高压加热设备泄漏原因

王光军

(杭州电化集团有限公司，浙江 杭州 311228)

高压加热设备是氯碱企业配套火力发电厂回热系统中的重要设备。利用该设备向加热锅炉给水，使其达到所要求的给水温度，从而提高热电厂的热效率，并保证汽轮机组出力。某氯碱企业火力发电厂采购了1台高压加热设备，但是使用后不久，管板就发生泄漏，对生产造成了严重影响。下面从设计、制造等方面分析其泄漏原因。

1 高压加热设备结构及工作原理

1.1 结构

高压加热设备主要包括：壳体、水室、管板、换热管、支撑板、防冲板、支座、附件等。

1.2 工作原理

采用二段式传热结构，分为凝结段与过热蒸汽冷却段。过热蒸汽冷却段用套管和遮热板将该段管封闭，内设隔板，使蒸汽以一定的流速和方向流经传热面，保证蒸汽离开该段时呈干燥状态。该段设在高压加热设备给水的出口部位。来自过热蒸汽冷却段带有一定过热度的饱和蒸汽从两侧沿管系向心流进整个凝结段管束，在凝结段和给水间进行热交换，用蒸汽凝结时放出的汽化潜热加热给水。

2 泄漏原因分析

(1)查看根据换热管与管板连接结构图，高压加热器管板连接结构设计符合文献[1]中5.8.4的规定。管板开孔数量(346个孔)、管板厚度(141 mm)与实物相符;换热管外径偏差及壁厚偏差均符合文献[2]中表1要求；管板孔间距、允许偏差及管板钻孔后孔桥宽度(测量结果如表1所示)均符合文献[1]中表51及文献[3]中表3规定。经计算，管板与换热管连接的拉脱应力小于许用拉脱力。故换热管与管板连接的设计符合要求。

(2)查阅图纸及压力容器产品质量证明书，高压加热器的换热管与管板连接采用焊接加胀接连接方式，其中胀接采用的是贴胀。贴胀是为了消除换热管与管板之间的缝隙化学腐蚀，提高焊缝抗腐蚀疲劳强度。

表1 孔桥宽度测量结果Table 1 Measurement results of bridging width mm

根据文献[4]，对于采用强度焊接加贴胀的换热管与管板连接方式，胀度按壁厚减薄率宜控制在2%左右。

根据胀接内径测量结果(如表2所示)，计算高压加热器换热管胀度(如表3所示)。

表2 胀接内径测量结果

表3 高压加热器换热管胀度计算结果

从表3可以看出:高压加热器换热管胀度大部分控制不好，与2%数值差距较大。存在的原因可能有以下两点。

①换热管端部未进行退火热处理。查阅压力容器产品质量证明书，16MⅢ材质(加热器管板材质)的管板硬度值为152HB，20G材质的换热管硬度值未提供。一般情况下，20G材质(加热器换热管材质)的换热管未经热处理硬度值≤156HB。胀接时，管板硬度应大于换热管硬度，否则胀接后换热管的回弹量接近或大于管板的回弹量而造成胀接接头不紧。因此在胀接之前，应测定换热管与管板的硬度值是否匹配，如果二者硬度值相差很小，应对换热管端部进行退火热处理，但图纸和质量证明书等资料中均未提及对换热管端部进行退火热处理。

②换热管与管板胀接工艺采用机械胀接。机械胀接对换热管造成的机械损伤较大，易造成欠胀或过胀情况；机械胀接存在的残余应力也较大，如果未进行消除应力热处理，对于经常受到蒸汽冲击的高压加热器的长周期稳定使用是不利的。

(3)焊接表面质量。

根据高压加热器管束图，换热管与管板连接结构上焊缝焊脚高度(伸出管板部分)为4 mm。从测量结果看，两台高压换热器的换热管与管板焊缝焊脚高度(见表4)均不符合设计要求。焊缝高度不够，有效工作截面减少，焊接接头强度降低，对于经常受到蒸汽冲击的高压加热器长周期稳定运行影响很大。

表4 焊缝焊脚高度测量结果

注：管束外径15.80 mm，内径11.62 mm，壁厚2.09 mm，焊接厚度≥2.926 mm(壁厚的1.4倍)。

(4)样品检测结果分析。

根据样品检测结果，焊接接头中有未熔合与未焊透缺陷，这两种缺陷主要是由焊接时底层焊缝焊接电流偏小导致的。这是两种不允许出现的焊接缺陷，不符合文献[1]中B3.2要求。大部分焊接厚度不符合文献[1]中B3.2要求；个别焊接接头的焊缝热影响区发现了韧性差的上贝氏体组织，这主要是由接头焊接完成后焊接接头冷却速度控制不当导致的。

3 结语

从以上结果看，虽然从设计上符合相关标准的要求，但是在制造过程中未能控制好焊接质量，导致焊角高度不够，存在未熔合、未焊透等缺陷；胀管工艺不当，也会影响加热器的长周期稳定运行。以上缺陷是造成管板和换热管连接焊缝处泄漏的主要原因。