特種設備定期檢驗案例分析及建議

王國冠 孟祥成 柴健

遼寧調兵山煤矸石發電有限責任公司 遼寧鐵嶺 112700

高壓加熱器（以下簡稱：高加）是火力發電廠的主要輔助設備，也是特種設備之一。其管程為鍋爐給水，殼程為過熱蒸汽及凝結水。利用汽輪機做功后的過熱蒸汽，對鍋爐給水進行加熱，減少熱損失，對于降低能耗，提高火電廠熱效率和經濟利潤起著重要作用[1]。

在定期檢驗高加時，如發現裂紋缺陷，則電廠職工及設備安全將受到嚴重影響。為此，本文論述高加缺陷情況，及其處理過程和結果，旨在為高加定期檢驗工作提供借鑒，提高電廠設備安全運行水平。

1 設備概況

某發電公司2號機組3#高壓加熱器于2011年12月投產使用，2012年進行第一次定期檢驗，安全狀態等級評為I級。2018年進行的第二次定期檢驗，在檢驗時發現裂紋缺陷，嚴重影響電廠職工及設備安全。

該設備主要技術特征：內徑1400mm，壁厚18/16mm；重量29100kg；換熱面積885m2；結構形式為臥式；設計壓力管程為28.05MPa，殼程為2.07MPa；設計溫度管程215℃，殼程470℃；工作介質管程為水，殼程為水蒸汽、水。

高加結構為U形管式換熱器，水室與管板為20MnMo鍛件，殼體為SA516Gr70碳鋼板卷制對焊而成，與管板對接的短節筒體壁厚為18mm，其余筒節和封頭壁厚為16mm，封頭型式為半球形。

2 檢驗及問題的發現

按照《固定式壓力容器安全技術監察規程》要求，2018年2號機組檢修時對3#高加進行了定期檢驗。

無損檢測人員選用了超聲波檢測和磁粉檢測方法，在高加管板與短節筒體間焊縫，先采用了磁粉檢測方法發現有不連續裂紋5段，長度分別為30mm、15mm、50mm、30mm、15mm。經打磨后，仍有2段裂紋清晰可見，且連到了一起，打磨深度約為5mm，長度約為150mm，此處焊縫又進行了超聲波檢測，發現深度在15mm左右的位置有條形缺陷，長度為300mm。

3 缺陷處理的過程

為返修處理好高加管板與短節筒體間焊縫裂紋缺陷，查找了高加質量證明書，明確了材質、規格、焊縫坡口形式，并安排有資質的單位對3#高加環焊縫H1外表面進行返修處理，具體返修位置，詳見圖1。

圖1 3#高壓加熱器返修位置示意圖

3.1 缺陷的清除

對缺陷處采用砂輪機打磨方式去除缺陷，打磨過程中保證打磨區域圓滑過渡，打磨至目視檢測無缺陷后，進行磁粉檢測，若還有缺陷顯示，則每打磨約1-2mm深度后再進行一次磁粉檢測，直至消除缺陷為止。磁粉檢測按NB/T47013.1、NB/T47013.4，I級為合格[2]。

3.2 打磨后補焊

焊接必須由相應項目考試合格的焊工擔任。采用焊條電弧焊進行補焊，所有焊條在焊前須按說明書所示溫度、保溫時間進行烘焙，隨后在100℃溫度下保溫，現場焊接時，焊條應放置在保溫桶內，隨用隨取。風速須≤10m/s方可施焊，環境相對濕度≥90%時應禁止施焊。補焊前應對始焊處100mm范圍內進行≥100℃的預熱，焊接采用J507焊條，規格為3.2mm或4.0mm。焊接電流大小為90-130A（3.2mm）或130-170A（4.0mm），焊接過程中應控制層間溫度≤300℃。焊后應立即進行250-350℃/1h的后熱處理，方可冷卻至室溫。

3.3 補焊后探傷

補焊后做磁粉和超聲波檢測，磁粉按磁粉檢測按NB/T47013.1、NB/T47013.3，I級為合格。超聲波檢測按NB/T47013.1、NB/T47013.4，II級為合格。

3.4 焊后熱處理

無損探傷合格后，對補焊焊縫采用履帶式電加熱，進行局部后熱處理，加熱帶外側用保溫材料覆蓋保溫，加熱帶環繞整圈焊縫的全周，保溫期間，加熱區內最高與最低溫度之差應控制在規定的范圍內。熱處理完成24h后，再進行一次無損探傷復檢，并重新進行水壓試驗。焊縫兩側加熱寬度各向外延伸至少100mm，保溫時間最少為15min。

4 預防措施

4.1 缺陷機制探析

某發電公司每臺機組，共計3臺高壓加熱器。其中，3#高加選用的是不兼作法蘭的管板結構，在本次無損檢測中被發現管板與短節筒體間焊縫多處條形缺陷（圖2）；而1#、2#高加選用的是延長部分兼作法蘭的管板結構（圖3），采用同樣的無損檢測方法，未發現缺陷。

圖3 延長部分兼作法蘭的管板結構

圖2 不兼作法蘭的管板結構

一方面3#高加管板側與筒體側存在溫差，管板厚，剛度較大，筒體受內壓和溫度后有一定的周向膨脹變形，使該k型接頭處存在較大內應力，同時有應力集中疊加，因此該處應力大；另一方面，機組參與調峰，并且流化床機組年啟停次數較多，該k型接頭承受疲勞載荷，是該處出現裂紋的主要原因之一。

4.2 建議性預防措施

基于3#高加管板與短節筒體間焊縫缺陷發生機理探析及1#、2#高加無缺陷的經驗，可知延長部分兼作法蘭的管板結構形式的焊接接頭內應力較小。故根據熱交換器GB/T151-2014管板與管箱、殼體的焊接連接要求，并結合機組參與調峰、啟停次數較多等特點，建議亦選用1#、2#高加的延長部分兼作法蘭的管板結構，對3#高加實施技術改造，即可避免和清除管板與短節筒體間焊縫缺陷，預防安全隱患[3]。