高壓加熱設(shè)備泄漏原因

王光軍

(杭州電化集團有限公司，浙江 杭州 311228)

高壓加熱設(shè)備是氯堿企業(yè)配套火力發(fā)電廠回熱系統(tǒng)中的重要設(shè)備。利用該設(shè)備向加熱鍋爐給水，使其達到所要求的給水溫度，從而提高熱電廠的熱效率，并保證汽輪機組出力。某氯堿企業(yè)火力發(fā)電廠采購了1臺高壓加熱設(shè)備，但是使用后不久，管板就發(fā)生泄漏，對生產(chǎn)造成了嚴重影響。下面從設(shè)計、制造等方面分析其泄漏原因。

1 高壓加熱設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

高壓加熱設(shè)備主要包括：殼體、水室、管板、換熱管、支撐板、防沖板、支座、附件等。

1.2 工作原理

采用二段式傳熱結(jié)構(gòu)，分為凝結(jié)段與過熱蒸汽冷卻段。過熱蒸汽冷卻段用套管和遮熱板將該段管封閉，內(nèi)設(shè)隔板，使蒸汽以一定的流速和方向流經(jīng)傳熱面，保證蒸汽離開該段時呈干燥狀態(tài)。該段設(shè)在高壓加熱設(shè)備給水的出口部位。來自過熱蒸汽冷卻段帶有一定過熱度的飽和蒸汽從兩側(cè)沿管系向心流進整個凝結(jié)段管束，在凝結(jié)段和給水間進行熱交換，用蒸汽凝結(jié)時放出的汽化潛熱加熱給水。

2 泄漏原因分析

(1)查看根據(jù)換熱管與管板連接結(jié)構(gòu)圖，高壓加熱器管板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計符合文獻[1]中5.8.4的規(guī)定。管板開孔數(shù)量(346個孔)、管板厚度(141 mm)與實物相符;換熱管外徑偏差及壁厚偏差均符合文獻[2]中表1要求；管板孔間距、允許偏差及管板鉆孔后孔橋?qū)挾?測量結(jié)果如表1所示)均符合文獻[1]中表51及文獻[3]中表3規(guī)定。經(jīng)計算，管板與換熱管連接的拉脫應(yīng)力小于許用拉脫力。故換熱管與管板連接的設(shè)計符合要求。

(2)查閱圖紙及壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量證明書，高壓加熱器的換熱管與管板連接采用焊接加脹接連接方式，其中脹接采用的是貼脹。貼脹是為了消除換熱管與管板之間的縫隙化學腐蝕，提高焊縫抗腐蝕疲勞強度。

表1 孔橋?qū)挾葴y量結(jié)果Table 1 Measurement results of bridging width mm

根據(jù)文獻[4]，對于采用強度焊接加貼脹的換熱管與管板連接方式，脹度按壁厚減薄率宜控制在2%左右。

根據(jù)脹接內(nèi)徑測量結(jié)果(如表2所示)，計算高壓加熱器換熱管脹度(如表3所示)。

表2 脹接內(nèi)徑測量結(jié)果

表3 高壓加熱器換熱管脹度計算結(jié)果

從表3可以看出:高壓加熱器換熱管脹度大部分控制不好，與2%數(shù)值差距較大。存在的原因可能有以下兩點。

①換熱管端部未進行退火熱處理。查閱壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量證明書，16MⅢ材質(zhì)(加熱器管板材質(zhì))的管板硬度值為152HB，20G材質(zhì)的換熱管硬度值未提供。一般情況下，20G材質(zhì)(加熱器換熱管材質(zhì))的換熱管未經(jīng)熱處理硬度值≤156HB。脹接時，管板硬度應(yīng)大于換熱管硬度，否則脹接后換熱管的回彈量接近或大于管板的回彈量而造成脹接接頭不緊。因此在脹接之前，應(yīng)測定換熱管與管板的硬度值是否匹配，如果二者硬度值相差很小，應(yīng)對換熱管端部進行退火熱處理，但圖紙和質(zhì)量證明書等資料中均未提及對換熱管端部進行退火熱處理。

②換熱管與管板脹接工藝采用機械脹接。機械脹接對換熱管造成的機械損傷較大，易造成欠脹或過脹情況；機械脹接存在的殘余應(yīng)力也較大，如果未進行消除應(yīng)力熱處理，對于經(jīng)常受到蒸汽沖擊的高壓加熱器的長周期穩(wěn)定使用是不利的。

(3)焊接表面質(zhì)量。

根據(jù)高壓加熱器管束圖，換熱管與管板連接結(jié)構(gòu)上焊縫焊腳高度(伸出管板部分)為4 mm。從測量結(jié)果看，兩臺高壓換熱器的換熱管與管板焊縫焊腳高度(見表4)均不符合設(shè)計要求。焊縫高度不夠，有效工作截面減少，焊接接頭強度降低，對于經(jīng)常受到蒸汽沖擊的高壓加熱器長周期穩(wěn)定運行影響很大。

表4 焊縫焊腳高度測量結(jié)果

注：管束外徑15.80 mm，內(nèi)徑11.62 mm，壁厚2.09 mm，焊接厚度≥2.926 mm(壁厚的1.4倍)。

(4)樣品檢測結(jié)果分析。

根據(jù)樣品檢測結(jié)果，焊接接頭中有未熔合與未焊透缺陷，這兩種缺陷主要是由焊接時底層焊縫焊接電流偏小導(dǎo)致的。這是兩種不允許出現(xiàn)的焊接缺陷，不符合文獻[1]中B3.2要求。大部分焊接厚度不符合文獻[1]中B3.2要求；個別焊接接頭的焊縫熱影響區(qū)發(fā)現(xiàn)了韌性差的上貝氏體組織，這主要是由接頭焊接完成后焊接接頭冷卻速度控制不當導(dǎo)致的。

3 結(jié)語

從以上結(jié)果看，雖然從設(shè)計上符合相關(guān)標準的要求，但是在制造過程中未能控制好焊接質(zhì)量，導(dǎo)致焊角高度不夠，存在未熔合、未焊透等缺陷；脹管工藝不當，也會影響加熱器的長周期穩(wěn)定運行。以上缺陷是造成管板和換熱管連接焊縫處泄漏的主要原因。