1、1000MW 二次再熱機組鍋爐水冷壁管排焊縫熱處理施工工法中國能源建設集團江蘇省電力建設第三工程公司劉曉華唐錦馬愛軍1.前言隨著機組容量的不斷提升，水冷壁出口溫度也在逐漸提高，這必然要通過升級水冷壁管材質或增加水冷壁管壁厚方法的來解決這一問題。而常用于水冷壁管排的12Cr1MoVG制造工藝和焊接工藝都已非常成熟。 因此，在不改變水冷壁管材質的情況下， 必然要增加管材的壁厚。根據 DL/T869-2012 “下列部件采用氬弧焊或低氫型焊條，焊前預熱和焊后適當緩慢冷卻的焊接接頭可以不進行焊后熱處理：b）壁厚不大于8mm或管徑不大于108mm，材料為 12Cr1MoV、 12Cr2Mo的管子”的規定

2、，以及水冷壁管排安裝焊接采用氬弧焊的前提下，當 12Cr1MoVG管的壁厚大于8mm時，我們必須要對水冷壁管排的焊縫進行熱處理。我公司承建的國電泰州電廠（2 1000MW超超臨界）二期工程#3 機組是我國自主設計、自主制造的首臺超超臨界二次再熱火電機組，是國家燃煤發電示范項目，也是國家科技部確定的“十二五” 節能減排國家科技支撐計劃項目。該鍋爐由上海鍋爐廠制造，在水冷壁的結構方面跟國內常規的百萬機組塔式爐相同，分為垂直段、 螺旋段兩部分。 整個水冷壁管排材料選用的是12Cr1MoVG。相對于國內常規的超超臨界一次再熱百萬機組，水冷壁的壁厚增加了，出現了大面積壁厚大于8mm的規格的管子，規格分別

3、為44.5 9 和 38 8.5 。根據規程要求，對超過8mm的管子的焊縫需進行焊后熱處理。由于膜式水冷壁管屏熱應力的分布比較復雜，焊接過程中常造成管屏變形，再經過焊后熱處理， 很容易造成管屏的二次變形， 甚至導致焊口出現斷裂。 因此我們通過履帶式電加熱器，采取合理的熱處理工序， 提高熱處理效率， 減小焊接變形且焊接接頭的力學性能數據符合規范要求，對今后的水冷壁管排焊縫熱處理工作具有借鑒和指導作用。2.工法特點2.1 相對于常規的百萬機組鍋爐水冷壁安裝焊接，本工程出現了大面積水冷壁管排焊后熱處理的情況，在國內尚屬首次。2.2 通過對水冷壁T 型三通，水冷壁垂直段，水冷壁螺旋段的熱處理，解決實際

4、生產過程中影響熱處理施工的一些問題，提高了熱處理工作效率，保證了熱處理后的焊接接頭的力學性能，從而縮短了施工工期，節約大量的人力、物力。3.適用范圍3.1 適用于火電廠鍋爐水冷壁管排不同空間位置的焊后熱處理，在焊縫熱處理合格、提高焊縫熱處理的效率、降低成本上有很大優勢。3.2 適用于其他鍋爐受熱面密集管排的熱處理。在提高熱處理質量，尤其在空間位置比較復雜的地方進行熱處理具有很大優勢。4.工藝原理履帶式電加熱器可視工件的幾何形狀， 壁厚及熱處理要求能制成多種形狀， 可以與工件接觸加熱， 可以彎曲， 折疊， 燃燒，它適用于各種金屬構件， 如管道、 大型容器的焊前預熱，中間消氫和焊后的局產部熱處理，

5、具有加熱速度快，熱利用率高，節能顯著，勞動強度低，使用安全可靠、 操作方便的優良性能， 是目前焊接界一種最新穎實用的理想局部熱處理加熱器。我們根據水冷壁管排的形狀以及空間位置選擇與之相適應的電加熱器，然后采用合理的綁扎方法和順序使熱處理后的焊縫達到預期效果。5.施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程工藝規范的制定 熱電偶的布置與綁扎 加熱器的布置與綁扎 保溫棉的鋪設 熱處理溫度記錄跟蹤 質量檢驗（包括進行無損檢驗） 驗收。5.2操作要點水冷壁 T 形三通熱處理施工措施1、工藝規范的制定根據焊接工藝評定以及 DL/T 819-2010 的相關規定，編制焊接熱處理工藝卡，詳細描述熱處理過程中從預

6、熱到焊后熱處理的一系列參數。圖熱處理工藝卡2、熱電偶的布置與綁扎現場實際焊接的水冷壁左墻上部垂直圍墻管屏接三通的焊縫，焊接項目代號為W2-33 ，該管屏在水冷壁組合架上組合。編號為2、 5、 7共 3支熱電偶為控溫熱電偶，1、 3、 4、6、 8共5支熱電偶為測溫熱電偶，8支熱電偶均布置在管屏的上面。圖熱電偶布置示意圖熱電偶的綁扎是采用鐵絲穿過安裝對口時留下的應力槽進行扎緊。熱電偶綁扎時要保證熱端與焊縫緊密接觸， 并在后面的處理過程中不產生脫離、 松動?，F場熱電偶的布置與綁扎見下圖：圖熱電偶的布置與安綁扎3、加熱器的布置與綁扎我們采用的履帶式電加熱器單片尺寸為 180 1000mm，功率為 1

7、0KW 。加熱器的示意圖見圖。圖履帶式電加熱器根據相鄰管子的中心間距為 120mm，考慮到加熱器能最大面積地覆蓋住焊縫，因此每片加熱器加熱 8根管子，加熱器采用上下兩片對稱布置。由于現場鋪設的水冷壁左墻上部垂直圍墻管屏的T 形三通凸出管距離工地焊縫42.75mm，而我們選用的履帶式電加熱器的寬度為180mm ，因此管屏上側履帶式電加熱器不能平均鋪設在焊縫的兩側。對于管屏上部的加熱器的鋪設，我們采用一端靠緊T 形三通凸出管邊緣，管屏下側的加熱器則平均鋪設在焊縫兩側（履帶式電加熱器的鋪設見圖、圖）。圖加熱器布置圖（1）圖 加熱器布置圖（2）上下兩片的加熱器的綁扎是通過事先在未開割槽的管屏上面鉆孔，

8、鉆孔的位置距三通約100mm 處，然后用鐵絲通過應力槽與鉆孔口進行捆綁。左右兩片的加熱器亦通過鐵絲進行連接（應力槽與鉆孔口的位置示意圖見圖）。圖應力槽及鉆孔口布置圖加熱器綁扎時要注意綁扎用的鐵絲不能跟電阻絲接觸， 并且保證陶瓷套管與管子最大面積的接觸，現場加熱器的布置與綁扎見圖、圖。圖上管屏加熱器的布置與綁扎圖下管屏加熱器的布置與綁扎4、保溫棉的鋪設由于三通之間有空隙的影響，若直接鋪設保溫棉，勢必造成加熱過程中熱量的散失。因此在鋪設保溫棉之前，采用圖的方法將三通之間的空隙用保溫棉塞住。塞完空隙后，采用圖的方法用保溫棉對整個加熱器進行鋪蓋，為了保證陶瓷套管與管子的接觸充分，在鋪完保溫棉后，兩側均

9、使用槽鋼把保溫棉壓住，見圖。因為在熱處理的過程中容易造成管屏的變形，因此在管屏的下面，采用千斤頂將管屏頂住，起到防變形和壓緊陶瓷套管與管屏的作用。圖三通之間填塞保溫棉圖圖 加蓋保溫棉及接線圖槽鋼壓住保溫棉水冷壁垂直段熱處理施工措施1、工藝規范的制定熱處理的工藝參數同的第 1款。2、熱電偶的布置與綁扎現場實際焊接的水冷壁右水垂直段的焊縫，焊接項目代號為W2-47 ，該焊口為鍋爐安裝焊口，共 7小屏，焊口數為179只。根據管子之間的間距，每塊加熱器覆蓋的管子數目在89根為宜。我們采取的是每一小屏管排做一爐處理， 因此每一小屏需要6塊履帶式電加熱器， 向火側跟背火側各3塊對稱布置。只在背火側待處理的

10、每一小屏的左端數起，每隔4根布置 1只熱電偶，共計6只，每一塊加熱器上的 2只熱電偶分別作控溫和測溫。熱電偶綁扎時要注意熱電偶的冷端要處于所在焊縫的正下方，用鐵絲綁扎時要保證熱電偶熱端綁扎牢固?，F場熱電偶的布置與綁扎見下圖。圖熱電偶的布置與安綁扎3、加熱器的布置與綁扎加熱器的規格我們仍選擇的是圖的履帶式電加熱器。加熱器布置前要將6塊加熱器分兩組， 每組 3塊。將分好組的 3塊加熱器通過兩端的小孔用鐵絲串聯起來。加熱器在安裝時需要 6個人配合完成，爐膛內外各3人。其中 2人先將串聯好的加熱器拉平，讓待處理焊縫處在加熱器的中間，然后1人負責用鐵絲將加熱器吊住。吊掛好的加熱器每根管子之間需用鐵絲通過

11、鉆孔與應力槽進行綁扎，保證加熱器與待處理焊縫最大面積的接觸?，F場加熱器的布置與吊掛見圖。圖加熱器的布置與吊掛4、保溫棉的鋪設保溫棉鋪設也需6人配合，保溫棉的長度根據每小屏管排的長度，事先切好。鋪設時，要注意保證保溫棉完全覆蓋住加熱器，尤其是加熱器的兩端。綁扎時也是用鐵絲通過鉆孔與應力槽每隔兩根管子進行綁扎固定。現場保溫棉的鋪設見圖。圖保溫棉的鋪設與綁扎水冷壁螺旋段熱處理施工措施1、工藝規范的制定熱處理的工藝參數同的第 1款。2、熱電偶的布置與綁扎由于水冷壁螺旋段的管子規格相對較小并且密集，焊縫整體方向垂直向下，因此每一爐處理處理 36只焊口左右， 布置 4只熱電偶， 從待處理的焊縫上端開始布置

12、，每隔 9根布置 1只。每一塊加熱器上的2只熱電偶分別作控溫和測溫。熱電偶綁扎時要注意熱電偶的冷端要處在沿管子中心線方向，用鐵絲綁扎時要保證熱電偶熱端與焊縫緊密接觸，綁扎牢固，不能擺動?，F場熱電偶的布置與綁扎見下圖。圖熱電偶的布置與安綁扎3、加熱器的布置與綁扎由于水冷壁螺旋段的管子呈一定的斜度并且管子間距較小， 采用常規的履帶式電加熱器熱處理時， 加熱器與焊縫的接觸面積相對變小。 因此我們選擇我公司發明的繩板狀履帶式陶瓷電加熱件。繩板狀履帶式陶瓷加熱件在管排上的橫向排布示意圖如下所示：圖為繩板狀履帶式陶瓷加熱件示意圖。其中有：A1- 加熱元件； A2- 加熱元件；A3- 加熱元件； A4- 發

13、熱電阻絲。圖為繩板狀履帶式陶瓷加熱件在管排上的橫向排布示意圖。其中有： B1-繩板狀履帶式加熱塊； B2- 管排； B3- 鰭片； B4- 熱電偶。圖：繩板狀履帶式陶瓷加熱件圖：繩板狀帶式陶瓷加熱件在管排上的橫向排布加熱器的規格為 180 1000mm，功率為 10KW 。加熱器布置前要將 4塊加熱器分兩組，每組 2塊。將分好組的 2塊加熱器通過兩端的小孔用鐵絲串聯起來。加熱器在安裝時需要 4個人配合完成， 爐膛內外各 2人。其中 1人先將串聯好的加熱器上端固定住， 讓待處理焊縫處在加熱器的中間并且使加熱器垂直向下，然后 1人負責用鐵絲將加熱器就位住。吊掛好的加熱器每根管子之間需用鐵絲通過鉆孔

14、與應力槽進行綁扎， 保證加熱器與待處理焊縫最大面積的接觸?，F場加熱器的布置與吊掛見圖。圖加熱器的布置與吊掛4、保溫棉的鋪設保溫棉鋪設也需4人配合，保溫棉的長度根據每小屏管排的長度，事先切好。鋪設時，要注意保證保溫棉完全覆蓋住加熱器，尤其是加熱器的兩端。綁扎時也是用鐵絲通過管子之間的間隙與應力槽每隔4根管子進行綁扎固定?，F場保溫棉的鋪設見圖。圖保溫棉的鋪設與綁扎5.3勞動力組織（見表5.3）表 5.3 勞動力組織序號工種所需人數1焊接專工12焊接技術員13焊接質檢員14安全員15熱處理班組長16熱處理工66.材料與設備6.1本工法無需特別說明的材料，采用的材料設備見表6。表 6 機具設備表序號設

15、備名稱設備型號單位數量用途1電腦溫控柜DWK-I-240KW臺3溫度記錄跟蹤2熱電偶K 型只8控溫3履帶式加熱器180 1000mm，10KW塊6加熱4繩板狀履帶式加熱器180 1000mm，10KW塊6加熱5保溫棉立方米30保溫7.質量控制7.1 工程質量控制標準焊接熱處理要按照DL/T 819-2010火力發電廠焊接熱處理技術規程的要求進行操作。按照 DL/T 869-2012 火力發電廠焊接技術規程要求，對熱處理好的焊縫進行硬度檢測。我們采用里氏硬度計，按照GB/T 17394 的的規定檢測硬度。換算的焊縫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%。焊縫硬度檢

16、查合格的焊接接頭，可判定為焊后熱處理合格。7.2 質量保證措施熱處理操作人員必須做到持證上崗，熱處理前進行安全技術交底，熱處理操作過程中必須嚴格按照熱處理工藝卡上的要求進行操作。焊接熱處理儀器設備應滿足工藝要求，安全、可靠。熱處理所使用的測控溫儀表、熱電偶等計量器具必須經過校驗，并在有效期內使用。維修后的計量器具，必須重新校驗。所有用于吊掛水冷壁管屏的鏈條葫蘆在熱處理完畢前禁止松動，拆卸。焊接熱處理技術人員或焊接工程師應在熱處理工自檢合格的基礎上，對同類焊件進行不少于 20%的抽查。檢查相關記錄、察看經焊后熱處理的焊件外觀，進行質量評價。焊后熱處理溫度或時間不夠而導致焊縫硬度值高于規定值得焊接

17、接頭應重新進行焊后熱處理。8. 安全措施進行熱處理的工作人員須正確使用勞動防護用品，口罩、工作服、皮手套等符合專用防護要求。正確使用 “安全三寶 ”，登高作業系好安全帶，腳手搭設應符合安規要求。登高作業人員須符合體檢要求。熱處理施工作業地點的臨空面、孔洞應有可靠的安全防護措施應盡量避免交叉作業。如有交叉作業時，要注意自己上、下方的施工情況，意作業點周圍的安全狀態，發現安全隱患時，必須及時采取有效防護措施。不宜在雨、雪、霧及大風天氣進行熱處理作業，如確需要，應采取遮蔽措施?，F場道路及腳手架、跳板、走道應及時清除積水，并采取防滑措施。8.0.7所有施工人員進入現場應嚴格遵守電力建設安全工作規程。8.0.8雨季施工須采取防漏電、觸電措施。8.0.9受限空間作業應符合受限空間作業管理的相關規定。9. 環保措施在熱處理工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章， 加強對施工燃油、工程材料、 設備、廢水、生產生活垃圾、 棄渣的控制和治理，遵守有防火及廢棄物處理的規章制度。 將施工場地和作業限制在工程建設允許的范圍內， 合理布置、規范圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。堅持文明施工，做到“工完料盡場地清”。認真執行工程公司的管理方針，做好環境保護措施。保溫棉、鐵絲頭應及時清理。10. 效益分析本工法針對國內首臺超超臨界二次再熱