除氧器水箱封頭鼓包原因分析

韓宏才¹，劉紅權¹，張小崗¹，李金峰²，李海江²，張東文²

（1.150發(fā)電廠(chǎng)，河北涉縣056400；
2.河北省電力試驗研究所，河北石家莊050021）

    摘  要：文章介紹了150發(fā)電廠(chǎng)��＃4除氧器水箱封頭的鼓包情況，分析了鼓包產(chǎn)生的原因，并提出了建議。
    關(guān)鍵詞：除氧器；給水裝置；分析；鼓包

    150發(fā)電廠(chǎng)��＃4除氧器由哈爾濱鍋爐廠(chǎng)制造，1974年1月出廠(chǎng)， 10月投產(chǎn)。2001年7月,150發(fā)電廠(chǎng)��＃4機組大修，在對除氧器進(jìn)行定期檢驗時(shí)，發(fā)現其水箱封頭存在嚴重鼓包，根據能源安保［1991］709號《電站壓力式除氧器安全技術(shù)規定》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)安全規定）第2.1.5條：“除氧器殼體材料宜采用20g或20R，不應采用A₃F、16Mn。對在役采用A₃F、16Mn材料的除氧器，如缺陷嚴重、難于修復、無(wú)修復價(jià)值或修復后仍難保證安全運行的除氧器，應限期報廢，做到有計劃更換”，于是對^#4機組除氧器水箱封頭進(jìn)行了更換處理。截止2001年7月檢修時(shí)，總運行時(shí)間為19.5萬(wàn) h。��

1除氧器水箱封頭鼓包情況
  ��^#4機組除氧器水箱南北2封頭有多處鼓包，鼓包尺寸超出安全規定第3.2.3中4 mm的要求。水箱筒體未發(fā)現明顯鼓脹現象，拆除水箱封頭外保溫，進(jìn)行進(jìn)一步檢驗。經(jīng)測量最大突出量24 mm，呈橢圓狀，面積最大處長(cháng)軸約500 mm、短軸約350 mm，鼓包出現位置有如下規律：鼓包一側邊沿距封頭與筒體對接環(huán)焊縫約250 mm處，即位于橢圓封頭的直邊部分與橢圓部分的分界線(xiàn)附近，多數位于鋼板母材上，個(gè)別位于拼接焊縫上，分布位置見(jiàn)圖1。
    對北封頭，拆除保溫層進(jìn)行了檢查，面積較大且突出量較大的有11處；對南封頭3個(gè)明顯的鼓包進(jìn)行了測量，具體尺寸見(jiàn)表1。��

    對除氧器水箱進(jìn)行了壁厚測量，筒體壁厚約10 mm，實(shí)測水箱筒體最小壁厚為9.8 mm，與圖紙相符；封頭測量厚度約12 mm，鼓包處最小壁厚為11.4 mm��，與圖紙封頭壁厚16 mm不符。探傷結果：對所有丁字焊縫及封頭鼓包處進(jìn)行磁粉探傷，未發(fā)現可記錄缺陷磁痕顯示。
    對封頭鼓包處和未鼓包處進(jìn)行了現場(chǎng)金相檢驗，組織為珠光體＋鐵素體，未見(jiàn)異常。鑒于本除氧器鼓包突出高度嚴重超出了安全規定標準，且設計材質(zhì)為A₃F，決定更換水箱封頭。
2理化分析
    對因鼓包更換的封頭取樣分別編號為M（北封頭^#3鼓包處，屬檢驗發(fā)現的最大鼓包）、K（北封頭^#9鼓包處，屬檢驗發(fā)現的中型鼓包）、X（南封頭^#1鼓包處，屬檢驗發(fā)現的較小鼓包）、P（南封頭無(wú)鼓包處）共4組試樣，每組試樣分別有3個(gè)橫向拉伸試樣、3個(gè)縱向拉伸試樣、3個(gè)橫向沖擊試樣、3個(gè)縱向沖擊試樣和1個(gè)化學(xué)分析試樣。
    GB 700-1965規定，A₃鋼是堿性平爐冶煉的第3種強度等級的甲類(lèi)鋼，它按力學(xué)性能供應，要求保證抗拉強度和延伸率，其它指標（如化學(xué)成分、沖擊韌性等）未做規定。��
2.1化學(xué)分析
    對M、K、X、P 4個(gè)試樣進(jìn)行了化學(xué)分析，分析結果見(jiàn)表2�？梢钥闯�，4個(gè)試樣的化學(xué)成分符合GB 700-1979規定的A₃鋼標準，排除了因化學(xué)成分不合格產(chǎn)生鼓包的可能性。��

2.2力學(xué)性能試驗
    力學(xué)性能試驗結果見(jiàn)表3 �？梢钥闯�，材料的強度極限、延伸率還在正常合格范圍內，而材料的沖擊韌性已低于GB 700-1988規定的下限。但在此除氧器制造時(shí), GB 700-1965對A��3F鋼的沖擊韌性未做要求，并且韌性低也不是除氧器封頭產(chǎn)生鼓包的原因。排除了因材質(zhì)性能不合格產(chǎn)生鼓包的可能性。

2.3金相分析
    對封頭鼓包處和未鼓包處進(jìn)行了金相檢驗， M、P試樣組織均為鐵素體＋珠光體, 區別不大,見(jiàn)圖2、圖3  �？梢钥闯觯河捎跓崽幚砉に噷е妈F素體分布形態(tài)不好，有魏氏體傾向，這是沖擊韌性低的主要因素。�おおおおおおおお�

3強度計算
    除氧器水箱的規格：ø11 800 mm×3 000 mm×10 mm，材質(zhì)為A₃F鋼，最高工作溫度t為158 ℃，最高工作壓力P_c為0.58 MPa。��
3.1除氧器封頭強度計算
    δ_計=P_cD_i｛2［б］_tφ-0.5P_c｝
       =0.58×3 000×（2×111.72×1.0-0.5×0.58）
       =7.79 mm
    式中，［б］_t是在溫度為t的情況下，查表得到的許用應力值；D_i為封頭內徑；φ為焊縫減弱系數，為1.0； 下同。
    鋼材厚度偏差c=c₁+c₂+c₃
    c₁鋼材厚度負偏差可忽略不計，腐蝕裕量c₂值不小于1 mm，取1 mm（根據GB 150-1998厚度附加量得知），工藝減薄的附加壁厚c₃，由于封頭0.2≤h_n/D_i≤0.35,取值為0.1δ_計。
    c = 1.0+0.1δ_計=1.78 mm 
    封頭壁厚δ_min≥δ_計+c=7.79+1.78=9.57 mm≤12mm, 封頭壁厚滿(mǎn)足設計要求。��
3.2除氧器筒體強度計算

    鋼材厚度偏差c=c₁+c₂+c₃
    c₁鋼材厚度負偏差可忽略不計，腐蝕裕量c₂值不小于1 mm，這里取1 mm，工藝減薄的附加壁厚c₃，由于筒體制造工藝為冷校圓，取值為0。
    c =1.0+0=1.0 mm
    筒體壁厚δ_min≥δ_計+c = 7.81+1.0 = 8.81 mm≤10 mm ，筒體壁厚滿(mǎn)足設計要求。��
4缺陷產(chǎn)生原因分析
    根據材料的化學(xué)成分、金相組織、材料的性能及強度分析，未發(fā)現有明顯導致除氧器鼓包的因素，經(jīng)查記錄，此除氧器在運行過(guò)程中曾有嚴重超壓的運行情況，又由于橢圓封頭的原始加工偏差較大，其橢圓封頭的受力較計算應力大，因此，超壓運行是除氧器產(chǎn)生鼓包的最主要原因。
5建議
    150發(fā)電廠(chǎng)的4臺除氧器材質(zhì)均為A��3F鋼，在河北省電力系統內，還有十幾臺A��3F鋼制除氧器，分析��#4機組除氧器水箱封頭鼓包原因對其它同類(lèi)除氧器的安全運行有一定的借鑒和指導意義。建議如下：
    a. 盡快安排對其它設計材質(zhì)為A��3F的除氧器的檢驗。除氧器定期檢驗時(shí)應加強對關(guān)鍵部位，如封頭、關(guān)鍵焊口、大開(kāi)口補強區的檢查，尤其與原始設計有差異時(shí)更應注意。
    b. 定期校驗壓力容器的安全閥，防止超壓、超溫運行。
    c. 老壓力容器技術(shù)資料（如合格證、竣工圖、強度核算書(shū)、安全閥排放量核算書(shū)、安全附件資料）不全現象普遍存在，無(wú)法及時(shí)發(fā)現存在的問(wèn)題，應設法解決。��

參考文獻

［1］能源安保［1991］709號,電站壓力式除氧器安全技術(shù)規定［S］.
［2］GB 150-1998,鋼制壓力容器［S］.
［3］GB 700-1988，碳素結構鋼技術(shù)條件［S］.
［4］GB 700-1979，碳素結構鋼技術(shù)條件［S］.
［5］GB 700-1965，普通碳素鋼［S］.

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