特种设备定期检验案例分析及建议

王国冠 孟祥成 柴健

辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司 辽宁铁岭 112700

高压加热器（以下简称：高加）是火力发电厂的主要辅助设备，也是特种设备之一。其管程为锅炉给水，壳程为过热蒸汽及凝结水。利用汽轮机做功后的过热蒸汽，对锅炉给水进行加热，减少热损失，对于降低能耗，提高火电厂热效率和经济利润起着重要作用[1]。

在定期检验高加时，如发现裂纹缺陷，则电厂职工及设备安全将受到严重影响。为此，本文论述高加缺陷情况，及其处理过程和结果，旨在为高加定期检验工作提供借鉴，提高电厂设备安全运行水平。

1 设备概况

某发电公司2号机组3#高压加热器于2011年12月投产使用，2012年进行第一次定期检验，安全状态等级评为I级。2018年进行的第二次定期检验，在检验时发现裂纹缺陷，严重影响电厂职工及设备安全。

该设备主要技术特征：内径1400mm，壁厚18/16mm；重量29100kg；换热面积885m2；结构形式为卧式；设计压力管程为28.05MPa，壳程为2.07MPa；设计温度管程215℃，壳程470℃；工作介质管程为水，壳程为水蒸汽、水。

高加结构为U形管式换热器，水室与管板为20MnMo锻件，壳体为SA516Gr70碳钢板卷制对焊而成，与管板对接的短节筒体壁厚为18mm，其余筒节和封头壁厚为16mm，封头型式为半球形。

2 检验及问题的发现

按照《固定式压力容器安全技术监察规程》要求，2018年2号机组检修时对3#高加进行了定期检验。

无损检测人员选用了超声波检测和磁粉检测方法，在高加管板与短节筒体间焊缝，先采用了磁粉检测方法发现有不连续裂纹5段，长度分别为30mm、15mm、50mm、30mm、15mm。经打磨后，仍有2段裂纹清晰可见，且连到了一起，打磨深度约为5mm，长度约为150mm，此处焊缝又进行了超声波检测，发现深度在15mm左右的位置有条形缺陷，长度为300mm。

3 缺陷处理的过程

为返修处理好高加管板与短节筒体间焊缝裂纹缺陷，查找了高加质量证明书，明确了材质、规格、焊缝坡口形式，并安排有资质的单位对3#高加环焊缝H1外表面进行返修处理，具体返修位置，详见图1。

图1 3#高压加热器返修位置示意图

3.1 缺陷的清除

对缺陷处采用砂轮机打磨方式去除缺陷，打磨过程中保证打磨区域圆滑过渡，打磨至目视检测无缺陷后，进行磁粉检测，若还有缺陷显示，则每打磨约1-2mm深度后再进行一次磁粉检测，直至消除缺陷为止。磁粉检测按NB/T47013.1、NB/T47013.4，I级为合格[2]。

3.2 打磨后补焊

焊接必须由相应项目考试合格的焊工担任。采用焊条电弧焊进行补焊，所有焊条在焊前须按说明书所示温度、保温时间进行烘焙，随后在100℃温度下保温，现场焊接时，焊条应放置在保温桶内，随用随取。风速须≤10m/s方可施焊，环境相对湿度≥90%时应禁止施焊。补焊前应对始焊处100mm范围内进行≥100℃的预热，焊接采用J507焊条，规格为3.2mm或4.0mm。焊接电流大小为90-130A（3.2mm）或130-170A（4.0mm），焊接过程中应控制层间温度≤300℃。焊后应立即进行250-350℃/1h的后热处理，方可冷却至室温。

3.3 补焊后探伤

补焊后做磁粉和超声波检测，磁粉按磁粉检测按NB/T47013.1、NB/T47013.3，I级为合格。超声波检测按NB/T47013.1、NB/T47013.4，II级为合格。

3.4 焊后热处理

无损探伤合格后，对补焊焊缝采用履带式电加热，进行局部后热处理，加热带外侧用保温材料覆盖保温，加热带环绕整圈焊缝的全周，保温期间，加热区内最高与最低温度之差应控制在规定的范围内。热处理完成24h后，再进行一次无损探伤复检，并重新进行水压试验。焊缝两侧加热宽度各向外延伸至少100mm，保温时间最少为15min。

4 预防措施

4.1 缺陷机制探析

某发电公司每台机组，共计3台高压加热器。其中，3#高加选用的是不兼作法兰的管板结构，在本次无损检测中被发现管板与短节筒体间焊缝多处条形缺陷（图2）；而1#、2#高加选用的是延长部分兼作法兰的管板结构（图3），采用同样的无损检测方法，未发现缺陷。

图3 延长部分兼作法兰的管板结构

图2 不兼作法兰的管板结构

一方面3#高加管板侧与筒体侧存在温差，管板厚，刚度较大，筒体受内压和温度后有一定的周向膨胀变形，使该k型接头处存在较大内应力，同时有应力集中叠加，因此该处应力大；另一方面，机组参与调峰，并且流化床机组年启停次数较多，该k型接头承受疲劳载荷，是该处出现裂纹的主要原因之一。

4.2 建议性预防措施

基于3#高加管板与短节筒体间焊缝缺陷发生机理探析及1#、2#高加无缺陷的经验，可知延长部分兼作法兰的管板结构形式的焊接接头内应力较小。故根据热交换器GB/T151-2014管板与管箱、壳体的焊接连接要求，并结合机组参与调峰、启停次数较多等特点，建议亦选用1#、2#高加的延长部分兼作法兰的管板结构，对3#高加实施技术改造，即可避免和清除管板与短节筒体间焊缝缺陷，预防安全隐患[3]。