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(tuán)東方鍋爐股份有限公司，四川 德陽 618000)

0 引言

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

1 高加過熱段外包殼作用

高加是電站輔機(jī)產(chǎn)品中的主打產(chǎn)品。高加傳熱方式一般為：過熱—凝結(jié)—疏水三級(jí)。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(dāng)過熱段蒸汽通過蒸汽進(jìn)口管進(jìn)入高加過熱段包殼內(nèi)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(shí)它還起著引導(dǎo)的作用，使過熱段蒸汽引流到過熱段頂板孔內(nèi)，很好地達(dá)到高加的換熱效果[1]。

2 過熱段外包殼產(chǎn)生變形的危害

過熱段外包殼結(jié)構(gòu)一直采用焊接成形來實(shí)施，整個(gè)組件長(zhǎng)度長(zhǎng)，焊接量大，焊接過程變形不易控制，且變形后不易校正。當(dāng)過熱段外包殼產(chǎn)生變形，在電廠運(yùn)行時(shí)容易產(chǎn)生過熱蒸汽泄漏，將影響高加的換熱效率。同時(shí)當(dāng)過熱段外包殼產(chǎn)生變形，尺寸出現(xiàn)偏差的時(shí)候，會(huì)影響到過熱段外包殼與過熱段筒節(jié)間隙，也嚴(yán)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(duì)過熱段外包殼的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，找出過熱段外包殼產(chǎn)生變形原因：因?yàn)橥獍鼩そM件由過熱段外弧板、側(cè)板、頂板四個(gè)零件組成(如圖1所示)，整個(gè)組件由于不銹鋼板薄(δ10)、數(shù)量多(4 條)、焊接量4 條焊縫，每條均為一米多長(zhǎng)，即使焊高6 mm，由于焊接熱輸入量大，焊接時(shí)變形非常大。在生產(chǎn)時(shí)組件的一次裝焊合格率僅30% 。

圖1 過熱段外包殼結(jié)構(gòu)圖

4 過熱段外包殼工藝優(yōu)化，降低變形

為了提高過熱段外包殼裝焊質(zhì)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(nèi)。對(duì)過熱段外包殼結(jié)構(gòu)及工藝進(jìn)行分析：過熱段外包殼產(chǎn)生的變形主要是由于它自身的結(jié)構(gòu)型式和組件為不銹鋼板薄、焊接量輸出量大等原因產(chǎn)生。要降低高加外包殼組件變形，必須對(duì)現(xiàn)有高加過熱段外包殼工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

4.1 改變過熱段外弧板與側(cè)板焊接變形的問題

要減少過熱段外弧板與側(cè)板焊接變形量的關(guān)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(jié)構(gòu)形式，從而達(dá)到減少焊縫的目的。過熱段外弧板+側(cè)板組件(如圖2所示)材質(zhì)為0Cr18Ni9 ，該材質(zhì)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(chǎn)生裂紋。故圖2中的過熱段外包殼和過熱段側(cè)板若改為如圖3所示的整體結(jié)構(gòu)，減少了焊接量即減小焊接變形。采取壓制將整個(gè)零件整體成型就可以減少變形。

圖2 過熱段外弧板+側(cè)板焊接形式

圖3 過熱段外弧板+側(cè)板整體壓制形式

在不影響設(shè)計(jì)性能及設(shè)計(jì)尺寸的前提下，將此零件分解成由四個(gè)彎角和一段圓弧組成(如圖3所示)，圓弧部分采用卷制，四個(gè)角壓制成型。壓制時(shí)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(shí)工件與設(shè)備產(chǎn)生干涉的因素，四個(gè)角的壓制順序：先壓制2 個(gè)外角，再壓制2 個(gè)內(nèi)角。

圖4 零件壓制前下料圖

4.2 降低蒸汽進(jìn)口側(cè)對(duì)管束沖擊和震動(dòng)，優(yōu)化過熱段頂板結(jié)構(gòu)

在整個(gè)組件里面，由于過熱段頂板產(chǎn)生的變形也不少。過熱段頂板直接面對(duì)蒸汽進(jìn)口管的蒸汽，它起到了防沖刷的作用。根據(jù)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(jìn)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(dòng)大。

降低過熱段頂板變形，須對(duì)它的工況及高加蒸汽面積進(jìn)行分析。根據(jù)流體力學(xué)理論，對(duì)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(shí)加大了蒸汽進(jìn)入管束的面積，通過計(jì)算，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的高加蒸汽進(jìn)口面積比原來高加蒸汽進(jìn)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(yōu)化，蒸汽進(jìn)入管系的面積增大了35.1% ，流過的過熱蒸汽流速就會(huì)減小，動(dòng)能(?MV2)減小，動(dòng)量(MV)也就減少，動(dòng)量減少說明蒸汽對(duì)換熱管的沖擊減小。蒸汽對(duì)換熱管的沖擊減小，蒸汽對(duì)外層換熱管的振動(dòng)就減小。當(dāng)增大蒸汽進(jìn)口面積后，動(dòng)能減小后，按柏努利的原理，靜壓就增加了，也就增大了對(duì)換熱管的靜壓，也就減小了換熱管的壓差。這對(duì)保護(hù)換熱管十分有利。對(duì)過熱段頂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)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(jié)構(gòu)及工藝

從圖1傳統(tǒng)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(zhǎng)度為165 mm， A、B兩端受蒸汽沖擊，如焊縫有缺陷時(shí)，焊縫會(huì)被破壞，并使得A、B端上下運(yùn)動(dòng)，會(huì)對(duì)過熱段頂板下面的換熱管造成損傷，造成換熱管爆管現(xiàn)象。通過新結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，巧妙的利用新型過熱段外弧板+側(cè)板整體壓制件的R處與新型的T型過熱段頂板焊縫結(jié)成對(duì)接焊縫(如圖5所示)。對(duì)接焊接比角接焊縫能承受更大的剪應(yīng)力，同時(shí)新型的頂板去除了原來的A、B端，可以直接面對(duì)蒸汽的沖擊，對(duì)接焊縫采用CO2氣體保護(hù)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(duì)接方式，及 CO2焊絲，這種結(jié)構(gòu)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(jié)語

一種新的過熱段外包殼結(jié)構(gòu)及工藝：

(1) 過熱段外弧板+側(cè)板焊接變?yōu)檎w壓制，降低了焊縫數(shù)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(jié)能；

(2) 一種新的過熱段頂板結(jié)構(gòu)T型式同時(shí)巧妙利用過熱段外弧板+側(cè)板整體壓制形成的R與過熱段頂板組成對(duì)接焊縫，并從手工焊改為CO2氣體保護(hù)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(duì)后續(xù)隔板裝配帶來的影響，不再產(chǎn)生換熱管泄漏，頂板直接面對(duì)蒸汽的沖擊更牢固。

過熱段外包殼組件的工藝改進(jìn)有效地提高了過熱段外包殼組件裝焊質(zhì)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(xiàn)象得到很好的解決，高加運(yùn)行性能提高。在提高了產(chǎn)品運(yùn)行性能及質(zhì)量的前提下，優(yōu)化后的過熱段外包殼組件的加工制造工序及時(shí)間比以優(yōu)化前的過熱段外包殼組件減少，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。該成果迄今已經(jīng)在幾百臺(tái)高加上得了了運(yùn)用，困擾多年的高加過熱段外包殼變形的難題達(dá)到了很好的解決。