超超 临界机组锅炉 T 2 3钢 水冷壁 防泄漏分析及措 施 刘红蕾 ，张 磊 ，王智奇 ，赵 中振。 1 ．山东省 电力学校 ，山东 泰安 2 7 1 0 0 0 ； 2 ．北京 国电清新环保技术股份有限公司 ，北京 1 0 0 1 4 2 ； 3 ．天津 电力 建设 公司 ，天津 3 0 0 0 1 2 摘要 随着全 国 1 0 0 0 Mw 超超临界塔式炉机组 大量 投建 ， 机组 的安 全性 、 经济性和 高效性成 为吸引投资 者 眼球 的关键 方面 。目前 国内塔式炉 机组 锅炉的 T 2 3钢水 冷壁在 4 8 r n至 7 0 m 之间的燃烧 区域 出现 多频次 泄漏 ， 严重影响机组 的安全运 行。以某 电厂二期 2 1 0 0 0 Mw 机组锅炉为例 ， 分 析探讨 T 2 3钢水冷壁 泄漏原 因并 积极采取 应对措施 ， 及 时消除水冷壁泄漏 的隐患 ， 确保 机组减 少非计 划停运 次数 ， 以期 达到安全 、 经 济的 效果 。 关键 词 1 0 0 0 Mw ；水冷壁 ；T 2 3钢 ；泄漏 ；措施 中图分类 号 T K2 2 9 ． 6 文献标识码 B 文 章编 号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 0 1 2 0 6 - 0 0 4 I - 0 6 0 前 言 某 电厂 二 期 2 1 0 0 0 Mw 扩 建工 程 5号 和 6号机组锅炉为超超临界参数变压运行螺旋管圈 直流炉 、 一次再 热 、 单 炉膛 单切 圆燃 烧、 平衡 通 风 、 露 天布 置 、 固 态 排 渣 、 全 钢 、 全 悬 吊结 构 塔 式 布置 。 经 过前 期 调 研 ， 发 现 另 一 电 厂 塔 式 炉 机 组 与某 电厂类 似 ， 但是 该机 组在 整套 启动 期 间 由 于螺旋段水冷壁 3 7处泄露 问题 ， 造成机组启停 1 4次 ； 而 某 电 厂 5号 锅 炉在 水 压 试 验 后 泄 漏 1 7 次 ； 6号 锅 炉 在 水压 试 验 后 泄 漏 3次 。 为 了 确保 某 电厂二 期工程 2 1 0 0 0 Mw 机 组安 全可靠 的运行 ， 本文专 门就 发生水 冷壁 管泄 露 问题 的 原 因进行深入探讨 ， 并在此基础上采取积极 的应 对措施 以降低某 电厂二期锅炉泄漏频次， 同时也 为以后 1 0 0 0 Mw 机组塔式 锅炉安装 及运行提 供 一 定 的参 考 。 1 T 2 3钢水冷壁泄漏 问题 的探讨 1 ． 1 T 2 3钢水 冷 壁泄 漏 案例 根据对水冷壁管泄漏的统计和分析 ， 所有 的 泄露位置集 中分布在螺旋段水冷壁 4 8 m 至 7 0 m 之 间 的 区域 内。此 区域 为 锅 炉 的燃 烧 器 区域 ， 即 炉膛 内的高温区； 水冷壁管径 咖 3 8 ． 1 mm7 ． 3 mm， 材 质 为 S T2 1 3 一 T2 3 。下 面 着 重 以水 压 试 验 后发生的泄漏为例分析泄漏原因。 为减少机组整套启动过程中发生泄漏现象而 造成非计划停炉次数 ， 某电厂二期工程已实施对 2 台锅炉另外各加设一套锅炉永久性打压系统 2台 炉配 1台可移动的打压泵 。主要是考虑在机组每 次启 动前对锅 炉进行工作压 力下 的水压 检查 ， 以避 免锅炉带病启动而造成不必要的经济损失。以下 为 5号和 6 号锅炉水压试验中发现的问题 。 1 在 5号锅炉整套启动前的 2次水压试验 中， 共查 出水冷壁发现泄漏 的共 有 6处 ， 其 中一 处有重复泄漏现象， 即共发现 7个漏点。统计结 果表 明 ， 泄漏 的部 位 多是 鳍 片 或镶 嵌 板 与 管 子 的 角焊缝处， 并且泄漏大多位于 4个转角弯管鳍片 的角焊缝处 ， 或刚性过渡梁 与管子角焊缝处 ， 具 体位 置 见 图 1 ～ 7 。 收稿 日期 2 0 1 11 21 5 ； 修 回日期 2 0 1 2 0 52 0 作者简介 刘红蕾 1 9 7 1 一 ， 女 ， 高级讲师 ， 主要从事火力发 电厂 的教学和研究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 4 锅 炉技术 第 4 3 卷 6 焊后热 处理温度规定 当 T 2 3同种钢焊接 时， 热处理温度为 7 3 0℃～7 6 0℃， 当与 1 C r - 0 ． 5 Mo 组合时， 热处理温度应为 7 2 0℃～7 4 5℃。 2 ． 2 结构焊 焊接 密集 区域 焊接 质量 的保证 经过观 察 发现 ， 所 有 的泄 漏 点 几 乎都 发 生 在 锅炉燃烧区域 4 8 ～7 0 r n之 间， 这个 区间内结构 焊焊接过于密集的区域主要分布在 炉膛 四角角 部水冷壁密封焊焊接位置， 水冷壁填块焊接位置 及 中心固定装置位置处 ， 这三个部位最容易产生 局部应力过大 ， 而在冷热交替状态下造成水冷 壁 管产 生裂 纹 。针对 上述 问题 ， 采取 以下 措施 。 2 ． 2 ． 1锅 炉 炉膛 四角 角部密 封焊 接措施 1 钢板、 鳍片下料完后 ， 必须将钢板所有割 口的氧化铁、 毛刺等打磨清理干净彻底 。壁板 光 洁 、 平直 ， 无凹坑等 ， 壁板用加固筋连接时不打坡 口， 按图纸要求 留出间隙， 钢 板对接检查其 焊 口 错边量应小于 0 ． 1 s ， 每 片板的边长 、 对角线要校 核 ， 钢板对接点焊无烧 穿、 气孔 、 开裂、 漏点、 焊点 过高、 药皮不清等缺 陷， 钢板 焊接前必须将 焊道 内焊渣 、 药皮 及 周 围铁 锈 、 杂物 清理干 净 、 彻底 。 2 根层点固焊对人员 、 技术要求均与正式 施 焊 相 同。点 焊 焊 缝 长 3 O ～ 4 0 mm， 厚 3 1 T I I T I 。 点焊一点 ， 检查一点 ， 如有缺陷及 时清除 ， 重新点 焊 。点焊缝 均匀分布 。进行 根层点 固焊 。不得 在 焊 口外壁 上 随便 引弧 、 调试 电流 。 3 为防止产生较大的应力和变形 ， 对较长 的焊缝采用分段退焊法 见图 1 1 ； 对焊缝较集中 的四角散管密封处 ， 应先焊局部几道 自由焊缝 1 、 2 、 3 、 4 、 5 ， 管子 的最 大间 距 焊 到 1 11 “1 时 ， 再 焊 固定 焊缝 6 。所有焊缝 均要进 行火焰 预热 1 5 0℃ ～ 2 0 0℃ ， 焊后 缓冷 。 图 1 1 分段退 焊法示 意图 4 密封焊接焊缝应 按照 图纸要求 进行焊 接 ， 各焊高 ， 焊厚及外观符合要求 ； 如果散管之 间 的间隙过小 时， 通常将 1根材质为 1 C r ～0 ． 5 Mo 的圆钢嵌焊到两管之间 ， 炉 内炉外双面焊 ， 可 以 避 免 或减少 两 管之 间 的未 焊透 。如 图 1 2所示 图 1 2 小间隙散管加圆管焊接示意图 5 如果散管之间的间隙过小时 ， 填加材质 为 S A3 8 7 C r 1 2的扁 铁 。必要 时添 加 2块 ， 2块 之 间开坡 口焊接， 一般情况如图 1 3所示 图 1 3 小 间隙散管加扁 铁焊接示 意图 2 ． 2 ． 2对 水冷 壁进 行应 力 和硬度 测试 与分 析 在密封工作完成 ， 且受热面未保温前对锅炉 四角角部重点 区域 标高 4 8 ～7 0 m 进行 了表面 检查 ， 确保水冷壁在冷态状态下完好。 1 水冷壁拼缝 1 0 0 9 ／ 6 做水压试验； 2 加 强 T2 3管子设 备及 拼缝 的表 面质量 检 查 ； 3 对 4 O ～7 0 m 的螺旋水冷壁管角部拼缝 和铁部件焊缝做 1 0 0 的 MT或者 P T检查 ； 2 ． 2 ． 3应力 和 硬度测 试及 分析 对水冷壁重点易泄露区域 标高 4 8 ～7 0 m 进行应力和硬度测试及分析 ， 并采取 释放局部应 力 措施 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 刘红蕾 ， 等 1 0 0 0 Mw 超超临界机组锅 炉 T 2 3 钢水冷壁 防泄漏分 析及 措施 4 5 2 ． 2 ． 3 ． 1 T2 3钢 水 冷壁 构 件 结构 残 余 应力 测 试 小孔 释 放法 1 小孔 释放 法 只需要 在 工件 表 面钻 取一 个 孔径和孑 L 深都为 2 mm的／ I , L ， 对构件损伤很小 ， 不像普通机械切割测量 方法那样具有较 大的破 坏性 ； 另一方面 ， 小孔法 的测量精度较高 ， 加之小 孔法的测量 理论可靠 ， 传 统力学 可直接求解 ， 测 量 结果有 较 高 的可 信 度 。基 于 上 述 考 虑 ， 本 研 究 采用 了小 孔 法进 行焊 接残 余应 力 的测定 。 2 在 6号锅炉的对应位置进行焊缝残余应 力测试 ， 现场测试情 况如 图 1 4所示 。测试位 置 选择出现泄露较 多的 4 8 ～7 0 m 标高 区间 ， 共选 择两处标高， 分别为 4 9 m标高和 5 9 m标高位置 进行应力测试 。在这两处标 高位置共安 装 6个 测点如下 测点 1 ～5 9 m 1号角炉前侧 ； 测点 2 ～ 5 9 m 1号 角拐 角处 ； 测 点 3 ～ 4 9 m 炉前 直 段过 渡 梁 炉右 处 ； 测 点 4 ～ 4 9 m 炉 前 直 段 过 渡 梁 炉 左 处 ； 测 点 5 ～4 9 m 号 1角 炉右 侧 ； 测点 6 ～4 9 m 1 号 角拐 角处 。 图 1 4 焊缝残余应力测试现场 2 ． 2 ． 3 ． 2 T 2 3钢水冷 壁构件结 构焊接残余 应力 测试 结果 见 表 1 表 1 各测 点残 余应 力测 试 结果 2 ． 2 ． 3 ． 3 T 2 3钢水冷壁构件 结构焊接残余应 力 测试 结果 分析 从测试结果看 ， 6个测点的应力水平普遍偏 高， 最高的 2号测点最大应力达 3 8 7 MP a ， 已经接 近 T 2 3 钢 的材 料标 准 屈 服 极 限 下 限 ， 5号 测点 也 达到了 3 5 2 MP a 。应力值 最小 的测点是 4号测 点， 为 1 1 8 MP a 。其 余测 点 的最 大主应 力 值在 2 0 0 MP a 3 0 0 MP a之 间浮 动 ， 可 见 所 测 点 应 力 值 均偏 高 。 1 水 冷 壁与 刚性 过渡梁 角焊 缝位 置 的应 力 水平较高 ， 最大测点处接近 T 2 3材料标准屈服强 度的下限， 其余测点应力大小分布于 2 0 0 MP a 3 0 0 MP a左右 。 2 焊接接头应力水平与焊接结构拘束度较 高有密切关系， 而焊后未热处理使得峰值应力难 以缓 解 。 3 力学因素是水冷壁焊接接头产生裂纹或 泄漏的主要影响因素 ， 较高的应力水平和应力集 中容易诱发焊缝及 焊缝 附近区域产生裂纹或泄 漏 等 。 2 ． 2 ． 3 ． 4 T2 3钢 水冷 壁构 件结 构现 场硬度 测试 1 焊缝位置与焊接残余应力测点相 同。选 择相同测点的 目的， 是为 了将水冷壁应力分布情 况与焊接接头的硬度联 系起来 ， 综合分析裂纹产 生与残余 应 力分 布 情况 以及 焊接 质 量之 间的 关 系 。 2 T2 3钢水 冷壁 构件 结构 现场 硬 度测 试 结 构及 分析 。 ① 硬度测试结果见表 2 。 表 2 硬 度测 试 结果 ② 硬 度测试 结果 分析 鳍片与管子 的角焊缝 处母材和焊缝硬 度处 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 6 锅 炉技术 第 4 3卷 R e s e a r c h o n t h e R ob ot i c W el di n g o f Boi l er Su s p e n s i o n Tu b e Ba s e d o n t h e R e c o g ni z i n g o f t h e I ni t i al W e l d i n g P o s i t i o n a n d Ar c Tr a c ki n g ZHANG Qi a o - l i n ， L I J i e 。 ， YE Z h e n ， CHE N Hu a - b i n ， S HA Wa n _ h u a 2 ， CHE N S h a b e n 1 1 I n t e l l i g e n t i z e d Ro b o t i c W e l d i n g Te c h n o l o g y L a b o r a t o r Y ，S h a n g h a i J i a o t o n g Un i v e r s i t y ，Sh a ng ha i 20 02 40， Chi n a； 2 ． S h a n g h a i B o i l e r W o r k s Co ． ，L t d ．，S h a n g h a i 2 0 0 2 4 5。 Ch i n a Ab s t r a ct I n t he we l d i n g pr o c e s s o f t he u l t r a s up e r c r i t i c a l bo i l e r s us pe ns i o n t ube ， t h e a s s e m b l y e r r or a n d t he r ma l de f o r ma t i o n wou l d l e a d t o t h e a c t ua l we l d d e v i a t i ng f r o m t e a c hi ng t r a c k I n o r d e r t o s o l v e t h i s p r o b l e m，a n a u t o ma t i c we l d i n g s y s t e m b a s e d o n v i s u a l s e n s i n g a nd a r c s e ns i n g ha d b e e n de ve l op e d ．Ca m e r a a nd h a nd e ye c a l i b r a t i o n s hou l d be t he f i r s t s t e D a n d t h e n t h e i n i t i a l we l d i n g p o s i t i o n wa s r e c o g n i z e d ．The ’ o n e e y e do ub l e p os i t i on’mo de wa s a p p l i e d t o c o mp l e t e t h e s t e r e o r e c o n s t r u c t i o n o f o b j e c t p o i n t S O a s t o a c h i e v e t h e g u i d a n c e ． Du r i n g t h e p r o c e s s o f we l d i n g，we l d i n g c u r r e n t wa s a c q u i r e d a n d p r o c e s s e d ．I n t he a s D e c t o f s i gn a l p r oc e s s i ng，t he Bu t t e r wor t h f i l t e r a nd Fo ur i e r t r a ns f or m wa s us e d t o g e t t he de v i a t i o n wh i c h wa s s e n t t o t h e r o b o t c o n t r o l l e r i n o r d e r t o r e a l i z e t h e r e a l t i me s e a m t r a c k i n g ．Fi na i i y， a we l d i n g e x p e r i me n t o f b o i l e r s u s p e n s i o n t u b e wa s d o n e ．The r e s ul t pr o ve d t h a t a g oo d f or ma t i on o f s e a m c ou l d be a c q ui r e d whi l e t he p r e c i s i o n o f gu i d a nc e a nd s e a m t r a c ki n g wa s l e s s t h a n 1 mm a n d 1 ． 3 mm r e s pe c t i v e l y ． K e y w o r ds v i s u a l s e ns i ng； i ma ge ma t c hi n g； s t e r e o v i s i o n； a r c t r a c k i ng 上接 第 4 6页 Th e An al y si s a n d Me a s u r e a b o u t Av oi di n g L e a k a ge o f T2 3 St e el W a t e r W al I i n 1 0 0 0 MW S u p er Su p er Cr i t i a l Towe r Boi l er Uni t s LI U Ho ng l e i ， ZHANG Le i 1 ．S h a n d o n g El e c t r i c P o we r S c h o o l 。Ta i a n 2 7 Pr o t e c t i o n C o ． ，Lt d ．，Be ij i n g 1 0 0 1 4 2，Ch i n a ； 3 ． ，W ANG Zhi q i 。。ZHAO Zh on g z he n 。 1 0 0 0 ，Ch i n a 2 ．Be ij i n g Gu o d i a n Qi n g x i n En v i r o n me n t a 1 Ti a n j i n El e c r i c Co n s t r u c t i o n Co mp a n y ，Ti a n j i n 3 0 0 0 1 2 ，C h i n a Ab st r a ct The s a f e t y，e c o n omy a n d hi g h e f f i c i e nc y o f t he un i t i s t h e k e y p oi n t a s a m o un t o f 1 0 0 0 M W s u pe r s u pe r c r i t i c a l t o we r bo i l e r u ni t s ha v e be e n e r e c t e d i n Chi na ．At p r e s e nt t he l e a k a g e o f T2 3 s t e e l wa t e r wa l l h a s b e e n o c c u r r e d i n t h e 4 8 7 0 me t e r s b u r n i n g a r e a ． Thi s ph e n o m e n o n a f f e c t e d u ni t ’ s s a f e t y o pe r a t i o n s e r i ous l y ．A s a n e x a mp1 e o f Ni n gh a i t he r ma 1 p o we r p l a n t p h a s e 2 2 X 1 0 0 0 M W u n i t s ，t h i s d i s s e r t a t i o n a n a l y z e a n d d i s c u s s t h e r e a s o n o f wa t e r wa l l l e a k a g e， t he n a d o pt r e l a t i ve me a s u r e s t o a v o i d t he h i dd e n t r oub l e of wa t e r wa l l l e a k a g e i n t i me ． K e y wo r d s 1 0 0 0 MW ； wa t e r wa l l ；T2 3 s t e e l ；l e a k a g e ； me a s u r e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
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