高壓加熱設備泄漏原因

王光軍

(杭州電化集團有限公司，浙江 杭州 311228)

高壓加熱設備是氯堿企業配套火力發電廠回熱系統中的重要設備。利用該設備向加熱鍋爐給水，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。某氯堿企業火力發電廠采購了1臺高壓加熱設備，但是使用后不久，管板就發生泄漏，對生產造成了嚴重影響。下面從設計、制造等方面分析其泄漏原因。

1 高壓加熱設備結構及工作原理

1.1 結構

高壓加熱設備主要包括：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

采用二段式傳熱結構，分為凝結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，內設隔板，使蒸汽以一定的流速和方向流經傳熱面，保證蒸汽離開該段時呈干燥狀態。該段設在高壓加熱設備給水的出口部位。來自過熱蒸汽冷卻段帶有一定過熱度的飽和蒸汽從兩側沿管系向心流進整個凝結段管束，在凝結段和給水間進行熱交換，用蒸汽凝結時放出的汽化潛熱加熱給水。

2 泄漏原因分析

(1)查看根據換熱管與管板連接結構圖，高壓加熱器管板連接結構設計符合文獻[1]中5.8.4的規定。管板開孔數量(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寬度(測量結果如表1所示)均符合文獻[1]中表51及文獻[3]中表3規定。經計算，管板與換熱管連接的拉脫應力小于許用拉脫力。故換熱管與管板連接的設計符合要求。

(2)查閱圖紙及壓力容器產品質量證明書，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 孔橋寬度測量結果Table 1 Measurement results of bridging width mm

根據文獻[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。

根據脹接內徑測量結果(如表2所示)，計算高壓加熱器換熱管脹度(如表3所示)。

表2 脹接內徑測量結果

表3 高壓加熱器換熱管脹度計算結果

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。查閱壓力容器產品質量證明書，16MⅢ材質(加熱器管板材質)的管板硬度值為152HB，20G材質的換熱管硬度值未提供。一般情況下，20G材質(加熱器換熱管材質)的換熱管未經熱處理硬度值≤156HB。脹接時，管板硬度應大于換熱管硬度，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，應對換熱管端部進行退火熱處理，但圖紙和質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力也較大，如果未進行消除應力熱處理，對于經常受到蒸汽沖擊的高壓加熱器的長周期穩定使用是不利的。

(3)焊接表面質量。

根據高壓加熱器管束圖，換熱管與管板連接結構上焊縫焊腳高度(伸出管板部分)為4 mm。從測量結果看，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，對于經常受到蒸汽沖擊的高壓加熱器長周期穩定運行影響很大。

表4 焊縫焊腳高度測量結果

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

(4)樣品檢測結果分析。

根據樣品檢測結果，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致的。這是兩種不允許出現的焊接缺陷，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發現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致的。

3 結語

從以上結果看，雖然從設計上符合相關標準的要求，但是在制造過程中未能控制好焊接質量，導致焊角高度不夠，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。