高壓加熱器運行中存在的問題及對策

李 航，魏 科

（寧夏寧魯煤電有限責(zé)任公司，寧夏 靈武 751410）

0 引言

汽輪機(jī)采用回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)是提高機(jī)組運行經(jīng)濟(jì)性的重要手段之一。回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)的運行可靠性和運行性能高低，直接影響整套機(jī)組的運行經(jīng)濟(jì)性，加熱器的投入率是經(jīng)濟(jì)指標(biāo)中重要的一項考核指標(biāo)。隨著火力發(fā)電廠機(jī)組向大容量高參數(shù)發(fā)展，高壓加熱器（以下簡稱高加）承受的給水壓力和溫度相應(yīng)提高；在運行中還將受到機(jī)組負(fù)荷突變、給水泵故障、旁路切換等引起的壓力和溫度的驟變，這些都會給高加帶來損害。為此，除了在高加的設(shè)計、制造和安裝時必須保證質(zhì)量外，還要在運行維護(hù)等方面采取必要的措施，才能確保高加的長期安全運行。

1 高壓加熱器泄漏現(xiàn)象

高加水位高信號報警，泄漏檢測儀亦報警，另外還有高加端差增大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常值。

由于高加泄漏，水側(cè)大量漏入汽側(cè)，通過疏水逐級自流入除氧氣，為使汽包水位正常，則給水泵轉(zhuǎn)速增加，給水流量增大。

高加泄漏后，由于傳熱惡化，則造成給水溫度降低。

2 高壓加熱器泄漏對機(jī)組的影響

高壓加熱器是利用機(jī)組中間級后的抽汽，通過加熱器傳熱管束，使給水與抽汽進(jìn)行熱交換，從而加熱給水，提高給水溫度，是火力發(fā)電廠提高經(jīng)濟(jì)性的重要手段。由于300 MW機(jī)組高加水側(cè)壓力（20 MPa）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汽側(cè)壓力（4 MPa），當(dāng)傳熱管束即U型管發(fā)生泄漏時，水側(cè)高壓給水進(jìn)入汽側(cè)，造成高加水位升高，傳熱惡化。

高加泄漏后，會造成泄漏管周圍管束受高壓給水沖擊而泄漏管束增多，泄漏更加嚴(yán)重，必須緊急解列高加進(jìn)行處理，這樣堵焊的管子就更少一些。

高加泄漏后，由于300 MW機(jī)組高加水側(cè)壓力20 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于汽側(cè)壓力 4 MPa，這樣，當(dāng)高加水位急劇升高，而水位保護(hù)未動作時，水位將淹沒抽汽進(jìn)口管道，蒸汽帶水將返回到蒸汽管道，甚至進(jìn)入中壓缸，造成汽輪機(jī)水沖擊事故。

高加解列后，給水溫度降低，由280℃降低為170℃，從而主蒸汽壓力下降，為使鍋爐能夠滿足機(jī)組負(fù)荷，則必須相應(yīng)增加燃煤量，增加風(fēng)機(jī)出力，從而造成爐膛過熱，氣溫升高，更重要的是標(biāo)準(zhǔn)煤耗約增加12 g/kW·h，機(jī)組熱耗相應(yīng)增加4.6%，廠用電率增加約0.5%。根據(jù)部頒的高加運行維護(hù)手冊，對部分國產(chǎn)汽輪機(jī)組作了計算，停用高加時機(jī)組熱耗的增加如表1所示。

表1 部分國產(chǎn)汽輪機(jī)組停用高加時機(jī)組熱耗增加值

高加停運后，還會使汽輪機(jī)末幾級蒸汽流量增大，加劇葉片的侵蝕。

高壓加熱器的停運，還會影響機(jī)組出力，若要維持機(jī)組出力不變，則汽輪機(jī)監(jiān)視段壓力升高，停用的抽汽口后的各級葉片，隔板的軸向推力增大，為了機(jī)組安全，就必須降低或限制汽輪機(jī)的功率，從而影響發(fā)電量。

高加泄漏，每次處理順利時需要30 h，系統(tǒng)不嚴(yán)密時，則工作冷卻時間加長，直接影響高加投運率的目標(biāo)。

3 存在的問題

為了確保火力發(fā)電廠的安全經(jīng)濟(jì)滿發(fā)，各高加均應(yīng)投入運行。如因故障必須停用高加時，應(yīng)按照制造廠規(guī)定的高加停用臺數(shù)和負(fù)荷的關(guān)系，或根據(jù)汽輪機(jī)抽汽壓力來確定機(jī)組的允許最大出力。

3.1 管道及管道與管板的泄漏

管道及脹口泄漏，是各廠均存在的普遍問題。寧魯煤電公司1號、2號機(jī)2號高加均出現(xiàn)管道泄漏，分別堵掉16根和10根，1號機(jī)3號高加管道也出現(xiàn)泄漏堵掉3根，1號機(jī)1號高加漏管率達(dá)20%以上，2號高加漏管也嚴(yán)重，均已換新。

3.2 給水自動旁路裝置密封設(shè)計不佳

135 MW機(jī)組的進(jìn)口聯(lián)成閥殼體內(nèi)旁路套筒間隙處漏。據(jù)熱力試驗數(shù)據(jù)，其最終水溫比3號高加出口水溫低2.03℃。運行中發(fā)現(xiàn)，在檢修后投運，給水溫度明顯提高，但運行后不久即回復(fù)到原較低值。檢修中發(fā)現(xiàn)，其密封用堵料被沖跑，且筒壁被水沖刷成坑洼嚴(yán)重。這樣按原設(shè)計的密封間隙便失去其實際意義，現(xiàn)廠家在檢修中將原0.70～0.80 mm的間隙減至0.35 mm，并換用高壓密封材料，效果尚好。

135 MW機(jī)組在運行中給水溫度212.2℃明顯偏低（設(shè)計值為240℃）。檢修中發(fā)現(xiàn)出入口水室間隔板被沖擊，縫隙很大，且隔板與筒壁間留有空洞，使給水短路，后在2號機(jī)上加以封死后，給水溫度明顯上升，可達(dá)240℃。

3.3 疏水系統(tǒng)自動投用不良

135 MW機(jī)組試運初期，由于高加疏水采用汽液兩相流，疏水自動調(diào)節(jié)不是很成功，經(jīng)常性無水位運行。疏水管沖刷嚴(yán)重，振動很大，碳鋼彎頭頻繁被沖壞。135 MW機(jī)組1號高加也常低水位運行，振動較大，且疏水調(diào)節(jié)閥關(guān)不死。

3.4 水位計及水位訊號裝置不能正常運行

水位計漏是各電廠的普遍問題，1號機(jī)高加自投運以來一直漏，電接點投運后不久即壞且不準(zhǔn)。

3.5 水側(cè)保護(hù)不可靠

1號機(jī)危急疏水管道上一次門為手動，二次門為電動，電廠反映二次門后無隔離門，運行中無法檢修。某電廠反映危急疏水門漏，且閥座有裂紋，力矩不足。200 MW機(jī)危急疏水管有虹吸井水倒灌現(xiàn)象，已將電動門放大等級。

4 處理對策

4.1 鋼管及脹口泄漏

脹口泄漏主要原因可歸結(jié)為不合理的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計、脹接和焊接質(zhì)量不良及不適當(dāng)?shù)倪\行操作方式。而管子本身泄漏，除了管材質(zhì)量外，主要是沖蝕、腐蝕及振動等原因。

通過對高壓加熱器解剖發(fā)現(xiàn)臥式高壓加熱器熱交換管有缺陷的位置主要集中在過熱蒸汽冷卻區(qū)，泄漏管段位于熱交換管的近端口處，集中在過熱蒸汽進(jìn)口區(qū)域的幾個隔板附近。這一點與立式高壓加熱器泄漏管段集中在熱交換管近彎管處（即立式高壓加熱器下部）隔板附近有很大的區(qū)別，這與立式高壓加熱器和臥式高壓加熱器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

受熱交換管發(fā)生劇烈振動、隔板之間發(fā)生強(qiáng)烈摩擦的影響。過熱蒸汽冷卻區(qū)熱交換管發(fā)生劇烈振動與隔板之間發(fā)生強(qiáng)烈磨擦是造成管道泄漏的主要原因，管道最終發(fā)生破壞的形式有多種。

1）管道多個方向發(fā)生劇烈振動，管壁磨損減薄后形成環(huán)形凹槽。高溫下，管道受熱卡在隔板處不能自由膨脹，造成一端在隔板處受阻，另一端受熱應(yīng)力作用拉伸減薄，產(chǎn)生縮頸，并在應(yīng)力作用下拉斷。這種情況整根管道完全斷裂，泄漏嚴(yán)重。

2）管道一個方向發(fā)生劇烈振動，管道單側(cè)磨損減薄，當(dāng)壁厚減薄到一定程度，受管內(nèi)很高水壓（大于20 MPa）的作用，沖破管壁而發(fā)生破壞。這種情況往往爆口較小，為窗口形。

國內(nèi)高壓加熱器的管系泄漏中大多是管口泄漏。在出現(xiàn)管系泄漏時，應(yīng)查明究竟是管道本身漏還是焊縫漏，不應(yīng)草率將管道堵塞，甚至將附近幾根管道都堵塞。若是管口漏，便應(yīng)補(bǔ)焊。這關(guān)鍵在于焊工必須認(rèn)真嚴(yán)格地執(zhí)行工藝規(guī)定，克服條件艱苦的困難，耐心仔細(xì)地操作，焊補(bǔ)時切忌帶水、汽操作，也不能貪圖方便，不鏟去小漏量焊縫原有焊渣而直接補(bǔ)焊。

對于管道泄漏，由于改動設(shè)計結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)有很大的限制，因而對運行工況的控制和操作中的維護(hù)顯得十分重要。針對沖蝕和振動引起的管束損壞應(yīng)采取以下對策：

應(yīng)避免低水位和無水位運行，防止疏水調(diào)節(jié)閥開度過大，而在疏水冷卻段內(nèi)引起閃蒸和汽水兩相流；要監(jiān)視和控制高加的熱力參數(shù)，以防沖刷管束并激發(fā)振動；

對于已發(fā)現(xiàn)的管束泄漏，應(yīng)及早停用檢修，防止繼發(fā)性沖蝕；應(yīng)嚴(yán)格控制給水品質(zhì)，包括含氧量、pH值等防止腐蝕，對無銅的系統(tǒng)pH值應(yīng)控制在9.2～9.8，有銅系統(tǒng)則在8.8左右，含氧量應(yīng)不大于 0.005 μg/L；

應(yīng)保證放空氣系統(tǒng)的正常工作和采取有效的防腐措施，通常可根據(jù)停用時間長短及具備的條件，采用充水、充氣和充氨的方法；

對U形管高加管束的泄漏，堵管是一種主要的修復(fù)手段，在堵管前應(yīng)查清管束泄漏的型式及位置，并據(jù)此選用合適的堵管方式及工藝，為保證堵管質(zhì)量，高加被堵管的端頭部位一定要經(jīng)過良好的處理，使管孔或管板孔圓整、清潔，與堵頭有良好的接觸面。

3）管道多個方向發(fā)生劇烈振動，管壁磨損減薄后形成環(huán)形凹槽。當(dāng)管道受熱時卡在隔板處不能自由膨脹，造成一端在隔板處受阻，另一端受熱應(yīng)力作用拉伸減薄，當(dāng)壁厚減薄到一定程度，受管內(nèi)很高水壓（大于20 MPa）的作用，沖破管壁而發(fā)生破壞。這種情況往往爆口很大，泄漏嚴(yán)重。

運行工況及介質(zhì)的影響。高壓加熱器運行時，來自汽輪機(jī)的抽汽，先經(jīng)過過熱蒸汽冷卻區(qū)，冷卻其過熱度，然后進(jìn)入蒸汽凝結(jié)區(qū)凝結(jié)成疏水，疏水再經(jīng)過疏水冷卻區(qū)，進(jìn)一步放出熱量。在這個過程中，當(dāng)高壓加熱器運行時，直接承受高溫蒸汽沖刷最外層的管排振動最劇烈，管壁磨損減薄最嚴(yán)重，發(fā)生爆管概率就最高。

從宏觀檢查的結(jié)果還可知，當(dāng)最外層的管排發(fā)生爆管斷裂后，第二層管排就直接承受高溫蒸汽的沖刷的同時，已爆管的管道，管內(nèi)給水泄漏，這樣夾雜著疏水的高溫蒸汽對管道的破壞力更強(qiáng)，已爆管的管道的周圍管道和第二層管道很快發(fā)生破壞，如此循環(huán)，就形成連續(xù)破壞。從解剖的試驗中了解到，這種破壞方式具有一定的普遍性。

高壓加熱器制造上的問題。解剖試驗對封閉區(qū)域解剖，但在里面發(fā)現(xiàn)常用工具砂輪片扳手和一個空心金屬短棒，這些物體可以判斷為高壓加熱器制造時留下的，它們會影響管道的正常運行，但無法判斷其影響程度。

4.2 高加疏水系統(tǒng)

解決高加疏水系統(tǒng)的三大通病——堵塞、振動及磨損是確保高加安全運行、提高高加投入率的重要因素。究其三大通病之根源，都是由于高加疏水會產(chǎn)生兩相流體的流動。據(jù)有關(guān)資料介紹，當(dāng)流體從單相流轉(zhuǎn)為兩相流時，流體流速會擴(kuò)大20倍以上，阻力成倍增長。

1）維持高加運行的正常水位，是保證高加正常運行的重要條件。水位過低或無水位運行，對高加的經(jīng)濟(jì)安全運行造成很大危害。當(dāng)無水位運行時，上一級的蒸汽通過疏水管道直接進(jìn)入下一級高加的汽側(cè)，從而使部分高參數(shù)的蒸汽取成了下一級較低參數(shù)的蒸汽，降低了回?zé)嵝Ч移茐牧烁骷訜崞鏖g的正常參數(shù)關(guān)系。而蒸汽夾帶水珠流經(jīng)管束尾部，特別對疏水冷段管束沖蝕危害甚大。另外，這兩相流體還會嚴(yán)重沖刷疏水管道及其附件，并產(chǎn)生振動，尤其對疏水管彎頭及疏水調(diào)節(jié)閥損害較大。因此，各電廠應(yīng)禁止長期無水位運行。熱工自動調(diào)節(jié)能滿足各種運行工況，保證調(diào)節(jié)性能，提高自動投入率，而運行人員應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督，一旦疏水自動調(diào)節(jié)裝置不能自動維持水位時，應(yīng)手動調(diào)節(jié)維持。

2）加大疏水通流面積。若原設(shè)計疏水通流面積過小，或由于疏水溫度過高及疏水管布置不合理造成壓降太大使疏水在流動中汽化而造成的疏水不暢，也可考慮擴(kuò)大疏水調(diào)節(jié)閥窗口面積。根據(jù)東北電管局的統(tǒng)計，其下屬200 MW機(jī)組除一臺外各高加均擴(kuò)大了疏水面積，擴(kuò)大幅度因廠而異。

3）改變疏水閥的位置。將高加疏水閥裝到疏水進(jìn)入下一設(shè)備的進(jìn)口附近，如將1號高加疏水閥由零米層移至除氧器平臺，對防止疏水在管道內(nèi)汽化而引起的三大通病有一定作用。

4）減緩對疏水管道彎頭的沖蝕。對現(xiàn)存的疏水管道特別是彎頭的沖蝕損害，可將調(diào)節(jié)閥后的管道和全部疏水管的彎頭壁加厚，彎頭還可采用局部擴(kuò)容減速或襯管，用三通代替90°彎頭，用不銹鋼彎頭代替碳鋼彎頭，做到定期檢查及時更換。

4.3 放空氣管及抽汽管道

高加在停放時，如不采取充蒸汽或充氮保護(hù)，空氣就會進(jìn)入高加，運行中進(jìn)入高加的抽汽也會帶入或分離出一些不凝結(jié)氣體，時間長了這些氣體會聚集在汽側(cè)某一部位，會大大降低蒸汽在管壁凝結(jié)的放熱強(qiáng)度，而不凝結(jié)氣體中的氧氣等還會造成管束腐蝕。美國工業(yè)界對內(nèi)部排氣系統(tǒng)的研究規(guī)定排氣口應(yīng)設(shè)在給水入口通道頂部附近，這樣可利用管束內(nèi)的壓差，來消除流動死區(qū)，并把不凝結(jié)氣體引向排氣孔。

國產(chǎn)高加空氣管設(shè)計多采用逐級回流，最后送到冷凝器的方案。國外引進(jìn)機(jī)組有的不采用此方法，理由是加熱器聚集過多的不凝結(jié)氣體，不僅影響熱交換，而且造成局部溫差過大，會對金屬產(chǎn)生不良影響。美國F.W公司在高加使用說明書中規(guī)定，不得將其它設(shè)備不凝結(jié)氣體輸入本級加熱器，故高加空氣管都是單獨引至冷凝器。

由于國產(chǎn)電動抽汽閥嚴(yán)密性和電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面的問題，電廠普遍反映抽汽閥關(guān)不嚴(yán)。高加故障時，如主機(jī)不停，高加無法隔離檢修，會影響投入率。一個補(bǔ)救的辦法，可在抽汽管道上加裝手動抽汽截止閥。另外，高加因故障停用時，如果給水進(jìn)出口閥門關(guān)閉嚴(yán)密，而抽汽閥門有泄漏時，被封閉在加熱器管側(cè)的給水受到漏入蒸汽的加熱，會使管束內(nèi)的水壓大幅度上升，嚴(yán)重的甚至引起超壓爆管。就此而言，加裝手動截止閥對于防止管束超壓也有好處。

4.4 高加的啟停

由于機(jī)組采用滑參數(shù)啟停，故高加可以隨同機(jī)組同時啟停。高加隨機(jī)啟動時，負(fù)荷逐漸增加，抽汽溫度、壓力、流量及加熱器水溫是逐漸上升的，金屬的溫升可控制在較小范圍內(nèi)，減少了管系與管板的溫差，可避免管系脹口松弛和管系膨脹不均而引起的漏泄。

當(dāng)然高加啟停中水位不易控制，一旦管系泄漏操作比較緊張。現(xiàn)各廠在可能情況下均采用隨機(jī)啟停的方式，其中重要的是溫升、溫降率的控制，因為溫升、溫降的速度直接影響焊縫受到的熱應(yīng)力。根據(jù)經(jīng)驗，通常以出口水溫的變化為判斷依據(jù)。哈爾濱鍋爐廠建議溫升不大于3～5℃/min，溫降不大于1.7℃/min，上海輔機(jī)廠提出的規(guī)定2℃/min和1.2℃/min。把溫降限制值小于溫升值，是由于停用時，總是先停抽汽，而給水仍通過加熱器，此時管壁溫度高于給水溫度，較冷的給水流經(jīng)管道，使管道首先冷卻收縮，容易在管道和管板的結(jié)合面上造成破壞。高加管束泄漏通常發(fā)生于高加停用后，因此在運行中不僅要重視溫升速度，也不能忽視對溫降率的控制。

5 結(jié)語

在運行當(dāng)中，高壓加熱器的泄漏的原因是多方面的，主要原因是由于高加換熱管口及換熱管道被沖刷及磨損所致，高加是否投入運行對機(jī)組負(fù)荷和經(jīng)濟(jì)性的影響很大。因此高壓加熱器在運行及檢修中，要求嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行操作，嚴(yán)禁高壓加熱器的快速加熱和快速冷卻。對發(fā)現(xiàn)的問題及時進(jìn)行分析處理，以免對設(shè)備造成更大的損失。