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除氧器水箱封頭鼓包原因分析
韓宏才1，劉紅權(quán)1，張小崗1，李金峰2，李海江2，張東文2
（1.150發(fā)電廠，河北涉縣056400；
2.河北省電力試驗(yàn)研究所，河北石家莊050021）
摘 要：文章介紹了150發(fā)電廠＃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＃4除氧器由哈爾濱鍋爐廠制造，1974年1月出廠，
10月投產(chǎn)。2001年7月,150發(fā)電廠＃4機(jī)組大修，在對(duì)除氧器進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其水箱封頭存在嚴(yán)重鼓包，根據(jù)能源安保［1991］709號(hào)《電站壓力式除氧器安全技術(shù)規(guī)定》（以下簡(jiǎn)稱安全規(guī)定）第2.1.5條：“除氧器殼體材料宜采用20g或20R，不應(yīng)采用A3F、16Mn。對(duì)在役采用A3F、16Mn材料的除氧器，如缺陷嚴(yán)重、難于修復(fù)、無(wú)修復(fù)價(jià)值或修復(fù)后仍難保證安全運(yùn)行的除氧器，應(yīng)限期報(bào)廢，做到有計(jì)劃更換”，于是對(duì)#4機(jī)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(yùn)行時(shí)間為19.5萬(wàn)
h。
1除氧器水箱封頭鼓包情況
#4機(jī)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(guī)定第3.2.3中4
mm的要求。水箱筒體未發(fā)現(xiàn)明顯鼓脹現(xiàn)象，拆除水箱封頭外保溫，進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)。經(jīng)測(cè)量最大突出量24 mm，呈橢圓狀，面積最大處長(zhǎng)軸約500
mm、短軸約350 mm，鼓包出現(xiàn)位置有如下規(guī)律：鼓包一側(cè)邊沿距封頭與筒體對(duì)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附近，多數(shù)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(duì)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(duì)南封頭3個(gè)明顯的鼓包進(jìn)行了測(cè)量，具體尺寸見(jiàn)表1。
對(duì)除氧器水箱進(jìn)行了壁厚測(cè)量，筒體壁厚約10
mm，實(shí)測(cè)水箱筒體最小壁厚為9.8 mm，與圖紙相符；封頭測(cè)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(jié)果：對(duì)所有丁字焊縫及封頭鼓包處進(jìn)行磁粉探傷，未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷磁痕顯示。
對(duì)封頭鼓包處和未鼓包處進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)金相檢驗(yàn)，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(yán)重超出了安全規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，且設(shè)計(jì)材質(zhì)為A3F，決定更換水箱封頭。
2理化分析
對(duì)因鼓包更換的封頭取樣分別編號(hào)為M（北封頭#3鼓包處，屬檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的最大鼓包）、K（北封頭#9鼓包處，屬檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的中型鼓包）、X（南封頭#1鼓包處，屬檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)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(guī)定，A3鋼是堿性平爐冶煉的第3種強(qiáng)度等級(jí)的甲類(lèi)鋼，它按力學(xué)性能供應(yīng)，要求保證抗拉強(qiáng)度和延伸率，其它指標(biāo)（如化學(xué)成分、沖擊韌性等）未做規(guī)定。
2.1化學(xué)分析
對(duì)M、K、X、P
4個(gè)試樣進(jìn)行了化學(xué)分析，分析結(jié)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(guī)定的A3鋼標(biāo)準(zhǔn)，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(yàn)
力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3
。可以看出，材料的強(qiáng)度極限、延伸率還在正常合格范圍內(nèi)，而材料的沖擊韌性已低于GB 700-1988規(guī)定的下限。但在此除氧器制造時(shí),
GB 700-1965對(duì)A3F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(duì)封頭鼓包處和未鼓包處進(jìn)行了金相檢驗(yàn)， M、P試樣組織均為鐵素體＋珠光體,
區(qū)別不大,見(jiàn)圖2、圖3
。可以看出：由于熱處理工藝導(dǎo)致鐵素體分布形態(tài)不好，有魏氏體傾向，這是沖擊韌性低的主要因素。
3強(qiáng)度計(jì)算
除氧器水箱的規(guī)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Pc為0.58
MPa。
3.1除氧器封頭強(qiáng)度計(jì)算
δ計(jì)=PcDi｛2［б］tφ-0.5Pc｝
=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(yīng)力值；Di為封頭內(nèi)徑；φ為焊縫減弱系數(shù)，為1.0；
下同。
鋼材厚度偏差c=c1+c2+c3
c1鋼材厚度負(fù)偏差可忽略不計(jì)，腐蝕裕量c2值不小于1
mm，取1 mm（根據(jù)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≤hn/Di≤0.35,取值為0.1δ計(jì)。
c = 1.0+0.1δ計(jì)=1.78
mm
封頭壁厚δmin≥δ計(jì)+c=7.79+1.78=9.57
mm≤12mm,
封頭壁厚滿足設(shè)計(jì)要求。
3.2除氧器筒體強(qiáng)度計(jì)算
鋼材厚度偏差c=c1+c2+c3
c1鋼材厚度負(fù)偏差可忽略不計(jì)，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δmin≥δ計(jì)+c
= 7.81+1.0 = 8.81 mm≤10 mm
，筒體壁厚滿足設(shè)計(jì)要求。
4缺陷產(chǎn)生原因分析
根據(jù)材料的化學(xué)成分、金相組織、材料的性能及強(qiáng)度分析，未發(fā)現(xiàn)有明顯導(dǎo)致除氧器鼓包的因素，經(jīng)查記錄，此除氧器在運(yùn)行過(guò)程中曾有嚴(yán)重超壓的運(yùn)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(jì)算應(yīng)力大，因此，超壓運(yùn)行是除氧器產(chǎn)生鼓包的最主要原因。
5建議
150發(fā)電廠的4臺(tái)除氧器材質(zhì)均為A3F鋼，在河北省電力系統(tǒng)內(nèi)，還有十幾臺(tái)A3F鋼制除氧器，分析#4機(jī)組除氧器水箱封頭鼓包原因?qū)ζ渌?lèi)除氧器的安全運(yùn)行有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。建議如下：
a. 盡快安排對(duì)其它設(shè)計(jì)材質(zhì)為A3F的除氧器的檢驗(yàn)。除氧器定期檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵部位，如封頭、關(guān)鍵焊口、大開(kāi)口補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的檢查，尤其與原始設(shè)計(jì)有差異時(shí)更應(yīng)注意。
b. 定期校驗(yàn)壓力容器的安全閥，防止超壓、超溫運(yùn)行。
c.
老壓力容器技術(shù)資料（如合格證、竣工圖、強(qiáng)度核算書(shū)、安全閥排放量核算書(shū)、安全附件資料）不全現(xiàn)象普遍存在，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，應(yīng)設(shè)法解決。
參考文獻(xiàn)
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［2］GB 150-1998,鋼制壓力容器［S］.
［3］GB 700-1988，碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件［S］.
［4］GB 700-1979，碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件［S］.
［5］GB 700-1965，普通碳素鋼［S］.
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