除氧器裂紋探究及處理

董勤

（浙江浙能中煤舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江 舟山 316131）

除氧器是用來除去鍋爐給水中溶氧和其他氣體的熱力設(shè)備。除氧器內(nèi)加熱后的水表面氧及其他氣體的分壓力為零，水中所有溶解氣體得以從水中析出并匯集于頂部后從頂部排汽管排出除氧器外，從而得到品質(zhì)合格的給水，以防止鍋爐設(shè)備及管道等承壓設(shè)備的腐蝕。

1 設(shè)備概況

某公司1030MW 機(jī)組每機(jī)配置1 臺無頭除氧器、2 臺汽動給水泵和1 臺電動給水泵。除氧器底部焊接3 個接管座分別與2 臺汽動給水泵和1 臺電動給水泵進(jìn)水管連接。除氧器本體材質(zhì)Q345R，電泵、汽泵出水管接管座材質(zhì)16MnIV,防旋罩材質(zhì)為304 不銹鋼。

2 事件經(jīng)過

2.1 2020 年2#機(jī)除氧器

2020 年10 月，2#機(jī)C 修時宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，除氧器至電泵出水管接管座與除氧器筒身角焊縫（擴(kuò)建端側(cè)）存在2 處環(huán)向裂紋。之后，對2#機(jī)除氧器至電泵前置泵接管座與除氧器焊縫，除氧器至A 汽泵前置泵、B 汽泵前置泵接管焊縫進(jìn)行打磨和全面PT+UT探傷，發(fā)現(xiàn)多處缺陷。

（1）電泵出水管接管座與防旋罩連接的8 處焊縫存在7 處裂紋，裂紋沿接管座內(nèi)壁最長約80mm 見圖1，沿除氧器筒體長度約70mm，接管座外部裂紋已延伸至筒體上，見圖2。

圖1 管座內(nèi)壁上80mm 裂紋

圖2 接管座外部裂紋已延伸至筒體

（2）電泵出水管接管座與除氧器筒身角焊縫內(nèi)壁共有2 處環(huán)向裂紋，見圖3。

圖3 接管座與除氧器筒身角焊縫內(nèi)壁2 處環(huán)向裂紋

（3）防旋罩結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重見圖4。

圖4 防旋罩結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重

2.2 2021 年1#機(jī)除氧器

（1）出水管接管座與筒體母材內(nèi)部角焊縫存在1處長約45cm 的裂紋缺陷，見圖5，沿角焊縫與筒體母材熔合線開裂，兩端裂紋延伸至筒體母材，見圖6、圖7。

圖5 角焊縫長約45cm 的裂紋

圖6 焊縫裂紋延伸至母材

圖7 焊縫裂紋延伸至母材

（2）接管座與上方防旋板其中的6 處角焊縫均存在裂紋缺陷，具體缺陷形貌，其中最嚴(yán)重的1 處裂紋已貫穿管座壁厚方向，并延伸至角焊縫，見圖8。

圖8 防旋罩裂紋延伸至角焊縫

2.3 2022 年2#機(jī)除氧器

2#機(jī)C 修發(fā)現(xiàn)1 條裂紋由管孔內(nèi)壁貫穿至外壁，并延伸至內(nèi)部角焊縫及筒體母材，呈垂直于焊縫方向，內(nèi)壁裂紋長度約80mm，筒體母材處裂紋長度約80mm，見圖9；另外，還發(fā)現(xiàn)1 條裂紋長度約40mm，位于原來焊接處理過的部位，見圖10。

圖9 新出現(xiàn)的貫穿裂紋

圖10 原修復(fù)部位裂紋

3 原因分析

統(tǒng)計2020 年2#機(jī)除氧器、2021 年1#機(jī)除氧器、2022 年2#機(jī)除氧器電泵出水管接管座主要裂紋（紅色線條）的分布圖如下，見圖11、圖12、圖13。

圖11 2020 年2#機(jī)除氧器主要裂紋

圖12 2021 年1#機(jī)除氧器主要裂紋

圖13 2022 年2#機(jī)除氧器主要裂紋

綜合3 年的兩機(jī)除氧器主要裂紋，可發(fā)現(xiàn)以下特點：

（1）裂紋均分布在靠擴(kuò)建端的一側(cè)；2020 年和2021 年，電泵出水管接管座的環(huán)焊縫上均有裂紋；2020 年、2022 年，管座的相同位置出現(xiàn)裂紋。3 年里出現(xiàn)的裂紋均集中在2 ～5 號位置。（2）從除氧器外形結(jié)構(gòu)設(shè)計上可知，除氧器從左至右的1#、2#、4#支座均為滾動支座、3#為固定支座，4#支座靠近擴(kuò)建端側(cè)。（3）多次檢查兩機(jī)除氧器A、B 汽泵出水管接管座及接管座與筒體的角焊縫均未發(fā)現(xiàn)類似嚴(yán)重裂紋。（4）查閱除氧器水溫與負(fù)荷數(shù)據(jù)見表1 及圖14。

表1 除氧器水溫與負(fù)荷數(shù)據(jù)

圖14 除氧器水溫與負(fù)荷曲線

2021 年測量1#機(jī)除氧器電泵出水管接管座溫度為58℃，2022 年2#機(jī)除氧器測量除氧器電泵出水管接管座溫度為42℃。經(jīng)運行人員關(guān)閉密封水隔離閥后，電泵出水管接管座處的溫度上升為178℃，此時，除氧器本體水溫183℃，機(jī)組負(fù)荷1000MW。

綜上所述，裂紋均靠近3#固定支座處，且除氧器電泵出水管接管座的溫度較低，汽泵A、B 出水管接管座未發(fā)現(xiàn)類似裂紋的情況，分析除氧器電泵出水管接管座產(chǎn)生裂紋的主要原因如下。

電動給水泵的機(jī)械密封密封水水源為凝結(jié)水，水溫為30 ～40℃，除氧器正常運行水溫即除氧器筒體金屬溫度為142 ～182℃，存在較大的溫差。機(jī)組設(shè)計時，因考慮一次調(diào)頻和調(diào)峰時凝結(jié)水泵的變頻運行，凝結(jié)水壓力會降低，無法滿足給水泵密封要求，故配置有密封水泵，運行壓力在3MPa 左右，該壓力遠(yuǎn)高于除氧器壓力及管道沿程阻力；且電泵組長期處于熱備用出口閥關(guān)閉進(jìn)口閥組全開，泵組機(jī)械密封的密封水為注入式，密封水不斷注入電泵組進(jìn)口管道，造成密封水經(jīng)電泵前置泵進(jìn)口管回到除氧器，不斷地給除氧器電泵接管座降溫，致使電泵接管座與除氧器水溫溫差達(dá)100℃以上。電泵出水管接管座附近可能存在不均勻溫度場，疊加負(fù)荷波動時除氧器水溫的變化，致接管座附近存在熱交變應(yīng)力，長時間運行后會出現(xiàn)金屬熱疲勞裂紋；且密封水注入后的除氧器電泵接管座與除氧器本體之間存在100 ～140℃的溫差，由于3#支座為固定支座，除氧器筒體受熱后只能往1#、2#滾動支座方向膨脹，而電泵出水管接管座內(nèi)部溫度低未與除氧器筒體同步膨脹，從而始終在接管座本體和接管座與除氧器筒體的焊縫2 ～5 位置存在較大的膨脹應(yīng)力將筒體與接管座焊縫或接管座本體撕裂。

結(jié)合2020 年、2021 年檢查發(fā)現(xiàn)，除氧器筒體與電泵出水管接管座焊縫內(nèi)存在大量斷續(xù)的未熔、氣孔、夾渣缺陷，首出現(xiàn)象為筒體與接管座焊縫撕裂。2020 年，除氧器筒體與接管座修復(fù)后，消除了接管座與筒體焊縫的未熔合等焊接缺陷。2022 年檢查發(fā)現(xiàn)，接管座本體上的原修復(fù)處撕裂，該處為接管座本體最為薄弱點，在膨脹應(yīng)力作用下首先被撕裂。且2020 年2#機(jī)除氧器電泵出水管接管座防旋罩結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重，2021 年、2022 年1#機(jī)、2#機(jī)除氧器電泵出水管接管座的防旋罩與接管座焊接處及周邊區(qū)域均發(fā)現(xiàn)裂紋，從另一方面佐證了該膨脹應(yīng)力的存在。

因此，要避免今后再次出現(xiàn)除氧器電泵出水管接管座裂紋的產(chǎn)生，必須提高接管座處的溫度。

4 裂紋處理

4.1 處理過程

割除電泵出水管接管座上的防旋罩，并對防旋罩原角焊縫、電泵出水管接管座焊縫打磨、清理后PT 和超聲檢查；對檢查出的缺陷部位進(jìn)行預(yù)熱、焊接、焊后熱處理及無損檢測。

4.2 處理工藝要點

（1）對接管座角焊縫裂紋與內(nèi)部缺陷、管孔母材裂紋原焊縫缺陷進(jìn)行磨除，適當(dāng)沿溝槽外觀走向修磨出便于焊接操作的坡口，在保證補(bǔ)焊質(zhì)量和操作方便的情況下，盡量減小溝槽，兩側(cè)平整，轉(zhuǎn)角處圓滑過渡無尖角及死角存在，底部平緩無凹凸不平。（2）對于較深的裂紋，從外側(cè)磨除裂紋，且修磨時鉆止裂孔，在外側(cè)沿裂紋修磨至內(nèi)外側(cè)坡口間剩余厚度2 ～3mm 時，將兩側(cè)的修磨處適當(dāng)修整出坡口并檢查確認(rèn)坡口側(cè)壁無缺陷后方可施焊。（3）除打底層和蓋面層外，每層焊接完成后在熱紅狀態(tài)下進(jìn)行錘擊，以釋放應(yīng)力。（4）焊接工作結(jié)束前，每完成一處缺陷修復(fù)，如不進(jìn)行熱處理，必須用保溫棉包裹緩冷。

5 改進(jìn)措施

（1）從A 汽泵前置泵出水管接一路暖泵水管，從電泵泵體底部接入，并經(jīng)電泵、電泵前置泵回至除氧器，消除電泵在停運時除氧器電泵出水管接管座及防旋罩與除氧器內(nèi)部的溫差，防止電泵試轉(zhuǎn)時接管座處的冷熱交變。（2）加裝電泵暖泵管后，將電泵及電泵前置泵上的O 型圈材質(zhì)由原設(shè)計的乙丙橡膠更換為耐高溫性、穩(wěn)定性、耐磨性更為優(yōu)異的氟橡膠或全氟醚橡膠。（3）在除氧器電泵及A 汽泵出水管接管座外壁接近筒體處安裝壁溫測點，用于監(jiān)視電泵出水管接管座溫度及進(jìn)行對比分析。（4）電泵組運行方式由熱備用改為冷備用，電泵組密封水隔離停用，僅按需投運。密封水投運前，必須投運暖泵水。

6 結(jié)語

給水系統(tǒng)的除氧器是電廠運行中的主要設(shè)備，且為重要受監(jiān)督檢驗的壓力容器設(shè)備，一旦出現(xiàn)裂紋泄漏等缺陷，將嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運行。本文對除氧器電泵出水管接管座裂紋產(chǎn)生原因及相應(yīng)處理進(jìn)行了分析與探究，總結(jié)經(jīng)驗，并為今后處理類似問題提供參考。