王國(guó)冠 孟祥成 柴健

遼寧調(diào)兵山煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司 遼寧鐵嶺 112700

高壓加熱器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：高加）是火力發(fā)電廠(chǎng)的主要輔助設(shè)備，也是特種設(shè)備之一。其管程為鍋爐給水，殼程為過(guò)熱蒸汽及凝結(jié)水。利用汽輪機(jī)做功后的過(guò)熱蒸汽，對(duì)鍋爐給水進(jìn)行加熱，減少熱損失，對(duì)于降低能耗，提高火電廠(chǎng)熱效率和經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)起著重要作用[1]。

在定期檢驗(yàn)高加時(shí)，如發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，則電廠(chǎng)職工及設(shè)備安全將受到嚴(yán)重影響。為此，本文論述高加缺陷情況，及其處理過(guò)程和結(jié)果，旨在為高加定期檢驗(yàn)工作提供借鑒，提高電廠(chǎng)設(shè)備安全運(yùn)行水平。

1 設(shè)備概況

某發(fā)電公司2號(hào)機(jī)組3#高壓加熱器于2011年12月投產(chǎn)使用，2012年進(jìn)行第一次定期檢驗(yàn)，安全狀態(tài)等級(jí)評(píng)為I級(jí)。2018年進(jìn)行的第二次定期檢驗(yàn)，在檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷，嚴(yán)重影響電廠(chǎng)職工及設(shè)備安全。

該設(shè)備主要技術(shù)特征：內(nèi)徑1400mm，壁厚18/16mm；重量29100kg；換熱面積885m2；結(jié)構(gòu)形式為臥式；設(shè)計(jì)壓力管程為28.05MPa，殼程為2.07MPa；設(shè)計(jì)溫度管程215℃，殼程470℃；工作介質(zhì)管程為水，殼程為水蒸汽、水。

高加結(jié)構(gòu)為U形管式換熱器，水室與管板為20MnMo鍛件，殼體為SA516Gr70碳鋼板卷制對(duì)焊而成，與管板對(duì)接的短節(jié)筒體壁厚為18mm，其余筒節(jié)和封頭壁厚為16mm，封頭型式為半球形。

2 檢驗(yàn)及問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)

按照《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求，2018年2號(hào)機(jī)組檢修時(shí)對(duì)3#高加進(jìn)行了定期檢驗(yàn)。

無(wú)損檢測(cè)人員選用了超聲波檢測(cè)和磁粉檢測(cè)方法，在高加管板與短節(jié)筒體間焊縫，先采用了磁粉檢測(cè)方法發(fā)現(xiàn)有不連續(xù)裂紋5段，長(zhǎng)度分別為30mm、15mm、50mm、30mm、15mm。經(jīng)打磨后，仍有2段裂紋清晰可見(jiàn)，且連到了一起，打磨深度約為5mm，長(zhǎng)度約為150mm，此處焊縫又進(jìn)行了超聲波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)深度在15mm左右的位置有條形缺陷，長(zhǎng)度為300mm。

3 缺陷處理的過(guò)程

為返修處理好高加管板與短節(jié)筒體間焊縫裂紋缺陷，查找了高加質(zhì)量證明書(shū)，明確了材質(zhì)、規(guī)格、焊縫坡口形式，并安排有資質(zhì)的單位對(duì)3#高加環(huán)焊縫H1外表面進(jìn)行返修處理，具體返修位置，詳見(jiàn)圖1。

圖1 3#高壓加熱器返修位置示意圖

3.1 缺陷的清除

對(duì)缺陷處采用砂輪機(jī)打磨方式去除缺陷，打磨過(guò)程中保證打磨區(qū)域圓滑過(guò)渡，打磨至目視檢測(cè)無(wú)缺陷后，進(jìn)行磁粉檢測(cè)，若還有缺陷顯示，則每打磨約1-2mm深度后再進(jìn)行一次磁粉檢測(cè)，直至消除缺陷為止。磁粉檢測(cè)按NB/T47013.1、NB/T47013.4，I級(jí)為合格[2]。

3.2 打磨后補(bǔ)焊

焊接必須由相應(yīng)項(xiàng)目考試合格的焊工擔(dān)任。采用焊條電弧焊進(jìn)行補(bǔ)焊，所有焊條在焊前須按說(shuō)明書(shū)所示溫度、保溫時(shí)間進(jìn)行烘焙，隨后在100℃溫度下保溫，現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)，焊條應(yīng)放置在保溫桶內(nèi)，隨用隨取。風(fēng)速須≤10m/s方可施焊，環(huán)境相對(duì)濕度≥90%時(shí)應(yīng)禁止施焊。補(bǔ)焊前應(yīng)對(duì)始焊處100mm范圍內(nèi)進(jìn)行≥100℃的預(yù)熱，焊接采用J507焊條，規(guī)格為3.2mm或4.0mm。焊接電流大小為90-130A（3.2mm）或130-170A（4.0mm），焊接過(guò)程中應(yīng)控制層間溫度≤300℃。焊后應(yīng)立即進(jìn)行250-350℃/1h的后熱處理，方可冷卻至室溫。

3.3 補(bǔ)焊后探傷

補(bǔ)焊后做磁粉和超聲波檢測(cè)，磁粉按磁粉檢測(cè)按NB/T47013.1、NB/T47013.3，I級(jí)為合格。超聲波檢測(cè)按NB/T47013.1、NB/T47013.4，II級(jí)為合格。

3.4 焊后熱處理

無(wú)損探傷合格后，對(duì)補(bǔ)焊焊縫采用履帶式電加熱，進(jìn)行局部后熱處理，加熱帶外側(cè)用保溫材料覆蓋保溫，加熱帶環(huán)繞整圈焊縫的全周，保溫期間，加熱區(qū)內(nèi)最高與最低溫度之差應(yīng)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。熱處理完成24h后，再進(jìn)行一次無(wú)損探傷復(fù)檢，并重新進(jìn)行水壓試驗(yàn)。焊縫兩側(cè)加熱寬度各向外延伸至少100mm，保溫時(shí)間最少為15min。

4 預(yù)防措施

4.1 缺陷機(jī)制探析

某發(fā)電公司每臺(tái)機(jī)組，共計(jì)3臺(tái)高壓加熱器。其中，3#高加選用的是不兼作法蘭的管板結(jié)構(gòu)，在本次無(wú)損檢測(cè)中被發(fā)現(xiàn)管板與短節(jié)筒體間焊縫多處條形缺陷（圖2）；而1#、2#高加選用的是延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板結(jié)構(gòu)（圖3），采用同樣的無(wú)損檢測(cè)方法，未發(fā)現(xiàn)缺陷。

圖3 延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板結(jié)構(gòu)

圖2 不兼作法蘭的管板結(jié)構(gòu)

一方面3#高加管板側(cè)與筒體側(cè)存在溫差，管板厚，剛度較大，筒體受內(nèi)壓和溫度后有一定的周向膨脹變形，使該k型接頭處存在較大內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)有應(yīng)力集中疊加，因此該處應(yīng)力大；另一方面，機(jī)組參與調(diào)峰，并且流化床機(jī)組年啟停次數(shù)較多，該k型接頭承受疲勞載荷，是該處出現(xiàn)裂紋的主要原因之一。

4.2 建議性預(yù)防措施

基于3#高加管板與短節(jié)筒體間焊縫缺陷發(fā)生機(jī)理探析及1#、2#高加無(wú)缺陷的經(jīng)驗(yàn)，可知延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板結(jié)構(gòu)形式的焊接接頭內(nèi)應(yīng)力較小。故根據(jù)熱交換器GB/T151-2014管板與管箱、殼體的焊接連接要求，并結(jié)合機(jī)組參與調(diào)峰、啟停次數(shù)較多等特點(diǎn)，建議亦選用1#、2#高加的延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板結(jié)構(gòu)，對(duì)3#高加實(shí)施技術(shù)改造，即可避免和清除管板與短節(jié)筒體間焊縫缺陷，預(yù)防安全隱患[3]。