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除氧器水箱封头鼓包原因分析
韩宏才1，刘红权1，张小岗1，李金峰2，李海江2，张东文2
（1.150发电厂，河北涉县056400；
2.河北省电力试验研究所，河北石家庄050021）
摘 要：文章介绍了150发电厂＃4除氧器水箱封头的鼓包情况，分析了鼓包产生的原因，并提出了建议。
关键词：除氧器；给水装置；分析；鼓包
150发电厂＃4除氧器由哈尔滨锅炉厂制造，1974年1月出厂，
10月投产。2001年7月,150发电厂＃4机组大修，在对除氧器进行定期检验时，发现其水箱封头存在严重鼓包，根据能源安保［1991］709号《电站压力式除氧器安全技术规定》（以下简称安全规定）第2.1.5条：“除氧器壳体材料宜采用20g或20R，不应采用A3F、16Mn。对在役采用A3F、16Mn材料的除氧器，如缺陷严重、难于修复、无修复价值或修复后仍难保证安全运行的除氧器，应限期报废，做到有计划更换”，于是对#4机组除氧器水箱封头进行了更换处理。截止2001年7月检修时，总运行时间为19.5万
h。
1除氧器水箱封头鼓包情况
#4机组除氧器水箱南北2封头有多处鼓包，鼓包尺寸超出安全规定第3.2.3中4
mm的要求。水箱筒体未发现明显鼓胀现象，拆除水箱封头外保温，进行进一步检验。经测量最大突出量24 mm，呈椭圆状，面积最大处长轴约500
mm、短轴约350 mm，鼓包出现位置有如下规律：鼓包一侧边沿距封头与筒体对接环焊缝约250
mm处，即位于椭圆封头的直边部分与椭圆部分的分界线附近，多数位于钢板母材上，个别位于拼接焊缝上，分布位置见图1。
对北封头，拆除保温层进行了检查，面积较大且突出量较大的有11处；对南封头3个明显的鼓包进行了测量，具体尺寸见表1。
对除氧器水箱进行了壁厚测量，筒体壁厚约10
mm，实测水箱筒体最小壁厚为9.8 mm，与图纸相符；封头测量厚度约12
mm，鼓包处最小壁厚为11.4 mm，与图纸封头壁厚16
mm不符。探伤结果：对所有丁字焊缝及封头鼓包处进行磁粉探伤，未发现可记录缺陷磁痕显示。
对封头鼓包处和未鼓包处进行了现场金相检验，组织为珠光体＋铁素体，未见异常。鉴于本除氧器鼓包突出高度严重超出了安全规定标准，且设计材质为A3F，决定更换水箱封头。
2理化分析
对因鼓包更换的封头取样分别编号为M（北封头#3鼓包处，属检验发现的最大鼓包）、K（北封头#9鼓包处，属检验发现的中型鼓包）、X（南封头#1鼓包处，属检验发现的较小鼓包）、P（南封头无鼓包处）共4组试样，每组试样分别有3个横向拉伸试样、3个纵向拉伸试样、3个横向冲击试样、3个纵向冲击试样和1个化学分析试样。
GB 700-1965规定，A3钢是碱性平炉冶炼的第3种强度等级的甲类钢，它按力学性能供应，要求保证抗拉强度和延伸率，其它指标（如化学成分、冲击韧性等）未做规定。
2.1化学分析
对M、K、X、P
4个试样进行了化学分析，分析结果见表2。可以看出，4个试样的化学成分符合GB
700-1979规定的A3钢标准，排除了因化学成分不合格产生鼓包的可能性。
2.2力学性能试验
力学性能试验结果见表3
。可以看出，材料的强度极限、延伸率还在正常合格范围内，而材料的冲击韧性已低于GB 700-1988规定的下限。但在此除氧器制造时,
GB 700-1965对A3F钢的冲击韧性未做要求，并且韧性低也不是除氧器封头产生鼓包的原因。排除了因材质性能不合格产生鼓包的可能性。
2.3金相分析
对封头鼓包处和未鼓包处进行了金相检验， M、P试样组织均为铁素体＋珠光体,
区别不大,见图2、图3
。可以看出：由于热处理工艺导致铁素体分布形态不好，有魏氏体倾向，这是冲击韧性低的主要因素。
3强度计算
除氧器水箱的规格：ø11
800 mm×3 000 mm×10 mm，材质为A3F钢，最高工作温度t为158
℃，最高工作压力Pc为0.58
MPa。
3.1除氧器封头强度计算
δ计=PcDi｛2［б］tφ-0.5Pc｝
=0.58×3 000×（2×111.72×1.0-0.5×0.58）
=7.79 mm
式中，［б］t是在温度为t的情况下，查表得到的许用应力值；Di为封头内径；φ为焊缝减弱系数，为1.0；
下同。
钢材厚度偏差c=c1+c2+c3
c1钢材厚度负偏差可忽略不计，腐蚀裕量c2值不小于1
mm，取1 mm（根据GB 150-1998厚度附加量得知），工艺减薄的附加壁厚c3，由于封头0.2≤hn/Di≤0.35,取值为0.1δ计。
c = 1.0+0.1δ计=1.78
mm
封头壁厚δmin≥δ计+c=7.79+1.78=9.57
mm≤12mm,
封头壁厚满足设计要求。
3.2除氧器筒体强度计算
钢材厚度偏差c=c1+c2+c3
c1钢材厚度负偏差可忽略不计，腐蚀裕量c2值不小于1
mm，这里取1 mm，工艺减薄的附加壁厚c3，由于筒体制造工艺为冷校圆，取值为0。
c =1.0+0=1.0 mm
筒体壁厚δmin≥δ计+c
= 7.81+1.0 = 8.81 mm≤10 mm
，筒体壁厚满足设计要求。
4缺陷产生原因分析
根据材料的化学成分、金相组织、材料的性能及强度分析，未发现有明显导致除氧器鼓包的因素，经查记录，此除氧器在运行过程中曾有严重超压的运行情况，又由于椭圆封头的原始加工偏差较大，其椭圆封头的受力较计算应力大，因此，超压运行是除氧器产生鼓包的最主要原因。
5建议
150发电厂的4台除氧器材质均为A3F钢，在河北省电力系统内，还有十几台A3F钢制除氧器，分析#4机组除氧器水箱封头鼓包原因对其它同类除氧器的安全运行有一定的借鉴和指导意义。建议如下：
a. 尽快安排对其它设计材质为A3F的除氧器的检验。除氧器定期检验时应加强对关键部位，如封头、关键焊口、大开口补强区的检查，尤其与原始设计有差异时更应注意。
b. 定期校验压力容器的安全阀，防止超压、超温运行。
c.
老压力容器技术资料（如合格证、竣工图、强度核算书、安全阀排放量核算书、安全附件资料）不全现象普遍存在，无法及时发现存在的问题，应设法解决。
参考文献
［1］能源安保［1991］709号,电站压力式除氧器安全技术规定［S］.
［2］GB 150-1998,钢制压力容器［S］.
［3］GB 700-1988，碳素结构钢技术条件［S］.
［4］GB 700-1979，碳素结构钢技术条件［S］.
［5］GB 700-1965，普通碳素钢［S］.
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