張瑞杰，繩高峰，楊進程

（華能國際電力股份有限公司上安電廠，石家莊 050310）

華能國際電力股份有限公司上安電廠（簡稱“華能上安電廠”）二期2臺6號高壓加熱器于1997年正式投入運行，加熱器為立式U形管表面式換熱器，型 號為 JG－835－1－1。此高 壓加熱 器 采 用 300 MW汽輪機三段抽汽，汽側(cè)入口設(shè)計壓力2.07 MPa；汽側(cè)工作壓力1.63MPa；汽側(cè)入口設(shè)計溫度470℃；汽側(cè)工作溫度428/202℃；殼側(cè)水壓試驗壓力3.11MPa。大型火電廠回?zé)嵯到y(tǒng)中高壓加熱器的投入率是機組熱效率的重要指標［1］，自2004年開始，6號高壓加熱器多次出現(xiàn)管束泄漏，高壓加熱器殼體超溫，蒸汽過熱冷卻段進口套管開裂等缺陷，嚴重影響了機組的熱效率和安全運行。

1 高壓加熱器包殼存在的問題

2005年3號機組C級檢修過程中，對6號高壓加熱器進汽口管座進行金屬監(jiān)督檢查時，發(fā)現(xiàn)管座內(nèi)襯不銹鋼套管與管座焊口開裂，進行了臨時補焊處理。進一步檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)襯管與內(nèi)包殼焊口下方開裂現(xiàn)象嚴重，當(dāng)時臨時進行了搭接板焊接處理，內(nèi)包殼其它部位焊縫未發(fā)現(xiàn)大的缺陷。在2006年3號機組小修時，再次檢查6號高壓加熱器進汽口，發(fā)現(xiàn)高壓加熱器蒸汽進口管座內(nèi)襯不銹鋼套管焊口再次開裂，內(nèi)包殼與高壓加熱器封板焊口開裂，對此只進行了進汽套管補焊處理，內(nèi)部封板開裂焊縫未處理。2007年3號機組6號高壓加熱器運行中發(fā)現(xiàn)，三段抽汽溫度達到480℃，高壓加熱器蒸汽進口外殼體溫度達到450℃，超過了蒸汽進口的工作溫度，存在外筒體超溫問題，嚴重影響了6號高壓加熱器的安全運行，3號機組6號高壓加熱器退出運行。

2 高壓加熱器包殼損壞原因分析

高壓加熱器筒體直徑1 400mm，殼體壁厚20 mm；內(nèi)包殼壁厚10mm；蒸汽進口短接襯管壁厚5 mm。高壓加熱器外殼體整體采用SA516Gr70材質(zhì)，進汽口管座材質(zhì)采用15CrMoⅡ，內(nèi)包殼材質(zhì)為Q235－A。進汽口內(nèi)襯材質(zhì)0Cr18Ni9不銹鋼管與內(nèi)包殼進汽口采用角焊接，內(nèi)包殼與高壓加熱器管束封板采用角焊接。正對進汽口設(shè)置了進汽導(dǎo)流擋板，防止蒸汽進入時直接沖擊管束。

高壓加熱器內(nèi)包殼和蒸汽擋板損壞的主要原因是此高壓加熱器為倒置式［2］，內(nèi)包殼與封板形成上下角焊縫在廠家制造時條件受限，內(nèi)包殼上下封板焊縫焊接較少，焊接質(zhì)量不佳，不銹鋼套管與內(nèi)包殼，蒸汽管座焊接強度不夠。當(dāng)汽輪機通流間隙偏大，三段抽汽溫度達到了480℃，超過了內(nèi)包殼材質(zhì)的使用范圍，由于高溫進汽后，內(nèi)包殼受熱不均，包殼受熱膨脹后，封板下部沒有支撐力所以要向下膨脹，內(nèi)包殼要向外膨脹，因此在內(nèi)包殼和封板焊縫處形成應(yīng)力，致使焊縫開裂。當(dāng)內(nèi)包殼進汽套管與進汽管座或與內(nèi)包殼焊縫開裂損壞后，高溫蒸汽將直接進入高壓加熱器外殼體，使外殼體超溫，造成外殼體變形、鼓包或泄漏，嚴重危害高壓加熱器的安全正常運行。鑒于更換高壓加熱器時間較長，費用較高，因此決定進行內(nèi)包殼修復(fù)。

3 包殼修復(fù)工藝可行性分析

針對2006年3號機組C級檢修過程發(fā)現(xiàn)的6號高壓加熱器蒸汽內(nèi)包殼存在焊縫開裂缺陷及照片資料，最終確定可以在高壓加熱器殼體進汽管座周圍開一個高1 480mm，周長為1 884mm的半圓形窗口來進行內(nèi)包殼的修復(fù)，修復(fù)數(shù)據(jù)見圖1。該方案的相關(guān)材料及檢驗報告均通過金屬監(jiān)督部門認可，可按此方案開展修復(fù)工作。

圖1 短接殼體和內(nèi)包殼區(qū)域的縱向剖面示意（單位：mm）

4 修復(fù)工藝的實施

4.1 外短殼體修復(fù)

2008年利用3號機組小修機會，進行了6號高壓加熱器的內(nèi)外包殼修復(fù)工作。首先把高壓加熱器筒體保溫全部清除干凈，搭好腳手架，并用氣割割下進汽管大小頭，磨開高壓加熱器進汽管管座與不銹鋼套筒的焊口。然后根據(jù)廠家提供的外殼體備件尺寸，以高壓加熱器外殼體蒸汽進口為中心劃線，劃出要切割的輪廓線并用樣沖在輪廓線上全部打上樣沖眼。劃線結(jié)束后使用氣弧刨前，要經(jīng)過反復(fù)測量和各級驗收，以防尺寸錯誤。

由于外殼體厚度為20mm，考慮到殼體或內(nèi)包殼的變形，殼體與管束之間距離很小，其內(nèi)部間隙最小只有4mm，最大處也不過12mm，為防止切割時傷到內(nèi)包殼和管束，先用氣弧刨沿切割線切割殼體深度18mm，然后用電磨小心磨開，最后利用倒鏈將切割下來的短接殼體吊走。為防止切割后高壓加熱器筒體變形，施工時在筒體切割線周圍加裝加強板。

4.2 內(nèi)包殼修復(fù)

高壓加熱器殼體開天窗后檢查內(nèi)包殼，發(fā)現(xiàn)內(nèi)包殼嚴重變形開裂，北側(cè)下方凹陷、突起嚴重，并把外殼筒體頂鼓包變形，南側(cè)也凸起，把外殼筒體頂鼓包變形，如圖2所示。檢查進汽不銹鋼套管與內(nèi)包殼角焊縫，發(fā)現(xiàn)焊肉少并開裂，檢查內(nèi)包殼與上下封板焊縫嚴重開裂，焊接強度明顯不夠，焊接質(zhì)量不佳。

圖2 外殼筒體鼓包變形

由于內(nèi)包殼、凹陷、鼓包、開裂變形嚴重，經(jīng)廠家現(xiàn)場指導(dǎo)，決定全部更換內(nèi)包殼。具體修復(fù)措施是，內(nèi)包殼分三部分焊接，首先下料兩側(cè)寬200mm、長1 480mm左右的2小塊內(nèi)包殼，與上下封板及高壓加熱器中間隔板在里側(cè)角焊接，然后下料中間一大塊內(nèi)包殼，與2小塊進行對接焊接。焊接前為保證蒸汽進口的中心，反復(fù)進行外筒體的試對，找出中心位置，保證在內(nèi)包殼上開φ250mm的孔后，蒸汽進口不銹鋼套管能夠與短接外殼體上管座中心吻合。不銹鋼套桶與內(nèi)包殼內(nèi)部焊接采用滿焊，外部采用間斷焊接以消除應(yīng)力。所有焊接好的焊縫都要進行磁粉探傷，經(jīng)各級驗收合格后方可進行下一步工作。蒸汽擋板和內(nèi)包殼打開后，管束暴露無疑，共檢查發(fā)現(xiàn)有18根管束管壁被磨損，為防止運行中泄漏，進了保護性堵管處理。

4.3 蒸汽擋板修復(fù)

由于內(nèi)包殼損壞嚴重，需要整體取下內(nèi)包殼，取下后，發(fā)現(xiàn)蒸汽擋板也嚴重開裂、變形損壞，如圖3所示。

圖3 蒸汽擋板損壞程度

由于本次是在高壓加熱器殼體上開洞，施工位置較好，經(jīng)廠家確認，蒸汽擋板部分損壞可以修復(fù)，并可以保證蒸汽擋板的焊接質(zhì)量。具體修復(fù)措施是，制做2塊材質(zhì)為20G的整體蒸汽擋板和1塊材質(zhì)為0Cr18Ni9的不銹鋼擋板。2塊材質(zhì)為2 0G的蒸汽擋板放在兩側(cè)與原取下后剩余擋板對縫焊接。不銹鋼擋板放在中間正對進汽口，為消除不銹鋼擋板焊接應(yīng)力，擋板上開φ40mm的圓孔，內(nèi)側(cè)貼與小孔留有5mm間隙的不銹鋼小板，四周采用斷續(xù)焊，以便釋放高溫蒸汽沖擊應(yīng)力。

4.4 外殼體修復(fù)

首先將高壓加熱器殼體上開窗位置打磨好坡口，坡口校核好尺寸。然后將廠家提供的短接殼體備件按照開窗校核的尺寸進行下料，短接殼體備件見圖4。

圖4 短接殼體備件

下料后要反復(fù)對口，并校核蒸汽進汽管座與不銹鋼套管的位置，防止外殼體焊接后出現(xiàn)錯口。尺寸位置定好后，進行焊接坡口打磨，焊口型式嚴格按照廠家給定的尺寸打磨。為防止殼體焊接變形，在點焊上短接殼體后要進行搭橋焊接，圍繞焊縫加裝一圈跨焊縫的馬鞍型加強鋼板。焊接時采用2個焊工對稱同時進行。在封閉殼體前，必須用吸塵器把筒體內(nèi)所有異物清理干凈，點焊殼體時要嚴格驗收焊口對口質(zhì)量，對口焊縫要求為1.5～2mm，要求對口錯邊誤差不大于2mm，以防止焊接后出現(xiàn)MT磁粉探傷、UT片不合格焊口。

由于短接殼體上SA387Gr11CL1的耐熱鋼與原殼體SA516Gr70為異種鋼焊接，因此需要進行熱處理以消除殘余應(yīng)力，防止變形或出現(xiàn)焊口裂紋。熱處理采用履帶式加熱片。短接與原高壓加熱器殼體的焊縫進行100%UT＋PT檢查，熱處理之后，該焊縫還需要再次進行PT檢查。分別以JB/T 4730.1、JB/T 4730.3I級和 JB/T 4730.1、JB/T 4730.5I級為合格。

5 修復(fù)效果

為檢驗修復(fù)效果，進行了水壓試驗，為保證水壓試驗的安全順利進行，需要制定水壓試驗安全技術(shù)措施，并且水壓試驗應(yīng)嚴格按照廠家制造出廠時的方法進行，所有疏水管和管口進行封頭封堵。水壓試驗采用電動打壓泵，殼側(cè)水壓試驗壓力3.11 MPa，水壓試驗水溫度≥15℃，保壓30min以上。試驗后，檢查殼體無任何滲漏水，殼體無任何變形等缺陷。由于涉及高壓加熱器修復(fù)后取證投運，水壓試驗需要壓力容器金屬技術(shù)監(jiān)督部門親自到現(xiàn)場確認，方可出具水壓試驗報告，所有檢驗資料送鍋檢所及質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局備案后投運。4號機組、3號機組6號高壓加熱器內(nèi)外包殼相繼成功修復(fù)并安全投運，高壓加熱器外包殼壁溫降到正常運行溫度，運行效果良好。

6 結(jié)論及建議

高壓加熱器內(nèi)包殼、蒸汽擋板以及短接外殼體的現(xiàn)場成功修復(fù)，提高了高壓加熱器的安全可靠性，避免了因高壓加熱器內(nèi)包殼損壞而引起高壓加熱器外殼體變形損壞造成高壓加熱器報廢，不僅為電廠節(jié)省了大量的資金，也積累了豐富的現(xiàn)場修復(fù)經(jīng)驗。以下提出幾點防止高壓加熱器包殼損壞的建議。

a.電廠要對汽輪機通流間隙嚴格控制，避免高壓加熱器抽汽超溫運行。

b.建議生產(chǎn)倒置式高壓加熱器的廠家在制造高壓加熱器包殼時，采用20G或更好的材質(zhì)。

c.加強內(nèi)外包殼各焊縫的焊接工藝質(zhì)量，保證內(nèi)外包殼焊縫不開裂。

［1］ 毛申允.高壓加熱器的運行故障分析［J］.電站輔機，2008，29（2）：1－5.

［2］ 張 勇，劉云珠，周大坤.倒置式高壓加熱器的設(shè)計［J］.壓力容器，2006，23（3）：24，25－27.