三角加強圈結(jié)構(gòu)壓力式旋膜式除氧器水箱缺陷的檢驗與處理

     介紹了吉林省某電廠2號旋膜式除氧器的泄漏情況、檢驗與修復(fù)方法,由于采用了不合理的三角形加強圈,加強圈焊接工藝不合理,實際壁厚低于滿負荷情況下的壁厚要求,導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生并泄漏,對檢驗中發(fā)現(xiàn)的裂紋消除后,用電焊補焊,經(jīng)檢驗沒有發(fā)現(xiàn)缺陷,提出了該旋膜式除氧器的運行監(jiān)控措施。
     20世紀80年代我國發(fā)生過多起旋膜式除氧器水箱爆破事故,造成人員傷亡。目前國內(nèi)一些在用老舊機組的旋膜式除氧器是20世紀80年代制造、投運,一直在運行中。這一類旋膜式除氧器一般具有如下特點:運行時間長,一般都在30年以上,目前都是超期服役運行;旋膜式除氧器水箱存在三角形加強圈等結(jié)構(gòu)不合理;運行中出現(xiàn)過泄漏等現(xiàn)象且無法正常處理。這類旋膜式除氧器的檢驗與缺陷處理存在較大的難度,下面介紹一起帶有三角支撐結(jié)構(gòu)的壓力式旋膜式除氧器缺陷檢驗與處理。
1、泄漏情況
     吉林省某電廠2號旋膜式除氧器1987年制造,設(shè)計壓力0.6MPa,設(shè)計溫度160℃,容器內(nèi)徑3000mm,主體材質(zhì)質(zhì)量20g,筒體壁厚10mm,換熱面積為74.34m2,工作介質(zhì)為蒸汽和水,1988年1月投入運行,系統(tǒng)是母管制,旋膜式除氧器在運行期間水位波動較大。2003年起該臺旋膜式除氧器陸續(xù)出現(xiàn)泄漏,至2009年9月共計9次,具體如下。
     a.2003年9月9日,漏點位置在水箱南側(cè),經(jīng)著色探傷確定泄漏源為裂紋,在水箱外部長度為20mm,位于西側(cè)數(shù)二環(huán)縫加強筋上。
     b.2006年5月15日,漏點位置位于水箱南側(cè)靠近西側(cè)端頭2條環(huán)縫西540mm,距縱縫60mm,對應(yīng)水箱內(nèi)部西數(shù)1條三角支架支撐點前側(cè),打磨發(fā)現(xiàn)裂紋向上達到100mm,將裂紋全部磨掉補焊。
     c.2006年6月16日和2006年11月15日,水箱南側(cè)發(fā)現(xiàn)漏點,進行表面補焊。
     d.2008年6月2日,水箱漏水,采取補焊處理。
     e.2009年7月27日,水箱南側(cè)距離東部支架1015mm距離地面1950mm發(fā)現(xiàn)裂紋,長度80mm,挖補后補焊處理。
     f.2009年8月17日,補焊焊口下部出現(xiàn)裂紋,裂紋長110mm,挖補后補焊處理。
     g.2009年8月21日,水箱南側(cè)距離西側(cè)支架300mm,距離地面860mm處有圓形缺陷引起泄漏,補焊處理。
     h.2009年9月7日,水箱北側(cè)出現(xiàn)長度為300mm裂紋,進行挖補、補焊處理。
2、檢驗項目
     主要依據(jù)TSGR7001—2004《壓力容器定期檢驗規(guī)則》、原能源部1991年頒發(fā)的《電站壓力式旋膜式除氧器安全技術(shù)規(guī)定》、《電站壓力式旋膜式除氧器安全技術(shù)規(guī)定編制說明》進行檢驗。
2.1技術(shù)資料審查
     缺少設(shè)計資料,尤其沒有圖紙、設(shè)計安裝說明和計算書,不符合TSGR7001—2004的相關(guān)規(guī)定。
2.2宏觀檢驗
     采取相關(guān)的安全措施之后,進行內(nèi)外部宏觀檢驗,發(fā)現(xiàn)問題及處理意見如下:水箱底部有淤泥等雜物,應(yīng)該予以清除;2只安全閥,均設(shè)在了水箱上,而《電站壓力式旋膜式除氧器安全技術(shù)規(guī)定》2.4.1條規(guī)定:每臺旋膜式除氧器配置的安全閥不少于2只,應(yīng)分別直接安裝在除氧頭和給水箱上,所以該安全閥的設(shè)置不符合要求;加強圈焊縫單個長度低于200mm,短的僅為50mm,在旋膜式除氧器水箱筒體內(nèi)部,共有6處加強圈采用三角形結(jié)構(gòu),其中西側(cè)1、2條環(huán)形加強圈與筒體連接焊縫水線以下部分開裂。
2.3無損檢測
     對容器環(huán)、縱焊縫和部分出現(xiàn)過泄漏的筒體進行無損檢測,未發(fā)現(xiàn)超標缺陷;在水箱內(nèi)部對水線以下加強圈與筒體焊縫進行滲透檢驗,西數(shù)二環(huán)縫發(fā)現(xiàn)2處裂紋,南側(cè)中心線偏下位置1處長約110mm裂紋,沿熔合線分布,已經(jīng)裂到母材;底部中間原來補焊位置1處長70mm裂紋,沿熔合線分布,已經(jīng)裂到母材;實測筒體的小壁厚為9.5mm。
     綜合以上情況,該臺旋膜式除氧器的安全級別為4級,需要對缺陷進行處理并監(jiān)控使用。
3、缺陷原因分析
3.1采用了不合理的三角形加強圈
     2號高壓旋膜式除氧器水箱出現(xiàn)泄漏的部位均在三角形加強圈附近。根據(jù)《電站壓力式旋膜式除氧器安全技術(shù)規(guī)定》2.3.9條規(guī)定:加強圈應(yīng)采用軸慣性矩大、制造方便的截面形狀,不宜采用帶三角形支撐的加強圈,主要是由于三角形支撐的剛度太大,約束了給水箱的連續(xù)變形,造成應(yīng)力集中,這種應(yīng)力一般是縱向應(yīng)力較大。滿水情況下高應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)在加強圈上,大應(yīng)力在三角支撐的頂部。該臺壓力容器所在的熱力系統(tǒng)是母管制,因此水位經(jīng)常有較大的波動,在三角支撐的約束下,也產(chǎn)生了較大的應(yīng)力變化。
3.2加強圈焊接工藝不合理
     西側(cè)1、2條環(huán)形加強圈與筒體連接焊縫水線以下部分開裂�！峨娬緣毫κ叫�膜式除氧器安全技術(shù)規(guī)定》2.3.9條規(guī)定:加強圈與給水箱筒體之間宜采用均勻交錯斷續(xù)焊接,不宜采用滿焊結(jié)構(gòu)。加強圈每側(cè)間斷焊縫總長度不應(yīng)少于給水箱內(nèi)圓周長的1、3,焊縫的間距不大于給水箱壁厚12倍,每條間斷焊縫的長度不宜小于200mm。
     實際檢驗發(fā)現(xiàn)加強圈焊縫的設(shè)置不符合規(guī)程要求,加強圈焊縫單個長度短的僅為50mm,這種連接焊縫造成了加強圈焊縫沒有起到足夠的連接作用。在啟停機或者是水位波動大的情況下,無法承受足夠大的應(yīng)力,檢驗中還發(fā)現(xiàn)三角支撐結(jié)構(gòu)的支撐點形成較大的應(yīng)力。西側(cè)1、2條環(huán)形加強圈與筒體連接焊縫水線以下部分開裂,與焊接質(zhì)量差有很大的關(guān)系。
3.3壁厚低于滿負荷情況下的壁厚要求
     根據(jù)TSGR7001—20044章25條(10)的規(guī)定:結(jié)構(gòu)不合理,并且已發(fā)現(xiàn)嚴重缺陷,因此需要進行壁厚強度校核。
     旋膜式除氧器水箱筒體的小壁厚Dmin計算公式為:Dmin=〔2[Dt<ip〕+C1+C2(1)式中:p為旋膜式除氧器設(shè)計工作壓力,取0.6MPa;Di為旋膜式除氧器水箱內(nèi)徑,取3000mm;[R]t為設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力,該材質(zhì)設(shè)計溫度160℃下的許用應(yīng)力為123MPa;<為焊縫系數(shù),取0.85;C1為鋼板設(shè)計負偏差,取0.8mm;C2為腐蝕余量,取1.6mm。
     將上述數(shù)據(jù)帶入(1)式中,得到Dmin=11.03mm。實際測量的小壁厚Dmin=9.5mm,表明實際壁厚低于滿負荷情況下的壁厚要求。
     根據(jù)公式(1)的計算結(jié)果,實測壁厚低于小壁厚,需要重新調(diào)整運行壓力,按照溫度不變定壓運行考慮,運行大壓力pmax計算公式為:2Dmin[R]t(Dmin-C1-C2)Di+Dmin-C1-C2將數(shù)據(jù)帶入(2)式,得到pmax=0.494MPa因此,運行時的大壓力不應(yīng)超過0.494MPa。
4、補焊處理
     經(jīng)檢驗確定裂紋全部消除后,用電焊補焊,檢驗合格后回裝割下的加強筋,焊接工藝如下。
     a.坡口形式要能保證焊接質(zhì)量、填充金屬盡量少,減少焊接應(yīng)力和變形,坡口形狀采用V形坡口。坡口及補焊周圍10mm內(nèi)用磨光機對表面清理,露出金屬光澤,并不得有油污和銹垢等。
     b.用ZX7-400逆變式電焊機、E5015電焊條補焊,焊條380℃烘干1h,取出放在焊條保溫筒內(nèi)隨用隨取,貫穿性缺陷采用單面焊雙面成形的焊接方法補焊。
     c.層焊縫選用直徑<3.2mm焊條,電流強度90～110A,保證焊縫與母材融合良好;次層焊縫采用<3.2mm焊條,電流強度110～120A,多層多道焊接方法,收弧時應(yīng)待弧坑填滿后熄弧,確認無缺陷后方可繼續(xù)進行層次焊縫的補焊工作。焊縫緩冷后采用機械加工方法使焊縫表面與母材圓滑過渡。
     d.質(zhì)量檢驗包括外觀檢驗和無損檢驗。補焊后清除焊渣、焊瘤和飛濺物等,金屬表面應(yīng)平整并平滑過渡到母材,補焊處不允許存在裂紋、未熔合、氣孔、夾渣等缺陷,對補焊區(qū)進行無損檢驗合格。
     對檢驗中發(fā)現(xiàn)的裂紋挖補,按照上述工藝補焊,對補焊區(qū)域在焊接24h后檢驗沒有發(fā)現(xiàn)缺陷。
5、監(jiān)控措施
     a.2號旋膜式除氧器實測小壁厚9.5mm,經(jīng)過校核,低于滿足大設(shè)計工作壓力0.6MPa下的小壁厚10mm,需要在運行期間控制大工作壓力不超過0.494MPa。
     b.啟停期間,控制壓力和溫度升降速度,盡量保持水位穩(wěn)定,避免較大振動,防止局部形成較大的應(yīng)力。
     c.結(jié)合機組檢修,在下一次安全性能檢驗期間做好壁厚測量、內(nèi)部結(jié)構(gòu)件連接處焊縫質(zhì)量的宏觀檢查,特別是存在超壓和振動較大的情況下要做好內(nèi)部檢查,發(fā)現(xiàn)缺陷及時處理。