电厂烟囱内筒材质如何选?怎么焊?

发表于 讨论求助 2023-05-10 14:56:27

随着国家环保法律法规的进一步完善和控制力度的加强, SO2排放量受到严格控制,国家规定新建电厂烟气脱硫系统必须同步实施。近年来,烟囱作为烟气脱硫的一个重要组成部分,采取钢内筒内衬成为一种发展趋势。

JNS耐硫酸露点钢板作为新型火电厂烟囱内衬专用钢板,在山东邹县发电厂(2×1 000 MW)、厦门嵩屿发电厂(2×300 MW)、福建南埔发电厂(2×300MW)及深圳发电厂(2×300MW)等多个工程的烟囱钢套筒工程中得到了实际应用,许多专家会同设计人员一起现场论证,一致认为JNS耐硫酸露点腐蚀钢板比以往的耐硫酸露点钢板性能更稳定,焊接更方便,更容易加工,使用更安全。

来自各实验室的报告显示:JNS耐硫酸露点腐蚀钢板的耐酸性能也超过了过去的耐硫酸露点钢板。对比同样作为钢内筒材料的钛-钢复合板和耐酸胶泥砌筑耐酸砖内筒,JNS耐硫酸露点钢板以其价格低廉、安装工艺简便等优点,逐渐成为业内新宠,市场开发前景越来越广阔。

中电广西防城港电厂一期2×600MW火力发电厂工程中烟囱钢内筒采用JNS耐硫酸露点钢,筒体高210m,内直径为6.5m。

材料简介


JNS耐硫酸露点腐蚀钢板是一种既耐硫酸露点腐蚀又耐大气腐蚀的钢种,该钢板抗腐蚀原理是通过在烟湿气中使筒体外壁生锈,锈体在高温条件下逐步变成附着在基体金属上密着的铁锈,该锈蚀层成为保护膜,阻止腐蚀性烟湿气对基体内部的进一步腐蚀。

材质中Mn、Cu、Cr、Ti及Sb等合金元素抗硫酸露点腐蚀,而Cu、Cr及Sb又是三个最主要的抗大气腐蚀元素。通过在钢中加入Cu、Cr及Ti等合金元素使钢在接触硫气体时(如排放含硫废气的钢烟囱),增加对露点以下由SO3和H2O结合生成的浓硫酸耐腐蚀性能。

同时显著提高高温持久条件下的稳定性,使其在较高的工作温度条件下仍能保持稳定的力学强度。JNS耐酸钢的化学成分如表1所示,力学性能如表2所示。


各主要元素工作原理,Cu:在钢的大气腐蚀过程中起着活性阴极的作用,在含硫介质腐蚀的条件下,Cu消耗电子与SO4-2离子反应,在钢板表面形成致密的Cu2S膜,进而隔离Fe同硫酸溶液的接触,并且消耗周边的SO4-2离子来抑制Fe的涌出,促进钢产生阳极钝化,从而降低钢的腐蚀度(机理:2Cu+4H++6e-+ SO4-2→Cu2S+40H-),同时Cu在锈层中的富氧能够改善锈层的保护性能。Ti:高温高浓度环境下有利于抵制硫酸腐蚀。Cr:在高温(>200℃)下可提高耐硫酸特性。S:在0.04%以内部分可提高耐硫酸性能。


焊接方法的选择


CO2气体保护焊是一种高效率、低成本及节省能源的焊接方法。由于存在焊缝成形不够美观、焊接飞溅大、熔深浅及抗风性差等局限性,不适宜简易的现场作业环境,在以往现场施工中只有小范围的使用。但在大型结构件(焊接工作量大,而焊接位置适中:平、横、立等位置,作业空间较大)焊接过程中,我们可以通过改善现场施工条件,减少不利因素,充分发挥其优点,可以显著提高劳动生产率。

本项目开工之际较原计划已滞后四个月,导致工期十分紧迫。留给我们的施工期大大缩短,如钢内筒不能按期到顶,肯定影响整台机组的试运和发电计划。综合考虑后,我们决定采用CO2气体保护焊。


焊接工艺制定


CO2气体保护焊,直流反接,单面焊双面成形;焊丝选择CHW—40CNH,规格φ1.2mm;CO2气体纯度≥99.5%,焊接参数如表3所示,2G位置焊道如图1所示,3G位置焊道如图2所示。

图1

图2



焊接过程


(1)焊口组对  

焊件在组对前应将坡口表面及附近母材(内外壁)的油、漆及垢等清理干净,打磨出金属光泽:坡口每侧各为10~15mm。

组对时尽量做到内壁齐平,内壁局部错口值≤壁厚的10%,外壁错口值≤4mm;对口间隙保证1~3mm,对口间隙局部超差≤2mm,且总长度≤焊缝总长度的20%。

焊件定位焊:根据现场实际情况,焊缝沿筒体周圈均匀定位焊。定位焊缝长度≥50mm,定位焊缝可熔入正式焊缝中,定位焊后应及时检查定位焊缝是否存在缺陷,如有缺陷应采用磨光机打磨干净,彻底清除后再进行焊接;如无缺陷,应将定位焊缝两端打磨出一定坡度,以利于焊接接头,保证接头熔合良好。亦可采用点固块进行定位焊,点固块在焊接筒体时应用气割割除,用磨光机打磨干净。在割除点固块时不得割伤母材,如发现割伤母材应及时补焊,然后用磨光机打磨平整。

(2)焊接  

可同时安排4~6名焊工对称施工,焊工应沿筒体均匀分布,按照对称相反方向进行焊接。

打底焊时,严格控制焊接参数,并注意摆动范围,既要保证焊缝熔合良好,还应防止因焊接参数过大,打底焊时击穿坡口或出现焊瘤。

层间接头一定要错开,焊道与焊道之间的接头也要错开,方便接头同时也避免局部接头过多,造成局部应力集中。错开距离10mm以上,可自行掌握。连接筒体之间的轴向焊缝应错开100mm以上,避免局部区域焊接接头过于集中。

(3)注意事项  

现场必须做好挡风条件,密实现场施工环境,但仍需保证施工内部环境内的换气和空气流通。

坡口组对时必须保证坡口角度和对口间隙,坡口角度均采用切割机地面制备,现场安装时仅需局部调整;对口间隙必须保证1~3mm,对口间隙局部超差≤2mm。间隙过大容易出现焊瘤,而且会增加焊缝内部出现质量问题几率;间隙太小坡口无法焊透,将增加背部清根工作量,也不利于焊枪摆动。

焊接过程中,应注意焊缝接头和收弧质量,焊接接头要熔合良好,收弧时应将弧坑填满。焊缝应与母材平滑过渡,防止咬边、未熔合及表面气孔等缺陷。

在采用CO2气体保护焊焊接之前,应检测CO2气体纯度,如气体中水分和氮气含量比较高,焊缝很容易出现气孔缺陷。由于CO2气体保护焊产生比较大的飞溅,因此,焊工在进入现场焊接施工前,应将相关参数调最佳位置。特别是避免出现起弧和收弧过急,出现瞬时短路现象,产生比较大的飞溅。


检测


(1)焊缝外观检测  焊缝笔直,分道均匀,纹理清晰,已达到工艺标准要求;除个别部位存在咬边缺陷,其他类型表面缺陷未发现或很少。

(2)无损检测  根据图样设计要求,筒体环缝为一级焊缝,采用超声波检测,检测比例100%;立缝二级焊缝,检测比例20%。均按比例要求进行检测,焊口合格率达到合同规定要求。

(3)力学性能试验   拉伸试验:焊接位置2G,抗拉强度均值536MPa;焊接位置3G,抗拉强度均值533MPa。

弯曲试验:焊接位置2G,背弯和面弯试验均未发现缺陷;焊接位置3G,背弯和面弯试验均符合要求。


辅助措施


(1)预热 

 由于防城港的地理位置因素,本工艺未采取焊前预热,如此工艺在北方采用特别是冬季施工,对≥15mm厚的钢板应增加焊前预热,其余厚度钢板可适当预热。预热方式采取火焰加热,预热温度为100~150℃,采用烤具对焊缝区域进行烘烤。火焰应离外壁100mm以上,不得距离外壁过近。预热宽度从对口中心线开始,每侧≥100mm,并不断沿坡口两侧整个圆周方向匀速运动,以使整个坡口均匀受热。测温方式可采取远红外测温仪或测温笔进行。同时还应注意提升保持工作场所内环境温度≥0℃,可采取辅助加热设施。

(2)由于钢内筒提升装置采用气压顶升,要求钢筒内壁光滑平整,必须防止夹渣、焊瘤等划破橡胶内胎,造成气压泄漏,无法提升。可采取陶瓷衬垫作为内衬保护,此方法既保证了焊缝透度,又减少了打磨清根环节,节省大量人力物力。

根据JNS耐硫酸露点腐蚀钢现场施工及检测效果来看, 现阶段CO2气体保护焊已适宜火力发电厂现场施工条件,可显著提高施工进度,大幅提高劳动生产率,是一项值得推荐和应用的施工方法。施工进度在工期严重滞后的情况下,提前完成了施工任务,为工程建设赢得了宝贵的时间。

对于本文中介绍的JNS耐硫酸露点腐蚀钢CO2气体保护焊工艺,我们将在下一步的焊接施工过程中逐步推广应用,并不断改进,使该工艺具有较强的现场可操作性和简便性,更利于现场施工的应用。


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