摘    要： 本文主要探討除氧頭與水箱之間帶加強墊圈的連接結構型式是否安全合理。
關鍵詞： 除氧器  ；  結構型式

一、前言
 我市三水恒益火力發電廠有限公司有2臺由四川鍋爐廠制造，配套2臺220 t/h鍋爐供水系統的YYL-2000／222型壓力式除氧器。其整體結構如圖1所示，材質是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。經運行一段時間，分別先后發現與除氧頭馬鞍筒節連接的加強墊圈警告孔有蒸汽冒出。修理后繼續運行一段時間，又再次發生上述問題。2001年1月停機全面檢查時發現加強墊圈與水箱筒體連接的角焊縫和加強墊圈與除氧頭馬鞍筒節連接的角焊縫焊接質量較差，焊縫表面多處可見氣孔和夾渣，因此2臺除氧器加強墊圈與水箱筒體連接的角焊縫（僅對內側焊縫）和加強墊圈與除氧頭馬鞍筒節連接的角焊縫進行了刨去原有焊縫重新施焊的修理。2004年3月，2＃除氧器加強墊圈的警告孔又再次冒出蒸汽。由于用戶深夜緊急停機搶修，故筆者未能到現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構型式是否安全合理引起了筆者高度的關注，在此提出來共同探討。

                              
二、探討除氧頭與水箱之間帶加強墊圈的連接結構型式合理與否
除氧頭與水箱連接結構型式如圖2所示。從圖2可以看到，該加強墊圈并非是我們所理解成的壓力容器開孔起補強作用的補強圈，它的受力狀況與補強圈完全不同。當除氧器運行時，加強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墊圈產生的附加彎曲應力。究竟加強墊圈與水箱筒體連接接頭的應力計算與應力評定結果如何，制造廠無法提供相關計算資料，因為這種結構型式的除氧器，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了2臺由連云港市新海機械廠制造的CYG50型除氧器。這2臺除氧器除氧頭與水箱的連接結構型式以及運行參數與上述的相同。同樣，制造廠也未能提供除氧頭與除氧水箱連接接頭的應力計算與應力評定相關資料，后來才委托南京工業大學機械學院過程裝備研究所進行了除氧器除氧頭與水箱連接接頭局部應力有限元分析與評定。經有限元應力計算分析，評定為合格（報告中注明，評定過程中不考慮疲勞分析）。

                             
評定結果雖然合格，但該種結構型式是否合理（問題的焦點是除氧頭與水箱之間通過加強墊圈連接是否合理）。筆者有以下不同的看法：
1、上述除氧器的設計和制造規范均執行GB150《鋼制壓力容器》標準，但GB150標準附錄J焊接結構中并沒有該種焊接結構型式，設計顯然不符合GB150標準的規定。
2、加強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臺除氧器加強墊圈與水箱筒體的連接焊縫均按照壓力容器補強圈的焊接方式施焊，即焊縫的焊腳高度為加強墊圈厚度的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部缺陷），焊縫內部質量無法得到保證。因此設備在使用期間，能否保證安全運行值得商榷。
3、加強墊圈與水箱筒體的連接結構，我們可以近似看成水箱筒體母材上存在著大面積分層，除氧頭馬鞍筒節則焊接在這片環形“分層”的中央，作用力的方向與材料的“分層”垂直。在馬鞍筒節拉力的作用下，由于構件內部的不連續，分層的邊緣（即加強墊圈填角焊縫的根部）局部應力集中。對于由塑性材料制成的構件，應力集中對其在靜載荷作用下的強度幾乎無影響。因為當最大應力σmax達到屈服應力σs后，如果繼續增大載荷，則所增大的載荷將由同一截面的未屈服部分承擔，以致屈服區域不斷擴大，應力分布逐漸趨于均勻化。然而，應力集中對構件的疲勞強度卻影響極大。試驗表明，應力集中促使疲勞裂紋形成。除氧器在運行中，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水量變化引起的溫差應力，都會形成循環交變應力。長期在循環交變應力作用下，應力集中的焊縫根部有可能產生疲勞裂紋。焊縫根部一旦產生裂紋，不但宏觀檢查無法發現，即使在設備進行全面檢驗時，也無法采用無損探傷的方法檢查發現。只有當裂紋逐漸擴展且穿透焊縫（這里指的是加強墊圈內側的填角焊縫），加強墊圈的警告孔冒出蒸汽時才被發現。由于裂紋不能通過常規的檢測手段及時發現，萬一焊縫根部大范圍同時產生裂紋，后果是不堪設想的。因此對該連接結構的疲勞應力分析是不容忽視的。
4、除氧器裝設上加強墊圈，從運行受力的狀況分析，對水箱的筒體毫無加強作用，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，從而增加了產品的制造成本。
三、結束語
通過上述的討論，筆者認為該種結構型式并非是一種安全合理的結構型式，除氧頭與水箱之間通過加強墊圈連接弊多利少。該類除氧器設計時，只要合理布置水箱內側的加強圈，沒有必要裝設該加強墊圈，水箱筒體的強度及剛性是足夠的。以我市另一家火力發電廠1臺由杭州鍋爐輔機廠制造，同樣配套220 t/h鍋爐供水系統的C220/C70型高壓除氧器為例，該除氧器的外形尺寸、材質和運行參數與上述YYL-2000／222型相同，但除氧頭馬鞍筒節與水箱筒體之間沒有裝設加強墊圈，采用T型焊接接頭連接，而且該水箱壁厚只有20mm，除氧頭馬鞍筒節壁厚18mm。至今已運行了10年，從未發生過泄漏事故。經過2個周期的全面檢查，均未發現容器本體有變形失穩現象。C220/C70型高壓除氧器的設計方案值得借鑒。