华能电厂P91P92管道现场焊后热处理工艺导则版共16页.docx
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华能电厂P91P92管道现场焊后热处理工艺导则版共16页
华能电厂P91、P92管道现场焊后
单靠“死”记还不行,还得“活”用,姑且称之为“先死后活”吧。
让学生把一周看到或听到的新鲜事记下来,摒弃那些假话套话空话,写出自己的真情实感,篇幅可长可短,并要求运用积累的成语、名言警句等,定期检查点评,选择优秀篇目在班里朗读或展出。
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热处理工艺导则
宋以后，京师所设小学馆和武学堂中的教师称谓皆称之为“教谕”。
至元明清之县学一律循之不变。
明朝入选翰林院的进士之师称“教习”。
到清末，学堂兴起，各科教师仍沿用“教习”一称。
其实“教谕”在明清时还有学官一意，即主管县一级的教育生员。
而相应府和州掌管教育生员者则谓“教授”和“学正”。
“教授”“学正”和“教谕”的副手一律称“训导”。
于民间，特别是汉代以后，对于在“校”或“学”中传授经学者也称为“经师”。
在一些特定的讲学场合，比如书院、皇室，也称教师为“院长、西席、讲席”等。
华能国际电力股份有限公司
教师范读的是阅读教学中不可缺少的部分，我常采用范读，让幼儿学习、模仿。
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二○○八年一月
目次
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
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/T2614-2019镍铬－镍硅热电偶丝
GB2974-1982工业用热电偶丝检验方法
GB/T4989-1994热电偶用补偿导线
GB/T16839.1-2019热电偶第1部分：
分度表
GB-T16839.2-2019热电偶第II部分：
允差
GB/T18591-2019焊接预热温度、道间温度及预热维持温度的测量指南
DL/T776-2019火力发电厂保温材料技术条件
DL/T819-2019火力发电厂焊接热处理技术规程
DL/T869-2019火力发电厂焊接技术规程
JBT6046-1992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B31.1－2019动力管道
ASME锅炉压力容器规范B31.3－2019工艺管道
ASME锅炉压力容器规范第3节－2019：
核设施元部件制造规则，第1分册第NB子节，1级元件
BS2633－1987StandardSpecificationforClassIArcWeldingofFerriticSteelPipeworkforCarryingFluids
API570－2019，PipingInspectionCode:
Inspection,Repair,Alteration,andReratingofIn-ServicePipingSystems
AWSD10.10/D10.10M－2019RecommendedPracticesforLocalHeatingofWeldsinPipingandtubing
3.术语
3.1焊后热处理postweldheattreatment（PWHT）
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localpostweldheattreatment
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，各参数的定义如下：
Wwidestwidthofbuttorattachmentweld，焊缝的最大宽度
HAZheat-affectedzone，热影响区；
SBsoakband，均温区（恒温温度在要求温度范围之内的区域）；
HBheatedband，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；
GCBgradientcontrolBand，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；
CZcontrolzone，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：
HB0＝SB＋50mm
（1）
（2）
（3）
式中：
Hi为管道加热带面积与散热面积之比，Hi＝Ae/（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：
0.35-0.70℃m2/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:
00
200-300
2个控温区，控温热电偶位于12:
00和6:
00
350-450
3个控温区，热电偶位于11:
00、1:
00和6:
00
500－700
4个控温区，热电偶位于12:
00、3:
00、6:
00和9:
00
750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垂直布置管道的对接接头
由于对流的存在，位于焊缝上半侧的垂直管道的温度将高于下半侧的温度，可以采取以下方式减小上下区域的温度偏差：
a）采用4.2中的推荐方式确定加热带的宽度，Hi取3；
b）在焊缝的上下部采用独立的控温加热区；
c）对电阻加热方式加热带的中心向下侧偏移以平衡热流，如加热带的60％布置在焊缝的下部；
d）保温向焊缝下部偏移。
不管采取上述哪种方式，应在焊缝的上部和下部区域安装监测热电偶，确定温度是否达到设定值。
5.3管道与法兰、阀门的焊接接头
在管道与法兰或阀门等的对接接头的焊后热处理中，在焊缝两侧将产生不对称的热传导，法兰或阀门等部件将吸收大量的热量，即产生“冷阱效应”。
应在壁厚不同的部件采用各自独立的控温加热区。
当这种方法无法实现时，可将加热区向壁厚大的部件偏移，但对管道/阀门、管道/法兰的焊接接头，往往达不到所需的偏移量。
若上述几种方法均无法实现，且不能在厚壁部件上布置额外的加热器时，必须通过加装监控热电偶来保证薄壁部件不能过热。
同时可根据部件壁厚的不同来调整保温层厚度，使均温区正好落在预定的温度范围之内。
根据4.2中计算加热区宽度的方法可以确定加热带的偏移量。
以焊缝为中心，每一侧所需的加热区宽度为：
（5）
计算得到的HB2（1/2）需要与以式
（2）计算的HB1的一半进行比较，取HB2（1/2）和HB1半值中较大的作为该侧的加热区宽度。
图3接管座的焊后热处理
5.4接管座焊缝
对接管、吊耳等与管道的焊接接头的热处理，宜采取整圈环形加热的方式（图3阴影部分）。
图3中所有的参数定义与图2相类似，其中带下标“b”的参数为接管的参数，计算时同样按第4节推荐的公式，但壁厚、直径等参数取接管的。
同时根据接管的尺寸，尽可能将整个接管包括在均热区内。
对接管座的热处理，加热器很难完全贴合在管壁的表面，导致该部分加热强度降低，需要在这些区域增加监测热电偶，而控温热电偶安装在预期温度比较高的区域。
或者在接管、主管道上布置各自独立的加热器和控温热电偶。
6.温度的测量
温度的测量中，表计能正确反映工件的真实温度非常重要，特别是P91、P92等高合金材料，与传统的碳钢和低合金钢不同，如果温度计量上带来10℃的误差，这些材料的热处理效果和性能就可能难以满足要求。
温度的准确测量与热电偶、补偿导线、温度控制和记录仪表组成的系统设计是否合理有很大的关系。
6.1热电偶的选择
根据加热方式和热处理温度的不同，可以选择接触式或非接触式测温。
在管道的焊后热处理中，通常采用K型热电偶作为温度检测元件。
一般可选用工业用I级、II级热电偶丝。
新热电偶丝使用前要经过具有温度计量资质单位的检定并提供温度或热电势偏差值，设定温度时需将热电偶的偏差扣除。
热电偶在使用过程中会产生热电势的漂移，因此热电偶丝每半年或每累计使用200小时后需重新进行检定。
重要部件的焊后热处理建议采用已经使用200小时以上并重新检定或者厂家已经进行时效处理的热电偶。
设定温度时需将热电偶的偏差扣除。
热电偶丝的使用温度和寿命与偶丝直径有关，偶丝粗使用寿命高，可靠性高，但灵敏度降低。
根据电厂部件焊后热处理的温度范围，一般以0.8mm左右为宜。
6.2热电偶的安装和拆卸
推荐采用储能焊接的方法将热电偶丝直接压焊在管道外表面（图4）。
焊接前必须将热电偶线和/或补偿导线与所有温度监控仪表断开，管道表面以砂轮、钢丝刷等打磨除去油污、氧化层等，形成一小块露出金属光泽的表面。
焊接时能量<125J，两个结点的距离为6mm左右，焊接需要制定工艺，但不需要进行工艺评定，焊接操作人员根据工艺在与管道相同的材料上进行焊接练习，熟练后方能在工件上进行焊接。
通过轻拽热电偶丝来检查结点是否焊接可靠。
离测量结点150mm内的热电偶丝需用2mm以上厚度的隔热材料覆盖以避免热量从加热带沿着热偶丝向结点传递。
隔热材料需要有足够的强度和厚度，推荐采用硅酸铝纤维纸，并固定可靠，避免在安装加热元件时碰落和移位。
热电偶丝之间需要电绝缘，除了测量结点外，热电偶丝与其它导体如管壁电绝缘。
热处理完毕后，用记号笔在每个结点周围以圆圈作记号，剪除热偶丝，用锉刀或砂轮机轻轻磨去结点，然后进行目视检查同时进行渗透或磁粉检测。
图4储能焊安装热电偶示意图
6.3热电偶的布置
热电偶的合理布置是正确反映部件温度的前提。
根据其作用，可以分为控温热电偶和监测热电偶。
控温热电偶是为了控制对应的控温加热区的温度在设定范围之内。
通常控温热电偶布置在相应控温区域中的温度最高处，除非是为解决壁厚差异大等问题特意增加的控温热电偶。
对以焊缝为中心布置的环向电阻加热带，控温热电偶通常沿着焊缝中心线布置（表5）。
表5管道整圈热处理时热电偶的布置
位置
目的
焊缝中心
保证没有超过最高允许温度
均温区边缘
确定整个均温区内都达到了最低允许温度
加热区边缘
确定是否超过最大的允许轴向温度梯度
每个圆周平面上布置的热电偶的数量取决于部件的具体尺寸、空间布置和几何形状等。
图5－图8为不同名义直径的水平布置管道对接接头PWHT时推荐的控温热电偶的数量和布置。
为防范控温热电偶出现故障，要求在每支控温热电偶的附近安装一支备用热电偶。
监测热电偶主要是为了及时反映所关心的区域内温度、温度梯度是否超出预定范围，同时可反映控温热电偶是否工作正常。
通常监测热电偶布置在焊缝中心线、均温区的边缘、加热带边缘。
一般可将备用热电偶接入温度仪表作为监测热电偶以反映控温热电偶是否工作正常，如果对温度梯度的控制要求较高时，建议安装监测热电偶，
图5水平布置管道（≤150DN）对接焊缝焊后热处理热电偶数量和分布
图6水平布置管道（200-300DN）对接焊缝焊后热处理热电偶数量和分布
图7水平布置管道（350-450DN）对接焊缝焊后热处理热电偶数量和分布
图8水平布置管道（500-750DN）对接焊缝焊后热处理热电偶数量和分布
*根据Shifrin的研究结果，只要加热带的宽度在5倍壁厚以上，外表面距焊缝中心线的轴向距离为t的位置大致与内表面焊缝根部的温度相等。
由于在现场热处理中在内表面安装监测热电偶通常无法实现，因此可通过外表面安装一只“等效热电偶”间接监测内壁温度是否达到最低的设定温度范围（图9）。
上述“等效热电偶”的位置是在一定条件下试验获得的，对重要部件可根据其实际热处理条件、部件尺寸等通过有限元模拟或试验的方式更精确地确定部件的热场分布以及“等效热电偶”的安装位置。
图9等效热电偶布置方式
6.4补偿导线
补偿导线分为延长型和补偿型两种。
延长型导线合金丝的名义化学成分及热电动势标称值与配用热电偶偶丝相同，它用字母X附加在热电偶分度号之后表示。
补偿型导线又称补偿型补偿导线，其合金丝的名义化学成分与配用热电偶偶丝不同，但其热电动势值在0-100℃或0-200℃时与配用热电偶的热电动势标称值相同，它用字母C附加在热电偶分度号之后表示。
选用的补偿导线必须与热电偶丝相匹配。
宜采用带屏蔽层的精密级补偿导线。
在设计补偿线系统时，需要选择合适的直径，使一定长度的回路电阻尽可能小。
通常20号（0.965mm）K型补偿导线允许最大长度为183米。
补偿导线的布置应远离供电线路，以避免产生干扰。
同时应尽可能将补偿导线布置在较低温度的环境，最高环境温度不得超过补偿导线的允许使用温度范围。
补偿导线与热电偶的两个接头以及与仪表端子的两个接头必须分别处于相同的环境温度。
使用和储存中避免对补偿导线产生机械、热、潮湿环境造成的损伤，补偿导线不允许有小曲率半径弯曲、冷加工和过度的绕卷。
补偿导线与热电偶线连接时，必须保证极性正确。
补偿导线与热偶丝连接必须采用接线座连接可靠，不得将两根导线直接拧接在一起。
6.5温度控制和记录仪表
热电偶丝、补偿导线必须与温度控制和记录仪表型号相匹配。
温度控制和记录仪表的显示精度要求在±0.3%之内，冷端补偿精度±2℃以内。
要求设备运行可靠，并按规定定期对仪表进行检定。
控温系统中的变送器还应该设有断偶保护电路，避免出现超温。
6.6系统误差
在条件许可的情况下，用高精度的电子电位差计、温度检定仪表对包括补偿导线、温度控制和记录仪表在内的系统误差进行标定，温度设定时扣除相应的差值。
7．加热器与保温材料
加热器可根据工件的形状、大小、材料、周围环境等选择电阻加热、感应加热和火焰加热等方式。
加热器的功率能满足热处理升温、恒温等的要求，同时要求可靠、安全。
对同一控温加热区内的加热器其单位面积功率相差不得大于5％。
具体的技术要求参见《DL/T819－2019火力发电厂焊接热处理技术规程》
保温材料的性能应满足工艺和安全的要求。
通常根据热处理温度选用玻璃纤维、硅酸铝纤维、氧化铝纤维等，其技术条件参见《DL/T776-2019火力发电厂保温材料技术条件》。
使用时根据产品提供的性能参数确定保温层的厚度，推荐的热阻为0.35-0.70℃m2/W，对于耐火陶瓷纤维，25mm厚的一层保温层可最高用于649℃，两层（50mm）可用于649℃以上。
8.热循环
8.1温度均匀性
在升温和降温过程中，在加热带区域内的最大允许温度差为139℃或由最大轴向温度梯度允许值限制；在恒温过程中，均温区域中的最大温差由热处理工艺允许的温度范围决定，但不得超过55℃。
恒温期间，在均温区以外的加热区内，任一环向平面内的外表面最大温差小于55℃。
8.2升、降温速率
允许的最大升降温速率由PWHT工艺文件决定。
除了规定最高升、降温速率外，也不能任意降低升温和降温速率，过于缓慢的升、降温将可能导致实际的等效热处理时间的延长。
对某些材料，缓冷还可能导致回火脆性的出现，此时在特定的温度范围内需要快冷。
8.3恒温时间
焊后热处理的恒温时间由PWHT工艺文件确定。
恒温时间最大误差为10min。
9.质量控制与技术文件
9.1过程异常情况的响应
施工方需要对焊后热处理过程中可能出现的各种意外情况进行分析，提出紧急处理预案，并报业主方备案。
9.2检验
BIII类材料参照《华能电厂P91、P92焊接质量检验导则》检查热处理后焊缝、母材的硬度。
其它材料参照DL/T869－2019执行。
如果业主方提出金相或其它检验内容，按相关规程或双方协议执行。
9.3技术文件
施工单位需要向业主方提供局部焊后热处理的技术文件，包括：
a）热电偶、加热器、保温层布置图；
b）热电偶、补偿导线合格证和检定证书（备查）；
c）温度控制和记录仪表检定记录（备查）；
d）检验报告；
e）完整的热处理记录曲线，同时包括以下信息：
●工作日期、时间
●工作人员名单
●工件识别号
●温度和时间刻度
●热电偶号在图表中的对应位置
●升温速率
●恒温温度和时间
●冷却速率
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