摘    要： 本文主要探討除氧頭與水箱之間帶加強(qiáng)墊圈的連接結(jié)構(gòu)型式是否安全合理。
關(guān)鍵詞： 除氧器  ；  結(jié)構(gòu)型式

一、前言
 我市三水恒益火力發(fā)電廠有限公司有2臺由四川鍋爐廠制造，配套2臺220 t/h鍋爐供水系統(tǒng)的YYL-2000／222型壓力式除氧器。其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，材質(zhì)是20g，最高工作壓力為0.49MPa，分別在1995年和1996年安裝并投入使用。經(jīng)運(yùn)行一段時間，分別先后發(fā)現(xiàn)與除氧頭馬鞍筒節(jié)連接的加強(qiáng)墊圈警告孔有蒸汽冒出。修理后繼續(xù)運(yùn)行一段時間，又再次發(fā)生上述問題。2001年1月停機(jī)全面檢查時發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)墊圈與水箱筒體連接的角焊縫和加強(qiáng)墊圈與除氧頭馬鞍筒節(jié)連接的角焊縫焊接質(zhì)量較差，焊縫表面多處可見氣孔和夾渣，因此2臺除氧器加強(qiáng)墊圈與水箱筒體連接的角焊縫（僅對內(nèi)側(cè)焊縫）和加強(qiáng)墊圈與除氧頭馬鞍筒節(jié)連接的角焊縫進(jìn)行了刨去原有焊縫重新施焊的修理。2004年3月，2＃除氧器加強(qiáng)墊圈的警告孔又再次冒出蒸汽。由于用戶深夜緊急停機(jī)搶修，故筆者未能到現(xiàn)場了解和分析事故的原因，但對該除氧器除氧頭與水箱連接的結(jié)構(gòu)型式是否安全合理引起了筆者高度的關(guān)注，在此提出來共同探討。

                              
二、探討除氧頭與水箱之間帶加強(qiáng)墊圈的連接結(jié)構(gòu)型式合理與否
除氧頭與水箱連接結(jié)構(gòu)型式如圖2所示。從圖2可以看到，該加強(qiáng)墊圈并非是我們所理解成的壓力容器開孔起補(bǔ)強(qiáng)作用的補(bǔ)強(qiáng)圈，它的受力狀況與補(bǔ)強(qiáng)圈完全不同。當(dāng)除氧器運(yùn)行時，加強(qiáng)墊圈與水箱筒體連接的角焊縫是承受除氧頭承壓后的軸向拉力以及加強(qiáng)墊圈產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力。究竟加強(qiáng)墊圈與水箱筒體連接接頭的應(yīng)力計算與應(yīng)力評定結(jié)果如何，制造廠無法提供相關(guān)計算資料，因為這種結(jié)構(gòu)型式的除氧器，廠家僅制造過上述2臺。無獨有偶，2004年底我市一家造紙廠購進(jìn)了2臺由連云港市新海機(jī)械廠制造的CYG50型除氧器。這2臺除氧器除氧頭與水箱的連接結(jié)構(gòu)型式以及運(yùn)行參數(shù)與上述的相同。同樣，制造廠也未能提供除氧頭與除氧水箱連接接頭的應(yīng)力計算與應(yīng)力評定相關(guān)資料，后來才委托南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院過程裝備研究所進(jìn)行了除氧器除氧頭與水箱連接接頭局部應(yīng)力有限元分析與評定。經(jīng)有限元應(yīng)力計算分析，評定為合格（報告中注明，評定過程中不考慮疲勞分析）。

                             
評定結(jié)果雖然合格，但該種結(jié)構(gòu)型式是否合理（問題的焦點是除氧頭與水箱之間通過加強(qiáng)墊圈連接是否合理）。筆者有以下不同的看法：
1、上述除氧器的設(shè)計和制造規(guī)范均執(zhí)行GB150《鋼制壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)，但GB150標(biāo)準(zhǔn)附錄J焊接結(jié)構(gòu)中并沒有該種焊接結(jié)構(gòu)型式，設(shè)計顯然不符合GB150標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
2、加強(qiáng)墊圈與水箱筒體連接焊縫（從受力狀況分析）是壓力容器的主焊縫，壓力容器主焊縫采用填角焊縫實屬少見。而且筆者所見到的4臺除氧器加強(qiáng)墊圈與水箱筒體的連接焊縫均按照壓力容器補(bǔ)強(qiáng)圈的焊接方式施焊，即焊縫的焊腳高度為加強(qiáng)墊圈厚度的70％，焊縫截面的有效面積大打折扣；焊縫無提出探傷要求（事實上不論采用何種無損探傷方法都難以檢測填角焊縫的內(nèi)部缺陷），焊縫內(nèi)部質(zhì)量無法得到保證。因此設(shè)備在使用期間，能否保證安全運(yùn)行值得商榷。
3、加強(qiáng)墊圈與水箱筒體的連接結(jié)構(gòu)，我們可以近似看成水箱筒體母材上存在著大面積分層，除氧頭馬鞍筒節(jié)則焊接在這片環(huán)形“分層”的中央，作用力的方向與材料的“分層”垂直。在馬鞍筒節(jié)拉力的作用下，由于構(gòu)件內(nèi)部的不連續(xù)，分層的邊緣（即加強(qiáng)墊圈填角焊縫的根部）局部應(yīng)力集中。對于由塑性材料制成的構(gòu)件，應(yīng)力集中對其在靜載荷作用下的強(qiáng)度幾乎無影響。因為當(dāng)最大應(yīng)力σmax達(dá)到屈服應(yīng)力σs后，如果繼續(xù)增大載荷，則所增大的載荷將由同一截面的未屈服部分承擔(dān)，以致屈服區(qū)域不斷擴(kuò)大，應(yīng)力分布逐漸趨于均勻化。然而，應(yīng)力集中對構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度卻影響極大。試驗表明，應(yīng)力集中促使疲勞裂紋形成。除氧器在運(yùn)行中，不可能單純承受靜載荷，由于蒸汽壓力的波動和蒸汽壓力變化或進(jìn)水量變化引起的溫差應(yīng)力，都會形成循環(huán)交變應(yīng)力。長期在循環(huán)交變應(yīng)力作用下，應(yīng)力集中的焊縫根部有可能產(chǎn)生疲勞裂紋。焊縫根部一旦產(chǎn)生裂紋，不但宏觀檢查無法發(fā)現(xiàn)，即使在設(shè)備進(jìn)行全面檢驗時，也無法采用無損探傷的方法檢查發(fā)現(xiàn)。只有當(dāng)裂紋逐漸擴(kuò)展且穿透焊縫（這里指的是加強(qiáng)墊圈內(nèi)側(cè)的填角焊縫），加強(qiáng)墊圈的警告孔冒出蒸汽時才被發(fā)現(xiàn)。由于裂紋不能通過常規(guī)的檢測手段及時發(fā)現(xiàn)，萬一焊縫根部大范圍同時產(chǎn)生裂紋，后果是不堪設(shè)想的。因此對該連接結(jié)構(gòu)的疲勞應(yīng)力分析是不容忽視的。
4、除氧器裝設(shè)上加強(qiáng)墊圈，從運(yùn)行受力的狀況分析，對水箱的筒體毫無加強(qiáng)作用，既增加了板材和焊材的耗用量，也增加了制造工藝的難度和組裝工作量，從而增加了產(chǎn)品的制造成本。
三、結(jié)束語
通過上述的討論，筆者認(rèn)為該種結(jié)構(gòu)型式并非是一種安全合理的結(jié)構(gòu)型式，除氧頭與水箱之間通過加強(qiáng)墊圈連接弊多利少。該類除氧器設(shè)計時，只要合理布置水箱內(nèi)側(cè)的加強(qiáng)圈，沒有必要裝設(shè)該加強(qiáng)墊圈，水箱筒體的強(qiáng)度及剛性是足夠的。以我市另一家火力發(fā)電廠1臺由杭州鍋爐輔機(jī)廠制造，同樣配套220 t/h鍋爐供水系統(tǒng)的C220/C70型高壓除氧器為例，該除氧器的外形尺寸、材質(zhì)和運(yùn)行參數(shù)與上述YYL-2000／222型相同，但除氧頭馬鞍筒節(jié)與水箱筒體之間沒有裝設(shè)加強(qiáng)墊圈，采用T型焊接接頭連接，而且該水箱壁厚只有20mm，除氧頭馬鞍筒節(jié)壁厚18mm。至今已運(yùn)行了10年，從未發(fā)生過泄漏事故。經(jīng)過2個周期的全面檢查，均未發(fā)現(xiàn)容器本體有變形失穩(wěn)現(xiàn)象。C220/C70型高壓除氧器的設(shè)計方案值得借鑒。