大口径厚壁P92管道不同形式现场热处理的比较及讨论

1、大直径厚壁P92管道现场热处理不同形式的比较与探讨上海电力安装第二工程公司周和著摘要：P92钢以其优异的性能在国内数百万台机组上得到了广泛的应用，P92钢焊缝热处理过程中的内外壁温差一直是影响P92钢焊缝内壁冲击韧性的主要原因。目前，施工现场的热处理方法主要依靠柔性陶瓷加热或先进的电磁感应加热，但任何单一的热处理方法都不能完全满足施工现场的需要。本文探讨了P92钢现场热处理施工的技术特点及这些方法的适用范围。关键词：大直径厚壁P92感应加热、内外壁加热、上海电力安装第二工程公司、项目概述、上海电力安装第二工程公司2007年承担绥中电厂二期21000兆瓦工程3号机组安装。本工程P92钢主要用于屏

2、式过热器出口集箱和管道、高温过热器出口集箱和管道、高温再热器出口集箱和管道、主蒸汽管道、蒸汽导管和热段管道等。同时，由于P92集箱分段交货，现场焊接，分配集箱和收集集箱之间的焊接增加，P92焊接接头的数量比以前多得多，P92管的外径和厚度一般比以前增加，最厚的达到155 mm. 0。如上所述，P92钢是在P91钢中加入钨元素并适当降低钼元素含量而开发的一种新型马氏体耐热钢。P92钢具有良好的物理性能，高温蠕变断裂强度高，常温冲击韧性好，抗氧化性好。适用的蒸汽温度范围为580，620，因此作为高温高压蒸汽集管和管道的材料被广泛应用于数百万台机组。P92钢的化学成分，P92钢的力学性能，上海电力安

3、装第二工程公司，P92焊缝的回火温度与硬度、屈服强度、抗拉强度和冲击韧性的关系，P92钢接头的热处理对焊缝的蠕变断裂强度和冲击韧性有重要影响。P92钢属于马氏体耐热钢。焊接后，焊缝组织全部转变为脆硬马氏体组织，组织硬度相当高。焊缝在高温熔化状态下冷却，组织和晶粒无法细化，马氏体板条较厚。板条马氏体亚结构中存在高密度位错缠结，阻碍了位错运动，从而提高了马氏体基体的硬度和强度。此外，在焊缝的快速冷却过程中，熔敷金属中的钒和铌元素不能均匀分散地析出，这降低了成本。上海电力安装第二工程公司，SMAW: Thermanit MTS 616，保温时间h，冲击CVN J，焊后热处理对P92焊缝金属冲击韧性的

4、影响，通过高温回火热处理，马氏体板条不发生再结晶，但马氏体转变过程中的形态储能是通过马氏体板条的碎裂和多边回复以及亚稳态位错网络的形成而释放的。此时，沉积金属中的铌和钒元素在回火过程中形成细小的碳和氮化合物，这提高了焊缝的韧性和高温蠕变强度。(X103)，0，5，10，15，20，25，30，35，600时效对P92焊接金属冲击韧性的影响。从左右图可以看出，热处理工艺参数对提高焊缝性能，尤其是冲击韧性起着决定性的作用。然而，管的内表面和管的外壁之间的差异是由于它不能达到相同的热处理过程。随着壁厚的增加，差异也增加，这可能导致焊缝或热影响区的早期失效。因此，解决内外壁温差问题是目前热处理的重中之

5、重。根据我们的P92热处理实验和行业中相关的P92实验数据，当回火温度低于740时，焊缝的基体组织仍然保持着明显的板条马氏体组织特征，这也表明马氏体板条由于多次变化而回复不足，没有形成完整的位错网络，也没有充分释放变形储能，使得此时焊缝的硬度较高，冲击韧性等性能指标达不到100。因此，必须保证每条P92焊缝的热处理温度满足工艺要求，同时将管道内外壁温差控制在最小范围内。上海电力安装第二工程公司，1。P92钢现场热处理相关问题。P92钢的供应状况是正火和高温回火。该钢的AC1温度为800845，AC3温度为900920，熔点温度为370400，熔点温度在100以上，随原始奥氏体晶粒尺寸变化。根据

6、规范要求，现场热处理温度通常为76010。保温时间根据管壁厚度、加热温度、加热方式、保温散热条件等确定。同时，由于钨的加入，P92钢的回火抗力增强，焊缝的冲击能量更难提高，保温时间需要相对较长。从拉尔森-米勒公式P=T(20-lgt)10-3可以看出，在相同的恒温时间下，由于在厚度方向上从内壁到外壁的温度不均匀，焊缝的不同部位具有不同的回火程度。延长恒温时间在理论上似乎是可行的。根据上述公式，回火参数p (760，4h)相当于(740，12h)和(720，38h)。然而，回火参数对焊缝冲击能量的影响相当复杂。一些数据表明，P92焊缝的冲击能量在76010范围内达到41J以上，而恒温时间必须延长

7、到740左右才能达到这一指标。然而，在730下，无论恒温时间延长多长，冲击能量都很难达到41 J的韧性指数。可以看出，热处理温度对P92焊缝的韧性特别敏感，延长恒温时间不能抵消内外壁温差引起的内壁性能的下降。1.1回火参数，上海电力安装第二工程公司，所有施工企业对P92钢管的焊接热处理都有自己相应的评定和试验依据，但实验室获得的数据往往与施工现场获得的数据相差很大。首先，管道规格和现场之间有很大的差异。由于经济原因，实验室空间有限，一般为中等口径和中等壁厚，长度较短。现场管道的规格尺寸在长度和厚度上通常比测试管道大得多，并且厚度的增加使得热量难以渗透。同时，由于管道表面积的增加，现场热处理的热

8、损失非常严重。在某些条件下，从表面传递到内部的热量和从内表面和外表面损失的热量之间可能存在平衡。其次，实验场地的环境条件和气候条件与实验场地的环境工作条件有很大的差异。场地环境条件差，风速增大，温度降低，雨雪天气都不同程度地影响热处理效果。本项目所在辽宁地区冬季平均风速为4级，最低气温可达-20左右。因此，就现场施工而言，在指导P92钢焊后热处理的相关依据和参考方面存在一定的局限性。因此，有必要尽可能在施工现场积累相关数据，并进一步修订工艺试验依据，以指导P92钢的现场热处理。1.2热处理评定和参考依据与现场施工之间的误差，上海电力安装第二工程公司，1.3热处理方法及其各自的局限性上海电力安装

9、第二工程公司。大直径厚壁P92管道现场热处理工艺方案，由于各种热处理和加热方法各有优缺点，任何单一的热处理方法都不能完全满足现场质量要求、进度要求和经济指标。有必要通过实际运行和现场试验，积累一些不同热处理方法的特点和适用范围，进一步探讨在超大壁厚和一些特殊规格的P92管道热处理中采用热处理和加热相结合的方法的可行性。通过加深对不同热处理方法的理解，掌握各自的特点，可以为P92管道制定更合理的热处理方案，提高热处理质量和效率，更合理地利用和配置资源。2.1目的，本工程高温高压蒸汽集箱大多分段交付，焊接组合在现场完成，其中P92材质的集箱较多，口径和厚度范围较广。因此，不同规格的集管采用不同形式

10、的热处理，内外壁温差的控制是可比的。在工艺评定的基础上，根据不同规格调整热处理工艺，制定了三个方案。2.2试验方案，上海电力安装第二工程公司，2.2.1柔性陶瓷电阻加热(方案A)，高温再热器出口集箱，材质为SA-335P92，规格为965.262毫米，集箱分为三段，现场焊接两个焊接接头。集箱总长36304毫米，焊接面厚度54.5毫米，上海电力安装第二工程公司，屏式过热器出口集箱接管，材料SA-335P92，规格609.6106毫米，集箱总长34998毫米，出口接管长度1700毫米，现场焊接一个焊缝，焊接面厚度100毫米，现场焊后热处理拟采用感应加热和柔性陶瓷辅助加热。2.2.2感应加热(方案b

11、)，2.2.2柔性陶瓷管内外同时加热(方案c)，高温过热器出口集箱，材质为SA-335P92，规格为711.2155毫米，集箱分为三段，现场焊接两个焊接接头，总长度为35296毫米，上海电力安装第二工程公司，2.3热处理设备。 2.3.1柔性陶瓷加热设备技术参数型号：DWKA型温控范围：01000温控精度：1输入功率：380伏三相四线制输出电压：220伏功率：180千瓦。 2.3.2感应加热设备的技术参数型号：ProHeat35输出频率：530KHz额定输出功率：单输出35KW 100临时负载率350A(RMS) 700V(RMS)双输出35KW 100临时负载率700A(RMS) 700V(

12、RMS)被加热材料的感应系数：2.550h额定输入电源：380V四线制输出功率范围：0.2KW35KW，2.3.3热电偶技术参数热电偶型号：k型镍工作温度范围：2001250，符合标准：JB/T 9238工业热电偶技术条件GB/T 2614镍铬镍硅热电偶丝GB/T 16839.1热电偶第1部分：分度表GB/T 16839.2热电偶第2部分：公差，2.3.4补偿导体技术条件补偿导体型号：KCA型符合标准：GB/T 4989热电偶补偿导体2.3.5绝热材料技术参数热阻：R=(0.3503.柔性陶瓷电阻加热，3.1热处理工艺参数管道规格：965.262毫米恒温：76010恒温时间：6h加热速度：10

13、1/h冷却速度：101/h加热宽度：550毫米绝缘宽度：850毫米绝缘厚度：100毫米3.2加热器布局的加热功率总计为90KW，以焊缝为中心左右分为45KW。有10KW加热器，每个绳加热器的有效加热尺寸为18500毫米，数量为9个。加热器尤拉见右图3.3 7个热电偶布置在外表面上，热电偶1、2和3沿外表面焊缝边缘的圆周对称布置，作为加热器的温度控制热电偶。4、5、6和7个热电偶作为等效温度测量点和热电偶沿圆周对称地布置在距焊缝110毫米的外表面上。外部热电偶布置见左图。3.4、内部和外部热电偶的布置8、9和10个热电偶沿圆周对称布置在内表面上，距离焊缝根部边缘8毫米，用作内部测量和温度控制的热

14、电偶。内部热电偶的布局见左图。上海电力安装第二工程公司，3.5热处理过程记录了该热处理过程。加热时间为7.5小时，保温时间为6小时，冷却至300需要4.5小时。整个过程由温控记录仪记录，整个过程中每小时人工记录一次温度。在整个加热过程中，内壁和外壁之间的温差为310。进入保温状态后，内壁温度逐渐均匀，但由于环境条件的影响，热损失使内外壁温度之差保持在10左右。内壁和外壁温度的比较如下所示。上海电力安装第二工程公司，4。感应加热，4.1热处理工艺参数管道规格：609.6106毫米恒温：76010恒温时间：10小时加热速度：59/h冷却速度：59/h感应加热宽度：500毫米(15圈)电阻加热板加热

15、宽度：400毫米绝缘宽度：1020毫米绝缘厚度：30 4.2加热器配有柔性陶瓷电阻加热器作为辅助加热，总功率为40千瓦，配有4个规格为10千瓦、475毫米和400毫米的加热器柔性陶瓷发热板紧贴管道外表面，用特殊的低导热绝缘材料进行绝缘。感应加热电缆缠绕在绝缘毯上，中频感应加热电缆缠绕15次，宽度约500mm。加热器的布置如下图所示，现场辅助加热板和现场感应加热的布置如图所示。上海电力安装第二工程公司，4.3四个热电偶布置在外表面，热电偶1、2、3、4沿外表面焊缝边缘的圆周对称布置，作为外加热器的温控热电偶。左图(上部)显示了管道外壁上的热电偶布置。4.4内部和外部热电偶的布置5、6和7个热电偶沿圆周对称布置在内表面上，距离焊缝根部边缘8毫米，用作内部测量和温度控制的热电偶。内部热电偶的布局如图(下图)所示。上海电力安装第二工程公司，4.5热处理过程记录该热处理过程，加热时间为12小时，保温时间为10小时，冷却时间为7.5小时至300小时。在整个加热过程中，内外壁温差明显，最小温差约为30，最大温差出现在加热后期，