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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，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＃4除氧器水箱封頭的鼓包情況，分析了鼓包產生的原因，并提出了建議。
關鍵詞：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。2001年7月,150發(fā)電廠＃4機組大修，在對除氧器進行定期檢驗時，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規(guī)定》（以下簡稱安全規(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、無修復價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行了更換處理。截止2001年7月檢修時，總運行時間為19.5萬
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(guī)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，進行進一步檢驗。經測量最大突出量24 mm，呈橢圓狀，面積最大處長軸約500
mm、短軸約350 mm，鼓包出現位置有如下規(guī)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附近，多數位于鋼板母材上，個別位于拼接焊縫上，分布位置見圖1。
對北封頭，拆除保溫層進行了檢查，面積較大且突出量較大的有11處；對南封頭3個明顯的鼓包進行了測量，具體尺寸見表1。
對除氧器水箱進行了壁厚測量，筒體壁厚約10
mm，實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行了現場金相檢驗，組織為珠光體＋鐵素體，未見異常。鑒于本除氧器鼓包突出高度嚴重超出了安全規(guī)定標準，且設計材質為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（南封頭無鼓包處）共4組試樣，每組試樣分別有3個橫向拉伸試樣、3個縱向拉伸試樣、3個橫向沖擊試樣、3個縱向沖擊試樣和1個化學分析試樣。
GB 700-1965規(guī)定，A3鋼是堿性平爐冶煉的第3種強度等級的甲類鋼，它按力學性能供應，要求保證抗拉強度和延伸率，其它指標（如化學成分、沖擊韌性等）未做規(guī)定。
2.1化學分析
對M、K、X、P
4個試樣進行了化學分析，分析結果見表2�？梢钥闯�，4個試樣的化學成分符合GB
700-1979規(guī)定的A3鋼標準，排除了因化學成分不合格產生鼓包的可能性。
2.2力學性能試驗
力學性能試驗結果見表3
。可以看出，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(guī)定的下限。但在此除氧器制造時,
GB 700-1965對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生鼓包的原因。排除了因材質性能不合格產生鼓包的可能性。
2.3金相分析
對封頭鼓包處和未鼓包處進行了金相檢驗， M、P試樣組織均為鐵素體＋珠光體,
區(qū)別不大,見圖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。
3強度計算
除氧器水箱的規(guī)格：ø11
800 mm×3 000 mm×10 mm，材質為A3F鋼，最高工作溫度t為158
℃，最高工作壓力Pc為0.58
MPa。
3.1除氧器封頭強度計算
δ計=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，查表得到的許用應力值；Di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≤hn/Di≤0.35,取值為0.1δ計。
c = 1.0+0.1δ計=1.78
mm
封頭壁厚δmin≥δ計+c=7.79+1.78=9.57
mm≤12mm,
封頭壁厚滿足設計要求。
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δmin≥δ計+c
= 7.81+1.0 = 8.81 mm≤10 mm
，筒體壁厚滿足設計要求。
4缺陷產生原因分析
根據材料的化學成分、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，經查記錄，此除氧器在運行過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生鼓包的最主要原因。
5建議
150發(fā)電廠的4臺除氧器材質均為A3F鋼，在河北省電力系統內，還有十幾臺A3F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為A3F的除氧器的檢驗。除氧器定期檢驗時應加強對關鍵部位，如封頭、關鍵焊口、大開口補強區(qū)的檢查，尤其與原始設計有差異時更應注意。
b. 定期校驗壓力容器的安全閥，防止超壓、超溫運行。
c.
老壓力容器技術資料（如合格證、竣工圖、強度核算書、安全閥排放量核算書、安全附件資料）不全現象普遍存在，無法及時發(fā)現存在的問題，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規(guī)定［S］.
［2］GB 150-1998,鋼制壓力容器［S］.
［3］GB 700-1988，碳素結構鋼技術條件［S］.
［4］GB 700-1979，碳素結構鋼技術條件［S］.
［5］GB 700-1965，普通碳素鋼［S］.
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