降低高加過熱段外包殼變形的工藝措施

高潔(東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司，四川 德陽 618000)

0 引言

常規火電高壓加熱器(簡稱“高加”)過熱段外包殼在裝配過程中，易產生變形，形成的間隙會產生過熱蒸汽泄漏，使得高加的換熱效果變差，影響高加的運行性能。

1 高加過熱段外包殼作用

高加是電站輔機產品中的主打產品。高加傳熱方式一般為：過熱—凝結—疏水三級。高加過熱段分為：過熱段外包殼、過熱段包殼兩部分。外包殼位于高加過熱段上部。過熱段外包殼的作用：當過熱段蒸汽通過蒸汽進口管進入高加過熱段包殼內傳熱，過熱段外包殼起著密封的作用，使過熱蒸汽不能直接與管束筒體接觸，同時它還起著引導的作用，使過熱段蒸汽引流到過熱段頂板孔內，很好地達到高加的換熱效果[1]。

2 過熱段外包殼產生變形的危害

過熱段外包殼結構一直采用焊接成形來實施，整個組件長度長，焊接量大，焊接過程變形不易控制，且變形后不易校正。當過熱段外包殼產生變形，在電廠運行時容易產生過熱蒸汽泄漏，將影響高加的換熱效率。同時當過熱段外包殼產生變形，尺寸出現偏差的時候，會影響到過熱段外包殼與過熱段筒節間隙，也嚴重影響到下部過熱段包殼的裝配尺寸[2]。

3 過熱段外包殼變形原因分析

對過熱段外包殼的結構進行分析，找出過熱段外包殼產生變形原因：因為外包殼組件由過熱段外弧板、側板、頂板四個零件組成(如圖1所示)，整個組件由于不銹鋼板薄(δ10)、數量多(4 條)、焊接量4 條焊縫，每條均為一米多長，即使焊高6 mm，由于焊接熱輸入量大，焊接時變形非常大。在生產時組件的一次裝焊合格率僅30% 。

圖1 過熱段外包殼結構圖

4 過熱段外包殼工藝優化，降低變形

為了提高過熱段外包殼裝焊質量，將過熱段外包殼裝焊一次合格率提高到70% ，將過熱段外包殼變形控制在3 mm 范圍內。對過熱段外包殼結構及工藝進行分析：過熱段外包殼產生的變形主要是由于它自身的結構型式和組件為不銹鋼板薄、焊接量輸出量大等原因產生。要降低高加外包殼組件變形，必須對現有高加過熱段外包殼工藝進行了優化。

4.1 改變過熱段外弧板與側板焊接變形的問題

要減少過熱段外弧板與側板焊接變形量的關鍵是盡量減少焊接量，而要減少焊接量就要盡可能采取整體彎曲成形結構形式，從而達到減少焊縫的目的。過熱段外弧板+側板組件(如圖2所示)材質為0Cr18Ni9 ，該材質為奧氏體不銹鋼板，具有良好的較為均衡的彎曲性能，塑性好，成形好，回彈小，彎曲角度容易保證，不易產生裂紋。故圖2中的過熱段外包殼和過熱段側板若改為如圖3所示的整體結構，減少了焊接量即減小焊接變形。采取壓制將整個零件整體成型就可以減少變形。

圖2 過熱段外弧板+側板焊接形式

圖3 過熱段外弧板+側板整體壓制形式

在不影響設計性能及設計尺寸的前提下，將此零件分解成由四個彎角和一段圓弧組成(如圖3所示)，圓弧部分采用卷制，四個角壓制成型。壓制時工件下料為帶直邊弧板(如圖4所示)，由于材料成形好，主要考慮壓制的順序問題。考慮到壓制時工件與設備產生干涉的因素，四個角的壓制順序：先壓制2 個外角，再壓制2 個內角。

圖4 零件壓制前下料圖

4.2 降低蒸汽進口側對管束沖擊和震動，優化過熱段頂板結構

在整個組件里面，由于過熱段頂板產生的變形也不少。過熱段頂板直接面對蒸汽進口管的蒸汽，它起到了防沖刷的作用。根據電廠反饋情況，很多高加泄漏位置正好處在過熱段頂板的凹槽蒸汽進口部位，過熱段第一、二排管子直接受到過熱段蒸汽的沖刷，工況惡劣，管子振動大。

降低過熱段頂板變形，須對它的工況及高加蒸汽面積進行分析。根據流體力學理論，對原來過熱段頂板取消了凹的部分，兩端凹部分不再與管束遮熱板相焊，減少了兩條焊縫。同時加大了蒸汽進入管束的面積，通過計算，發現優化后的高加蒸汽進口面積比原來高加蒸汽進口面積面積增大了35.1% ，按柏努利的原理，即通過過熱段頂板的優化，蒸汽進入管系的面積增大了35.1% ，流過的過熱蒸汽流速就會減小，動能(?MV2)減小，動量(MV)也就減少，動量減少說明蒸汽對換熱管的沖擊減小。蒸汽對換熱管的沖擊減小，蒸汽對外層換熱管的振動就減小。當增大蒸汽進口面積后，動能減小后，按柏努利的原理，靜壓就增加了，也就增大了對換熱管的靜壓，也就減小了換熱管的壓差。這對保護換熱管十分有利。對過熱段頂板結構進行優化，改為T型板過熱段頂板。

4.3 一種新的過熱段頂板與過熱段外包殼焊接結構及工藝

從圖1傳統的過熱段外包殼組件焊接圖可以看出，過熱段外包殼與過熱段頂板焊接采用角接的焊接形式，焊接高度6 mm，且A、B兩端焊接長度為165 mm， A、B兩端受蒸汽沖擊，如焊縫有缺陷時，焊縫會被破壞，并使得A、B端上下運動，會對過熱段頂板下面的換熱管造成損傷，造成換熱管爆管現象。通過新結構的優化，巧妙的利用新型過熱段外弧板+側板整體壓制件的R處與新型的T型過熱段頂板焊縫結成對接焊縫(如圖5所示)。對接焊接比角接焊縫能承受更大的剪應力，同時新型的頂板去除了原來的A、B端，可以直接面對蒸汽的沖擊，對接焊縫采用CO2氣體保護焊，焊接材料為：焊絲ER309L1-1，角接采用的是手工焊，焊接材料為：焊條A307φ3.2，采用對接方式，及 CO2焊絲，這種結構更牢固了，而且可以有效防止不銹鋼變形。

圖5 新型過熱段外包殼組件焊接形式

5 結語

一種新的過熱段外包殼結構及工藝：

(1) 過熱段外弧板+側板焊接變為整體壓制，降低了焊縫數量及焊后變形，減少蒸汽泄漏，提高高加換熱效率，有利于電廠節能；

(2) 一種新的過熱段頂板結構T型式同時巧妙利用過熱段外弧板+側板整體壓制形成的R與過熱段頂板組成對接焊縫，并從手工焊改為CO2氣體保護焊，從采用奧氏體焊條改為不銹鋼焊絲，有效降低了其焊接變形以及對后續隔板裝配帶來的影響，不再產生換熱管泄漏，頂板直接面對蒸汽的沖擊更牢固。

過熱段外包殼組件的工藝改進有效地提高了過熱段外包殼組件裝焊質量，過熱段外包殼組件的焊接變形得到有力的控制，高加的過熱蒸汽泄漏現象得到很好的解決，高加運行性能提高。在提高了產品運行性能及質量的前提下，優化后的過熱段外包殼組件的加工制造工序及時間比以優化前的過熱段外包殼組件減少，社會效益和經濟效益顯著。該成果迄今已經在幾百臺高加上得了了運用，困擾多年的高加過熱段外包殼變形的難題達到了很好的解決。