Grietas en las carcasas de válvulas fundidas de alta presión de unidades de 660 MW

La Unidad de 660 MW entró en operación comercial el 27 de noviembre de 2009 y acumuló 12.854 horas de operación antes de la primera revisión de nivel A en septiembre de 2011. Actualmente, se instalan 14 válvulas de fundición de alta presión con con un diámetro nominal de 4 pulgadas o más. Durante la revisión, el Fueron inspeccionados usando pruebas no destructivas, revelando grietas en las carcasas de las válvulas eléctricas detrás de las válvulas reguladoras izquierda y derecha del agua de refrigeración de la primera etapa, la válvula principal eléctrica del agua de refrigeración de la segunda etapa, la válvula eléctrica de la tubería principal de agua de refrigeración del recalentador y la válvula eléctrica de agua de alimentación principal.

 

Los cuerpos de las válvulas agrietados son todos fundiciones de aleación de acero. La fundición es un método para formar metal en su estado líquido. La calidad de las fundiciones está estrechamente relacionada con las propiedades y el proceso de fundición de la aleación. El acero fundido tiene malas propiedades de fundición debido a su alto punto de fusión, poca fluidez y alta tasa de contracción. Además, sufre una oxidación severa y una absorción de gas durante el proceso de fundición, lo que provoca defectos como fusión insuficiente, cierres en frío, contracción, deformación, grietas, inclusiones de escoria, adherencia de arena y agujeros de gas.

Durante la fundición de acero aleado, se adopta el método de "solidificación secuencial". La "solidificación secuencial" implica colocar "elevadores" en áreas de las piezas fundidas donde se pueden formar cavidades de contracción o donde ocurre la última solidificación (generalmente en secciones más gruesas o en la parte superior de las piezas fundidas), lo que permite que la fundición se solidifique en el orden de piezas más alejadas de las bandas primero, seguidas de las más cercanas y finalmente las bandas. La solidificación secuencial causa diferencias de temperatura significativas, alto estrés térmico y deformación considerable en las piezas fundidas. Durante el proceso de solidificación, la contracción de cada parte es inconsistente debido a las diferentes velocidades de enfriamiento en diferentes secciones del metal. Además, el molde y el núcleo restringen la contracción en estado sólido de la fundición, generando estrés dentro de la fundición. Para eliminar el estrés en la puerta de malla, las piezas fundidas de acero aleado generalmente se someten a tratamientos térmicos finales como enfriamiento y revenido. Sin embargo, debido al complejo grosor de la pared de la válvula de fundición, las ligeras desviaciones en el control del proceso de tratamiento térmico pueden dar lugar a un estrés residual significativo.

Las grietas del cuerpo de la válvula con se volvieron a probar espectralmente, y los resultados cumplieron con los requisitos estándar; los elementos de impureza S y P no excedieron los límites permitidos. La inspección y el análisis macroscópicos revelaron que las grietas en el cuerpo de la válvula estaban ubicadas en o cerca de la superficie, con grietas más profundas que ocurren en áreas de concentración de estrés donde hubo cambios estructurales significativos, como se muestra en la Figura 1.


Figura 1 Cuerpo de válvula agrietado


Cuando existe tensión interna en la fundición, permanece en un estado inestable. Además, el sistema de válvula de vapor experimenta fuerzas complejas y las variaciones en el tamaño y la forma de su estructura conducen a concentraciones de tensión significativas. Bajo el efecto combinado de la tensión de trabajo y la tensión térmica durante el proceso de arranque y parada, la fuente de grietas de fundición original se expande, formando macro grietas. El control inadecuado del proceso de tratamiento térmico hizo que la dureza de la superficie de la carcasa superara el estándar. La dureza del acero fundido que soporta presión después del tratamiento térmico suele estar diseñada para ser de 160 a 200 HB. La dureza excesiva reduce la plasticidad y el rendimiento de seguridad de la carcasa de la válvula. La dureza superficial de la válvula principal supera los 340 HB. A medida que la tensión interna se libera gradualmente durante el funcionamiento, se forma un grupo de grietas que ocupan casi el 35% de la superficie de la carcasa (Figura 2).

 
Figura 2 Grietas en la superficie de la concha

No debe haber viento fuerte; la humedad no debe exceder el 75%, y la temperatura debe estar por encima de 10 ° C.

Antes de soldar, todas las grietas deben eliminarse mecánicamente, y el óxido y la suciedad dentro de 10-15mm alrededor del área de soldadura deben pulirse para revelar el brillo metálico. Dependiendo de la situación específica, el área de reparación debe pulirse en una ranura en forma de U o en forma de V. Al moler, es importante comenzar desde ambos extremos de la grieta para evitar que se expanda durante el proceso (se puede hacer un orificio de parada si es necesario). El ángulo y el ancho de la ranura deben ser lo más estrechos posible para eliminar efectivamente la grieta. Para defectos con una profundidad de más de 30mm, el ancho de la ranura no debe ser inferior a 20 mm para evitar defectos como la inclusión de escoria o la fusión incompleta durante la soldadura. Antes de la soldadura, se debe realizar una inspección de partículas magnéticas o una inspección de penetración de tinte para confirmar que no haya defectos como rebabas, capas intermedias o grietas en la ranura. La soldadura solo se puede realizar después de pasar la inspección.

Al comenzar a soldar, el área debe dividirse en varias secciones y soldarse una por una. El área soldada y los 50 mm circundantes deben calentarse a 70-80 ° C mediante calentamiento por llama. Al calentar, la llama debe moverse rápidamente sin concentrarse en un punto, y la temperatura circundante debe mantenerse por encima de 70 ° C. Antes de reparar la soldadura, la velocidad de enfriamiento debe medirse dentro del rango de 2-3 ° C por minuto. Durante la soldadura de reparación, se debe usar soldadura por arco de argón para formar una capa de transición de 3-5mm en todo el sustrato. Después de soldar la capa base, se debe permitir que la soldadura se enfríe a temperatura ambiente en algodón aislante, y no deben estar presentes grietas después de la inspección del colorante penetrante. Después de la molienda, la varilla de soldadura se utiliza para el llenado hasta que se completa toda la soldadura.

Al soldar, se debe usar energía de alambre pequeño, soldadura rápida y ligeramente oscilante y soldaduras delgadas. La corriente debe controlarse de la siguiente manera: soldadura por arco de argón a 125 A o menos, soldadura eléctrica a 70 A (2,5mm) o menos, y 90 A (3,2mm) o menos. Los requisitos específicos son que el ancho de soldadura de la capa base no debe exceder los 3mm, y la longitud no debe exceder los 30mm. El grosor debe controlarse dentro de los 3mm, y una persona dedicada debe martillar entre las capas inmediatamente después de la soldadura. Para capas profundas, use un martillo de 0,5 libras o 1 libra para golpear un cazo de cabeza redonda para aliviar el estrés. Si está disponible, use un martillo directamente para aliviar el estrés. Evite el uso de fuerza excesiva al martillar. El martilleo debe crear marcas de picadura claras en la superficie de soldadura, de 8 a 10 veces por cm². En el área de la soldadura de reparación calentada, se debe usar el método de soldadura por salto. Evite concentrar la soldadura en un solo lugar para garantizar una temperatura general uniforme y evitar un rápido aumento de la temperatura local.

Después de cada sección de soldadura, la temperatura debe caer por debajo de 70 ° C, permitiendo que la mano toque la soldadura antes de continuar con la siguiente sección. La capa de relleno debe consistir en una soldadura a base de níquel del mismo material. La temperatura de la capa intermedia de cada soldadura no debe exceder los 50 ° C; la longitud de la soldadura no debe exceder los 30mm; el ancho de la soldadura no debe exceder los 3mm, y el grosor debe controlarse dentro de los 3mm. Las soldaduras deben superponerse a la mitad y no deben formar ranuras profundas. Después de cada sección de soldadura, se debe realizar una inspección macroscópica y cualquier defecto debe eliminarse de inmediato. La temperatura entre las soldaduras debe medirse utilizando una pistola de temperatura.

Para la inspección posterior a la soldadura, mire toda la soldadura para crear una superficie lisa. Después de soldar, realice una inspección macroscópica para detectar defectos, luego envuelva la soldadura en algodón aislante. Después de enfriar a temperatura ambiente, realice una inspección penetrante de tinte. Si no hay grietas presentes en la superficie, la soldadura está calificada. Realice una segunda inspección de tinte penetrante después de 7 días. Si no se encuentran grietas o defectos en la superficie, la soldadura está calificada.

Antes de soldar, analice completamente el rendimiento de soldadura tanto del material principal como del material de soldadura, junto con las propiedades físicas del metal en sí. Cuando use materiales de soldadura a base de níquel, primero suelde una capa de transición de 3-5mm en el sustrato y luego suelde la capa de relleno. Seguir estrictamente el proceso de soldadura establecido y controlar la temperatura de la capa intermedia para permanecer por debajo de 70 ° C durante la soldadura. Utilice el método de argón y eléctrico con un electrodo de 2,5mm de diámetro, asegurando una baja tasa de defectos para mantener la calidad de la soldadura. Implemente métodos de soldadura de paso corto y salto durante todo el proceso de soldadura. Cada capa de soldadura debe martillarse inmediatamente para eliminar el estrés, y debe mantenerse caliente mientras se enfría lentamente después de la soldadura.

Las válvulas de fundición de alta presión todavía se usan ampliamente en unidades supercríticas y ultra-supercríticas debido a su precio relativamente bajo. Debido al proceso de fabricación, evitar la inclusión de escoria en los agujeros de gas es difícil. Aunque el estrés se libera después del tratamiento térmico final, el estrés residual persiste debido a la estructura compleja, la pared gruesa y el gran tamaño de la válvula. Durante el uso, la tensión residual en la pieza fundida se redistribuye. Cuando se superpone a otras tensiones, aumenta la tendencia de la fundición a agrietarse. Las grietas ocurren cuando el valor de tensión integral excede la resistencia a la tracción de la aleación. Por lo tanto, para garantizar un funcionamiento seguro, las centrales eléctricas deben establecer medidas especiales de supervisión para las válvulas de fundición a alta presión, formular científicamente ciclos de inspección basados en las condiciones específicas de las válvulas y realizar inspecciones periódicas. Se recomienda reemplazar las válvulas de fundición por válvulas forjadas cuando las condiciones lo permitan.