if华能电厂P91、P92管道现场焊后热处理工艺导则2008版.doc
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1、华能电厂P91、P92管道现场焊后热处理工艺导则华能国际电力股份有限公司二八年一月目 次前 言II1.范围12.规范性引用文件13.术语24.管道整圈局部焊后热处理的技术条件35提高温度均匀性的措施66.温度的测量87加热器与保温材料148.热循环149.质量控制与技术文件14I前 言火力发电厂承压管道在制作、安装和检修过程中存在大量的焊接接头,其中很大一部分受到各种因素的限制只能在现场进行局部热处理,热处理的质量直接影响焊接接头的性能和服役寿命。国内已有几个相应的焊接热处理规程,但在这些技术规程中对许多控制热处理质量的重要因素没有严格加以规范,在实施过程中难以保证质量。近些年机组建设中大量采
2、用P91、P92等马氏体耐热钢,其焊接接头的性能对热处理工艺非常敏感,而局部热处理与炉内热处理相比温度均匀性较差,没有严格的规范无法保证接头的性能。为此参照国际上相关规程和对P91、P92钢焊接以及使用过程中积累的经验,制定出本导则作为华能国际电力股份有限公司所属电厂P91、P92钢管道在制作、安装和检修过程中进行焊后局部热处理的要求。本导则更充分地体现了现场局部热处理的特点和可操作性,其它材料的管道局部热处理也可参照本标准相关条款执行。本标准由华能国际电力股份有限公司工程部提出并归口。本标准由西安热工研究院有限公司负责解释。本标准的起草单位:华能国际电力股份有限公司工程部、西安热工研究院有限
3、公司、华能浙江分公司本标准的起草人:周荣灿 范长信 陈 平 邵天佑 蒋雁II华能电厂P91、P92管道现场焊后热处理工艺导则1. 范围本导则规定了华能国际电力股份有限公司所属电厂P91、P92钢管道在制作、安装和检修过程中进行焊后局部热处理的要求。其它材料的重要管道在进行局部热处理时可参照本导则有关条款的技术要求执行。2. 规范性引用文件GB/T 2614-1998 镍铬镍硅热电偶丝GB 2974-1982 工业用热电偶丝检验方法GB/T 4989-1994 热电偶用补偿导线GB/T 16839.1-1997 热电偶 第1部分:分度表GB-T 16839.2-1997 热电偶 第II部分:允差
4、GB/T 18591-2004 焊接预热温度、道间温度及预热维持温度的测量指南DL/T 776-2001火力发电厂保温材料技术条件DL/T 819-2002 火力发电厂焊接热处理技术规程DL/T 869-2004 火力发电厂焊接技术规程JB T 6046-1992 碳钢、低合金钢焊接构件焊后热处理方法ASME锅炉压力容器规范B31.12004 动力管道ASME锅炉压力容器规范B31.32004 工艺管道ASME 锅炉压力容器规范 第3节2004:核设施元部件制造规则,第1分册第NB子节,1级元件BS 26331987 Standard Specification for Class I Arc
5、 Welding of Ferritic Steel Pipework for Carrying FluidsAPI 5701998,Piping Inspection Code: Inspection, Repair, Alteration, and Rerating of In-Service Piping SystemsAWS D10.10/D10.10M1999 Recommended Practices for Local Heating of Welds in Piping and tubing3. 术语3.1 焊后热处理 postweld heat treatment (PWHT
6、)焊接工作完成后,将焊件以一定的升温速率加热到某一温度(通常是材料的相变温度AC1以下),保温一定时间,然后使焊件以一定速率冷却下来,以改善焊接接头的金相组织、性能或消除残余应力的一种焊接热处理工艺。3.2 局部焊后热处理local post weld heat treatment局部焊后热处理是采用各种加热方式对焊件的局部(包括焊缝、热影响区以及一部分母材)加热到一定温度保温一定的时间,然后冷却,以达到焊后热处理的目的和效果。图1是对管道焊接接头进行局部热处理的示意图。管道局部焊后热处理的控制参数如图2所示。图1 管道局部焊后热处理示意图图2 管道局部焊后热处理控制参数示意图在图2中,各参数
7、的定义如下:W widest width of butt or attachment weld,焊缝的最大宽度HAZ heat-affected zone,热影响区;SB soak band,均温区(恒温温度在要求温度范围之内的区域);HB heated band,加热区,是为了保证均温区内材料达到所需的温度且限制焊缝相邻区域产生应力在一定范围所需的加热器接触的表面;GCB gradient control Band,温度梯度控制区,即保温宽度,是由保温层和附加加热源所覆盖的表面,包括均温区、加热区以及足够的相邻母材以保证在加热区内的轴向温度梯度在许可范围内; CZ control zone,
8、控温加热区,一个控温加热区由一个或多个加热器组成,并由同一个温度测量传感器(通常是一支热电偶)所控制。在管道的焊后热处理中可能沿轴向或圆周方向有一个或多个控温加热区。L 温度降至均温区边缘温度一定百分数的最短距离;t 管道的名义壁厚;R 管道的内径。4. 管道整圈局部焊后热处理的技术条件4.1均温区宽度均温区宽度SB是为了保证所需体积的金属达到设定的温度范围,实现焊后热处理的目的。推荐的焊后热处理均温区最小宽度:从焊缝最宽处的边缘算起,每侧增加t或50mm二者中的最小值,其中t为管道的名义厚度。4.2加热区宽度加热区宽度的确定出于两方面的考虑,其一是由于从管道外部加热,必然存在径向温度梯度,为
9、了使均温区域内的金属在厚度方向达到所需的最低温度,加热区必须达到一定的宽度;其次管道的局部加热会产生接头变形和残余应力,应力的大小和分布受到加热带宽度和轴向温度分布的影响。推荐的最小加热区宽度取下面三式的最大值:HB0SB50mm (1) (2) (3)式中:Hi为管道加热带面积与散热面积之比,HiAe/(2Acs+Ai);OD:管道的外径;ID:管道的内径;SB:均温区宽度;t:管道的名义壁厚;R:管道的内径;Ae:外表面加热带的面积;Acs:管壁的横截面积;Ai:均温区内表面积(假定为4t范围内,以焊缝为中心)上述三式中,HB0是为了避免均温区的边缘过于接近加热区的边缘致使温度降低过快,显
10、然只有当管道的直径很小时,加热区的宽度才可能由HB0决定。HB1是诱导应力判据所确定的最小加热区宽度;HB2是由径向温度差判据确定的最小加热区宽度。HB2的计算的依据是经验性的径向温度差判据,因此Hi的选择与管道的布置位置、控温区的数量、加热温度均有关系。对水平布置的、公称直径在150DN以下的管道,且只有一个周向加热控制区时其Hi可取5;对公称直径150DN以上的管道、尺寸150DN以下但有两个以上周向加热控制区的水平管道以及所有的垂直管道,Hi可取3。4.3温度梯度控制区宽度(保温宽度)该区域的主要功能是控制管道轴向的温度梯度,同时还可以减小加热区的热损失。保温材料的技术参数(包括厚度和隔
11、热性能)直接影响加热元件所需的功率,保温层的宽度直接影响轴向温度梯度。推荐的最小温度梯度控制宽度: (4)式中:HB为加热区域宽度。保温层的隔热性能也影响温度的分布,推荐的保温层最小的热阻:0.35-0.70m2/W,热阻可表示为保温层的导热性的倒数,即保温层的厚度与热导率之比(t/k)。可以通过各种不同的保温材料类型和厚度组合来满足推荐的热阻值。如果在温度梯度控制区内有法兰、阀门等,还需要在该区域增加额外的加热器来弥补“冷阱”带来的热损失。4.4 轴向温度梯度轴向温度的分布决定PWHT过程中诱导应力的大小。事实上,前面介绍的一些参数确定后,轴向温度梯度也就确定了。推荐的最大轴向温度梯度:在升
12、温、保温和降温过程中加热区边缘的温度不低于均温区边缘温度的一半。4.5 加热带与保温层安装如果选用电阻加热方式进行加热,若采用一片电加热带时,加热带的中心应布置在管道的下部(如管道是水平布置),而将接口间隙留在管道上部;若采用多片加热带,应使加热带间的间隙均匀分布。应选择合适尺寸的加热带以减小加热带之间的间隙(但应有足够的热膨胀余量),间隙的最大允许值为管道壁厚与50mm二者间的较小值,否则间隙处应加装监视热电偶。加热带应绑扎固定。保温层允许拼接,但接口处不允许有间隙。5 提高温度均匀性的措施5.1水平布置的管道对接接头对水平布置的管道,由于对流的存在,必然会导致管子上部12:00位置的温度比
13、下部6:00位置的温度更高,如采用只有一个控温加热区(控温热电偶在12:00位置)的电阻加热方式时,6:00位置特别是内壁的温度将可能低得多,造成这些部位回火不充分。可以采取以下方法减小这种温度不均匀性:a) 当管道直径较大时增加周向控温加热区的数量;b) 采用能够弥补对流和其它热损失的最小加热区宽度计算方法(如HB2等);c) 控制12:00点的温度在许可温度范围的上限;d) 在6:00位置增加额外的保温;e) 采用偏心加热器(6:00位置比12:00位置更宽);f) 可能时增加内部保温。通常采用的方法是增加加热带控制区的周向分布数量来减小这种温度偏差。对水平布置的管道,焊后热处理时推荐的控
14、温区的数量和热电偶的布置如表1所示。表1 水平布置管道PWHT的推荐控温加热区数量和热电偶的布置管道公称尺寸(DN)推荐的控温区数量和热电偶的位置150以下1个控温区,控温热电偶位于12:00200-3002个控温区,控温热电偶位于12:00和6:00350-4503个控温区,热电偶位于11:00、1:00和6:005007004个控温区,热电偶位于12:00、3:00、6:00和9:00750以上控温区的数量和热电偶由加热器的周向宽度确定控温热电偶一般位于相应控温区预期温度最高的地方以防止超过最高的允许温度,不管采用上述何种途径,必须同时对12:00和6:00位置的温度进行监测。5.2 垂直
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