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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I目次前言..........................................................................................................II1.范围..................................................................................................................12.规范性引用文件..............................................................................................13.术语..................................................................................................................24.管道局部焊后热处理的技术条件..................................................................45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....................................................................................14II前言华能国际电力股份有限公司（以下简称“公司”）从2002年起陆续有多台主汽温度为600℃的超超临界机组投入建设，这些机组均选用ASMEA335P92钢作为其主汽管道材料。2005年初，公司组织以西安热工研究院牵头，江苏电力装备有限公司、浙江火电建设公司、天津电力建设公司、华能玉环电厂合作开展了P92钢管道的工厂化配制和现场安装的焊接工艺评定，2005年7月通过股份公司的评审。P91、P92钢的焊接有较大的技术难度，为了指导施工，保证公司所属超临界、超超临界机组的管道工厂化配制和现场安装的焊接质量，西安热工研究院等单位在2005年10月制订了关于P91、P92等材料焊接、现场焊后热处理、焊接质量验收的三个技术导则（试行），经华能玉环电厂建设中的应用证实能有效提高焊接质量，2008年经过重新审核修订拟在公司新建项目中推广应用。由于国内对P92等材料的认识还有待加深，有关单位在执行导则过程中，应逐渐累积经验，以便修改和完善三个导则的内容。本导则是其中关于现场焊后热处理的部分。火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影响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，制订本导则作为公司所属电厂P91、P92钢管道进行焊后局部热处理的要求。本导则更强调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、西安热工研究院有限公司、III华能玉环电厂本标准的起草人：周荣灿陈平范长信任平李治发邵天佑1P91、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（以下简称“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也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/T2614-1998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/T16839.1-1997热电偶第1部分：分度表GB-T16839.2-1997热电偶第II部分：允差GB/T18591-2004焊接预热温度、道间温度及预热维持温度的测量指南DL/T776-2001火力发电厂保温材料技术条件DL/T819-2002火力发电厂焊接热处理技术规程DL/T869-2004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B31.1－2004动力管道ASME锅炉压力容器规范B31.3－2004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BS2633－1987StandardSpecificationforClassIArcWeldingofFerriticSteelPipeworkforCarryingFluidsAPI570－1998，PipingInspectionCode:Inspection,Repair,Alteration,andReratingofIn-ServicePipingSystemsAWSD10.10/D10.10M－1999RecommendedPracticesforLocalHeatingofWeldsinPipingandtubing23.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3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。图2管道局部焊后热处理控制参数示意图44.管道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，每侧各增加壁厚t或50mm二者中的最小值，其中t为管道的名义厚度，即SB取W＋2t与W+100间的最小值。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)RtSBHB41+=(2)ODSBIDIDODHHBi⎥⎦⎤⎢⎣⎡+−=))((2222(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（以焊缝为中心取4t范围内，）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5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：RtHB4+(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这些壁厚较大的部件带来的热损失。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6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，即时钟指针12:00位置的温度比下部，即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，