CN118006886A - 一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法及装置 - Google Patents

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杜佼伟
赵红喜
王涛
杨健
吕品正
龚涛
李闯
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Abstract

本发明提供的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法及装置,包括以下步骤:步骤1,确定待热处理管道焊缝两侧的加热区域,其中,每个加热区域的宽度小于规程要求的加热宽度;步骤2,在每个加热区域均布置两层温度控制组件;步骤3,按照预设的热处理温度参数,结合温度控制组件对待热处理管道进行热处理;本发明提供的减小加热宽度的热处理方法保证了热处理效果的同时,减小加热宽度,以缩小对管道材质的影响范围。

Description

一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法及装置
技术领域
本发明属于管道焊接后处理领域,具体涉及一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法及装置。
背景技术
火电厂四大管道在焊接后需要进行焊后热处理工艺。通过焊后热处理工艺可释放焊接残余应力,力学特征表现为硬度值降低。但硬度值不能过高或过低,《DL/T 438-2016火力发电厂金属技术监督规程》对焊缝及管道母材硬度值给出规定范围。管道焊缝硬度值过高,可通过焊后热处理工艺降低,但硬度值一旦低于标准值,由于火电厂现场工况无法通过高温重结晶来实现硬度提升。因此,在火电厂在役管道焊缝进行热处理时应严格控制硬度值。
在火电厂机组长期运行下,其管道不同程度地出现材料软化,表现为硬度下降,且接近标准规定范围下限值。当现场对管道进行焊接时,由于焊缝及热处理影响区硬度值较高,而稍远离(热影响区外)焊缝的管道材料硬度值偏低。
根据《DL/T 819-2022火力发电厂焊接热处理技术规程》6.4.3规定,具体要求如下:
6.4.3管道对接接头加热宽度应根据加热方法及外径(D)与厚(δ)的比值来选取,但最小不小于100mm。加热中心应位于焊缝中心,并应采取措施降低周向和径向的温差,且应符合下列规定:
a)当采用感应加热时,应按下述方式确定加热宽度:
1)当D/δ≤15时,加热宽度从焊缝中心起,每侧不小于管子壁厚的5倍:
2)当D/δ>15时,加热宽度从焊缝中心起,每侧不小于管子壁厚的6倍。
b)当采用柔性陶瓷电阻加热、远红外辐射加热时,应按下述方式确定加热宽度:
1)当D/δ≤10时,加热宽度从焊缝中心起,每侧不小于管子壁厚的6倍;
2)当10<D/δ<20时,加热宽度从焊缝中心起,每侧不小于管子壁厚的7倍;
3)当20<D/δ≤40时,加热宽度从焊缝中心起,每侧不小于管子壁厚的9倍;
4)当40<D/δ≤70时,加热宽度从焊缝中心起,每侧不小于管子壁厚的12倍;
5)当D/δ>70时,加热宽度从焊缝中心起,每侧不小于管子壁厚的15倍。
热处理过程中最小加热宽度的要求主要基于保证加热功率,确保有足够的热量输入,使得管道能够稳定升温至设定温度,以完成热处理过程。
基于上述规定要求,如管道规格为Φ540×85mm,材质为P22的主蒸汽管道(300MW机组),采用柔性陶瓷电阻加热时,焊后热处理最小加热宽度为每侧510mm。则管道焊缝及两侧各510mm材质受热处理影响,再规定的热处理工艺后,其受影响区域硬度值将会降低,对于硬度值偏低或接近规定下限值的管道区域,则会降低至规定值以下,导致热处理施工失败,管道需进一步进行组织评估,从而影响机组安全性与经济性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法及装置,解决了现有的管道焊缝焊后热处理最小加热宽度受影响区域硬度值将会降低,导致热处理施工失败的缺陷。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
本发明提供的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,包括以下步骤:
步骤1,确定待热处理管道焊缝两侧的加热区域,其中,每个加热区域的宽度小于规程要求的加热宽度;
步骤2,在每个加热区域均布置两层温度控制组件;
步骤3,按照预设的热处理温度参数,结合温度控制组件对待热处理管道进行热处理。
优选地,步骤1中,确定待热处理管道焊缝两侧的加热区域,具体方法是:
根据待热处理管道的规格,确定得到规程要求的加热宽度;
将规程要求加热宽度减去预设宽度所剩余的宽度为加热区域。
优选地,预设宽度为待热处理管道壁厚的1~2倍。
优选地,步骤2中,在每个加热区域均布置两层温度控制组件,具体方法是:
在每个加热区域的预设位置处布置四个热电偶;
之后在每个加热区域均匀缠绕加热绳;
在加热绳上均匀包裹第一层保温棉;
在两个第一层保温棉之间布置铠装热电偶;
在每个第一层保温棉上安装加热片;
在加热片上包裹第二层保温棉。
优选地,每个加热区域的四个热电偶置于同一水平面,且沿周向均布;所述热电偶安装的预设位置处与对应加热区域远离焊缝的一侧边缘之间的距离为50mm。
优选地,第一层保温棉的宽度为加热区域宽度与加待热处理管道壁厚的两倍之和;所述第一层保温棉的厚度为40~60mm;
第二层保温棉的宽度为加热片的宽度与待热处理管道壁厚的四倍之和;所述第二层保温棉的厚度为40~60mm。
优选地,步骤3中,预设的热处理温度参数具体包括第一层加热层的升降温速度、恒温温度及时间,以及第二层加热层的升降温速度、恒温温度及时间,其中:
所述第一层加热层的升降温速度、恒温温度及时间按标准执行;
第二层加热层的升降温速度和时间与第一层加热层的升降温速度和时间相同;
所述第二层加热层的恒温温度通过下式计算得到:
其中,T1为第一层加热恒温温度;T2为第一层加热恒温温度;L1为第一层加热宽度;L为规程要求加热宽度;C为温度热损失补偿。
一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理装置,包括:
安装在待热处理管道焊缝两侧的加热区域的温度控制组件,以及:
用于根据预设的热处理温度参数控制温度控制组件向待热处理管道焊缝两侧的加热区域进行加热的控制系统;
其中,每个加热区域的宽度小于规程要求的加热宽度。
优选地,所述加热区域为规程要求加热宽度减去预设宽度所剩余的宽度。
优选地,预设的热处理温度参数具体包括第一层加热层的升降温速度、恒温温度及时间,以及第二层加热层的升降温速度、恒温温度及时间,其中:
所述第一层加热层的升降温速度、恒温温度及时间按标准执行;
第二层加热层的升降温速度和时间与第一层加热层的升降温速度和时间相同;
所述第二层加热层的恒温温度通过下式计算得到:
其中,T1为第一层加热恒温温度;T2为第一层加热恒温温度;L1为第一层加热宽度;L为规程要求加热宽度;C为温度热损失补偿
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,通过减小原有热处理过程中的加热宽度,同时,预设的热处理参数在最小加热宽度的条件下需要保证加热功率,确保有足够的热量输入,使得管道能够稳定升温至设定温度,以完成热处理过程;本发明提供的减小加热宽度的热处理方法保证了热处理效果的同时,减小加热宽度,以缩小对管道材质的影响范围。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是管道加热装置布置刨面图;
图3是管道加热装置布置正面图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本申请实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
实施例1
本实施例提供的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,作用在于保证热处理效果的同时,减小加热宽度,以缩小对管道材质的影响范围,具体包括以下步骤:
步骤1,根据待热处理管道1的规格确定焊缝两侧热处理所需的加热宽度,以及热处理所需的最小加热功率;
步骤2,根据步骤1中确定的加热宽度确定焊缝两侧的加热区域;
步骤3,在步骤2中确定的加热区域布置第一测温件;
步骤4,在步骤3的基础上,在每个加热区域设置第一加热元件,在第一加热元件上均匀包裹第一层保温棉4;
步骤5,在两个第一层保温棉之间(即焊缝上)设置第二测温件;
步骤6,在第一层保温棉上安装第二加热元件;
步骤7,在第二加热元件上包裹第二层保温棉7;
步骤8,按照预设的热处理温度参数对待热处理管道进行热处理。
实施例2
在实施例1的基础上,本实施例提供的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,步骤1中,根据待热处理管道的规格,结合《DL/T 819-2022火力发电厂焊接热处理技术规程》,确定得到焊缝两侧热处理所需的加热宽度,以及热处理所需的最小加热功率。
实施例3
在实施例1的基础上,本实施例提供的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,步骤2中,根据步骤1中确定的加热宽度确定焊缝两侧的加热区域,具体方法是:
每个加热区域为确定的加热宽度减去预设宽度所剩余的宽度。
预设宽度为待热处理管道壁厚的1~2倍。
实施例4
在实施例1的基础上,本实施例提供的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,步骤3中,在步骤2中确定的加热区域布置第一测温点,具体方法是:
在每个加热区域均布置四个第一测温点,每个加热区域的四个第一测温点置于同一水平面,且沿周向均布。
所述第一测温点的布置位置与对应加热区域远离焊缝的一侧边缘之间的距离为50mm。
第一测件为热电偶2。
步骤4中,第一加热元件为根据最小加热功率选取的符合要求的柔性陶瓷电阻加热绳3。
所述加热绳均匀缠绕在每个加热区域。
实施例5
在实施例1的基础上,本实施例提供的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,步骤4中,第一层保温棉的宽度为加热区域宽度与加待热处理管道壁厚的两倍之和。
所述第一层保温棉的厚度为40~60mm。
实施例6
在实施例1的基础上,本实施例提供的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,步骤5中,第二测温件为铠装热电偶5。
步骤6中,第二加热元件为根据最小加热功率选取的符合要求的柔性陶瓷加热片6。
第二加热元件的宽度为第一层保温棉的宽度。
实施例7
在实施例1的基础上,本实施例提供的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,步骤7中,第二层保温棉的宽度为加热片的宽度与待热处理管道壁厚的四倍之和。
所述第二层保温棉的厚度为40~60mm。
所述第二层保温棉为硅酸铝保温棉。
实施例8
在实施例1的基础上,本实施例提供的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,步骤8中,预设的热处理温度参数包括第一层加热层的升降温速度、恒温温度及时间,以及第二层加热层的升降温速度、恒温温度及时间。
所述第一层加热层的升降温速度、恒温温度及时间按标准执行。
第二层加热层的升降温速度和时间与第一层加热层的升降温速度和时间相同。
所述第二层加热层的恒温温度通过下式计算得到:
其中,T1第一层加热恒温温度;T2第一层加热恒温温度;L1第一层加热宽度;L规程要求加热宽度;C温度热损失补偿,取100~200℃,具体根据环境温度及管道中介质流速及保温散热情况确定。
如图1至图2所示,实施例9
在实施例1的基础上,本实施例提供的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,包括以下步骤:
步骤1,根据待热处理管道规格确定热处理所需的加热宽度为自焊缝中心起每侧510mm,最小加热功率P=(ρDδ)/650=70.6KW;
步骤2,根据步骤1中确定的最小加热功率选取符合要求的柔性陶瓷电阻加热绳;根据步骤1中确定的加热宽度确定加热区域;
以1.5倍壁厚为例,加热宽度每侧减小127.5mm,宽度为382.5mm,热电偶主控制四点分布于焊缝四周,监测热电偶布置于距焊缝332.5mm处,如图1所示。
步骤3,在步骤2中确定的加热区域布置温度控制点;
步骤4,在步骤3的基础上,在加热区域均匀包裹第一层保温棉;第一层保温棉的宽度为552.5mm。
步骤5,在两个保温棉之间布置铠装热电偶,用于控制保温层温度;
步骤6,在保温棉上安装加热片;
步骤7,在加热片上包裹第二层保温棉;第二层保温棉的宽度为每侧最小892.5mm。
步骤8,按照预设的热处理温度参数对待热处理管道进行热处理,预设的热处理温度参数为:C取150℃时,第一层恒温温度T1取730℃,第二层恒温温度为332.5℃,升降温速度为70℃/小时,恒温时间4小时。
通过缩小加热宽度后管道各位置硬度分布如下:
采用不同热处理方法后硬度对比数据表注:硬度检验时每点测5次且距焊缝相同距离处管道环向均匀测4点后取均值。
如上表所示。①常规焊后热处理与本发明方法热处理后均可以使焊缝硬度达到合格,即有相同热处理效果。②本发明方法缩小了焊缝加热宽度,由每侧510mm减小至382.5mm,缩小区域硬度值无明显降低,同时受热处理时管道轴向温度梯度影响,在距焊缝350mm处硬度值降低幅度相比较小。
综上所述,本发明方法可以在保证热处理效果的同时有效减少加热宽度,以缩小热处理对管道母材硬度的影响区域。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,确定待热处理管道焊缝两侧的加热区域,其中,每个加热区域的宽度小于规程要求的加热宽度;
步骤2,在每个加热区域均布置两层温度控制组件;
步骤3,按照预设的热处理温度参数,结合温度控制组件对待热处理管道进行热处理。
2.根据权利要求1所述的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,其特征在于,步骤1中,确定待热处理管道焊缝两侧的加热区域,具体方法是:
根据待热处理管道的规格,确定得到规程要求的加热宽度;
将规程要求加热宽度减去预设宽度所剩余的宽度为加热区域。
3.根据权利要求2所述的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,其特征在于,预设宽度为待热处理管道壁厚的1~2倍。
4.根据权利要求1所述的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,其特征在于,步骤2中,在每个加热区域均布置两层温度控制组件,具体方法是:
在每个加热区域的预设位置处布置四个热电偶;
之后在每个加热区域均匀缠绕加热绳;
在加热绳上均匀包裹第一层保温棉;
在两个第一层保温棉之间布置铠装热电偶;
在每个第一层保温棉上安装加热片;
在加热片上包裹第二层保温棉。
5.根据权利要求4所述的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,其特征在于,每个加热区域的四个热电偶置于同一水平面,且沿周向均布;所述热电偶安装的预设位置处与对应加热区域远离焊缝的一侧边缘之间的距离为50mm。
6.根据权利要求4所述的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,其特征在于,第一层保温棉的宽度为加热区域宽度与加待热处理管道壁厚的两倍之和;所述第一层保温棉的厚度为40~60mm;
第二层保温棉的宽度为加热片的宽度与待热处理管道壁厚的四倍之和;所述第二层保温棉的厚度为40~60mm。
7.根据权利要求1所述的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理方法,其特征在于,步骤3中,预设的热处理温度参数具体包括第一层加热层的升降温速度、恒温温度及时间,以及第二层加热层的升降温速度、恒温温度及时间,其中:
所述第一层加热层的升降温速度、恒温温度及时间按标准执行;
第二层加热层的升降温速度和时间与第一层加热层的升降温速度和时间相同;
所述第二层加热层的恒温温度通过下式计算得到:
其中,T1为第一层加热恒温温度;T2为第一层加热恒温温度;L1为第一层加热宽度;L为规程要求加热宽度;C为温度热损失补偿。
8.一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理装置,其特征在于,包括:
安装在待热处理管道焊缝两侧的加热区域的温度控制组件,以及:
用于根据预设的热处理温度参数控制温度控制组件向待热处理管道焊缝两侧的加热区域进行加热的控制系统;
其中,每个加热区域的宽度小于规程要求的加热宽度。
9.根据权利要求8所述的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理装置,其特征在于,所述加热区域为规程要求加热宽度减去预设宽度所剩余的宽度。
10.根据权利要求8所述的一种火电厂管道焊缝减小加热宽度的热处理装置,其特征在于,预设的热处理温度参数具体包括第一层加热层的升降温速度、恒温温度及时间,以及第二层加热层的升降温速度、恒温温度及时间,其中:
所述第一层加热层的升降温速度、恒温温度及时间按标准执行;
第二层加热层的升降温速度和时间与第一层加热层的升降温速度和时间相同;
所述第二层加热层的恒温温度通过下式计算得到:
其中,T1为第一层加热恒温温度;T2为第一层加热恒温温度;L1为第一层加热宽度;L为规程要求加热宽度;C为温度热损失补偿。
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