三角加強圈結構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構不合理;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構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,設計壓力0.6MPa,設計溫度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,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靠近西側端頭2條環(huán)縫西540mm,距縱縫60mm,對應水箱內(nèi)部西數(shù)1條三角支架支撐點前側,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,水箱南側距離西側支架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規(guī)定》、《電站壓力式旋膜式除氧器安全技術規(guī)定編制說明》進行檢驗。
2.1技術資料審查
     缺少設計資料,尤其沒有圖紙、設計安裝說明和計算書,不符合TSGR7001—2004的相關規(guī)定。
2.2宏觀檢驗
     采取相關的安全措施之后,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,應該予以清除;2只安全閥,均設在了水箱上,而《電站壓力式旋膜式除氧器安全技術規(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,應分別直接安裝在除氧頭和給水箱上,所以該安全閥的設置不符合要求;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構,其中西側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規(guī)定》2.3.9條規(guī)定:加強圈應采用軸慣性矩大、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,造成應力集中,這種應力一般是縱向應力較大。滿水情況下高應力區(qū)出現(xiàn)在加強圈上,大應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)生了較大的應力變化。
3.2加強圈焊接工藝不合理
     西側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,不宜采用滿焊結構。加強圈每側間斷焊縫總長度不應少于給水箱內(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力,檢驗中還發(fā)現(xiàn)三角支撐結構的支撐點形成較大的應力。西側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:結構不合理,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為設計溫度下的許用應力,該材質(zhì)設計溫度160℃下的許用應力為123MPa;<為焊縫系數(shù),取0.85;C1為鋼板設計負偏差,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力。
     c.結合機組檢修,在下一次安全性能檢驗期間做好壁厚測量、內(nèi)部結構件連接處焊縫質(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。