大唐臨汾熱電高加頻繁泄漏原因分析及預(yù)防措施

姚洋洋

摘 要：針對(duì)1號(hào)機(jī)組高加運(yùn)行頻繁發(fā)生泄漏，對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成極大的安全隱患。進(jìn)行詳細(xì)的理論和實(shí)際分析，得到預(yù)防措施，為機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和維護(hù)提供了技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：熱應(yīng)力；沖刷侵蝕；預(yù)防措施

1 簡(jiǎn)述

山西大唐國(guó)際臨汾熱電300MW機(jī)組高壓加熱器均為U型管臥式表面凝結(jié)型換熱器。采用內(nèi)置三段結(jié)構(gòu)，即過(guò)熱蒸汽冷卻段、凝結(jié)段、疏水冷卻段[1]。

作為汽輪發(fā)電機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)中的主要設(shè)備，其運(yùn)行狀況不僅影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，還直接影響著機(jī)組的安全運(yùn)行。由于1號(hào)機(jī)組高加運(yùn)行頻繁發(fā)生泄漏（2號(hào)高加2次，3號(hào)高加2次），經(jīng)常不得不退出運(yùn)行進(jìn)行檢修，對(duì)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成極大的安全隱患。因?yàn)楦呒铀畟?cè)壓力大于汽側(cè)壓力，一旦管系泄漏，給水就會(huì)沖入殼體，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)就會(huì)引起汽側(cè)滿水。水將有可能沿著抽汽管道倒灌入汽輪機(jī)，造成汽輪機(jī)機(jī)組振動(dòng)、動(dòng)靜碰摩甚至大軸彎曲等惡性事故。因此分析加熱器泄漏原因，找出對(duì)策，以盡可能減少泄漏具有十分重要的意義。

2 泄漏情況實(shí)例

2014年6月28日1號(hào)機(jī)3號(hào)高加正常疏水調(diào)門開度有逐漸增大的趨勢(shì)，根據(jù)1號(hào)機(jī)汽前泵電流變化趨勢(shì)以及3號(hào)高加端差變化情況分析1號(hào)機(jī)3號(hào)高加泄漏。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)3號(hào)高加出水室右上角部位有三根管束發(fā)生泄漏，進(jìn)行堵管處理，共堵管7根，7月1日3號(hào)高加水側(cè)恢復(fù)注水過(guò)程中發(fā)現(xiàn)2號(hào)高加泄漏（停機(jī)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)泄漏），泄漏部位與3號(hào)高加相同，一根管束泄漏，堵管6根。8月14日2號(hào)高加水側(cè)泄漏，原因?yàn)?號(hào)高加入水側(cè)堵頭脫落，8月25日3號(hào)高加泄漏，原因?yàn)槎骂^焊口開裂。

3 高加泄漏主要原因分析

3.1 工況變化，材料所受熱應(yīng)力變化大

3號(hào)高加泄漏都是發(fā)生在高加注水結(jié)束后或者高加投運(yùn)初期，高加溫度變化劇烈的情況下。2號(hào)高加泄漏原因之一是高加出水側(cè)堵頭脫落，3號(hào)高加泄漏原因?yàn)槎骂^焊口開裂。在高加注水（除氧器水溫偏高）過(guò)程以及機(jī)組打閘停機(jī)后，高加出口溫度變化速率較快（5.3℃/min）。說(shuō)明高壓加熱器在啟停過(guò)程中、調(diào)峰時(shí)負(fù)荷變化速度太快、主機(jī)或加熱器故障而快速停運(yùn)加熱器時(shí)，都會(huì)使金屬溫升率、溫降率超過(guò)規(guī)定，使高壓加熱器的管子和管板受到較大的熱應(yīng)力，又因管子管壁薄收縮快，管板厚收縮慢，常導(dǎo)致管子和管板的焊縫或脹接處損壞，引起端口泄露。另外，若堵頭材質(zhì)膨脹系數(shù)與高加管束膨脹系數(shù)不同，也會(huì)造成堵頭脫落或焊縫開裂。

加熱器冷態(tài)啟動(dòng)或者加熱器運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，溫度的變化率限定在≤55℃/h。必要時(shí)可允許變化率≤110℃/h。高壓加熱器預(yù)計(jì)循環(huán)壽命當(dāng)溫度變化率限制在≤110℃/h，允許無(wú)限次熱循環(huán)，此時(shí)的熱沖擊對(duì)加熱器是處在安全范圍內(nèi)的。而超過(guò)110℃/h，則加熱器的壽命會(huì)受到有害影響，超過(guò)越多，影響越大，循環(huán)使用次數(shù)越少。

3.2 工況惡劣，沖刷侵蝕嚴(yán)重

機(jī)組正常運(yùn)行期間3號(hào)高加汽側(cè)壓力在0.9MPa～1.9MPa之間，蒸汽溫度在440℃左右，2號(hào)高加汽側(cè)壓力在1.8MPa～4.06MPa之間，蒸汽溫度在310℃。2、3號(hào)高加水側(cè)壓力基本不變（僅存在管道沿程損失），2、3號(hào)高加運(yùn)行工況惡劣，故容易造成2、3號(hào)高加泄漏情況。

沖刷侵蝕產(chǎn)生主要原因是加熱器內(nèi)部產(chǎn)生汽水兩相流，鋼管外壁受沖 刷變薄，發(fā)生穿孔或受給水壓力而鼓破。產(chǎn)生汽水兩相流的主要原因：

（1）當(dāng)高加內(nèi)某根鋼管發(fā)生泄漏時(shí)，高壓給水就從泄漏處進(jìn)入汽側(cè)，汽水兩相流強(qiáng)烈沖刷周圍管束。

（2）甩負(fù)荷時(shí)抽汽壓力突然降低容易在疏水冷卻段發(fā)生閃蒸現(xiàn)象，造成汽水兩相流沖刷鋼管。

（3）高壓加熱器低水位運(yùn)行將引起加熱器內(nèi)部汽水兩相流，導(dǎo)致加熱器傳熱管損壞。

（4）是過(guò)熱蒸汽冷卻段內(nèi)部及其出口的蒸汽達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的過(guò)熱度引起的[3]。

3.3 高加投運(yùn)過(guò)程中正常疏水管頻繁振動(dòng)

1號(hào)機(jī)機(jī)組高加正常疏水管道自機(jī)組試運(yùn)投產(chǎn)以來(lái)在機(jī)組啟動(dòng)投運(yùn)高加時(shí)一直存在著較為明顯的振動(dòng)現(xiàn)象，造成高壓加熱器不能正常隨機(jī)滑啟投運(yùn)，直接影響機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間、汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性和回?zé)嵝剩瑫r(shí)也是造成高壓加熱器泄露的一方面原因。振動(dòng)原因是給水溫度過(guò)低或機(jī)組超負(fù)荷等情況，造成通過(guò)加熱器鋼管間蒸汽流量和流速超過(guò)設(shè)計(jì)值較多，具有一定彈性的管束在給水?dāng)_動(dòng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，若管束發(fā)生共振會(huì)導(dǎo)致管束損壞[2]。

3.4 機(jī)組ACE模式負(fù)荷變化大

300MW機(jī)組作為電網(wǎng)的主力調(diào)峰機(jī)組，頻繁投入ACE模式，在此模式下負(fù)荷變化頻繁，變化范圍大，造成高加管束存在交變熱應(yīng)力。在目前6MW/min負(fù)荷變化率的情況下高加出水溫度最大至2℃/min。負(fù)荷變化速度快給高壓加熱器帶來(lái)的熱沖擊，機(jī)組調(diào)整負(fù)荷時(shí)速度過(guò)快，對(duì)應(yīng)抽汽壓力、抽汽溫度等參數(shù)變化過(guò)快，加熱器U型管與管板焊縫由于受激烈的溫度交變熱應(yīng)力作用而容易損壞，尤其在機(jī)組甩負(fù)荷或高加緊急解列時(shí)，對(duì)高加的影響很大，常此以往，加熱器U型管長(zhǎng)期受熱疲勞而容易損壞泄漏。

3.5 檢修質(zhì)量不良

以往高加泄漏時(shí)補(bǔ)焊、堵漏的工藝不到位，因管板與U型管接口密集，補(bǔ)焊地方太大會(huì)造成管板熱應(yīng)力變形，拉裂管板與U型管的焊口，補(bǔ)焊地方太小會(huì)造成焊接質(zhì)量不到，高加投運(yùn)時(shí)未發(fā)生泄漏，運(yùn)行一定的時(shí)間后會(huì)發(fā)生泄漏。

4 預(yù)防措施

針對(duì)以上分析原因，為了預(yù)防高加頻繁泄露，在機(jī)組啟停機(jī)以及正常運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)遵循以下原則：

（1）為控制機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中高加溫度變化速率，除氧器上水結(jié)束后立即進(jìn)行高加水側(cè)注水，保證高加注水過(guò)程中高加水側(cè)溫升小于40℃，控制高加注水時(shí)間大于1小時(shí)。

（2）機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，鍋爐開始上水時(shí)應(yīng)控制調(diào)門小于10%，控制高加出口水溫變化速度小于2℃/min，待高加出口溫度與除氧器水溫差小于20℃時(shí)根據(jù)鍋爐上水要求控制上水速度。

（3）機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中，高加投、退過(guò)程中嚴(yán)格控制高加出口給水溫變變化速率小于2℃/min。

（4）為減小停機(jī)后高加溫度變化問(wèn)題，在機(jī)組停機(jī)前緩慢退出1號(hào)機(jī)高加組運(yùn)行。

（5）加強(qiáng)檢修工的培訓(xùn)，提高檢修質(zhì)量，保證焊口一次性處理到位，不發(fā)生重復(fù)缺陷，減少設(shè)備投入、退出的次數(shù)。加強(qiáng)缺陷的各級(jí)驗(yàn)收質(zhì)度，高加泄漏的缺陷必須經(jīng)過(guò)班組、專業(yè)、金屬監(jiān)督人員、生產(chǎn)技術(shù)部進(jìn)行驗(yàn)收，合格后再回裝設(shè)備。

（6）不允許機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)行，尤其是供熱期間，加強(qiáng)主蒸汽流量和鍋爐總風(fēng)量的監(jiān)視，保證機(jī)組、高加不過(guò)負(fù)荷。

（7）盡量減少機(jī)組的ACE投入率，保持機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

高壓加熱器的泄露問(wèn)題對(duì)火電廠的安全經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)有非常重要的影響作用，因此，在運(yùn)行工作中要高度重視，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及早發(fā)現(xiàn)并正確處理。要從運(yùn)行、檢修、維護(hù)各方面不斷的完善提高，找對(duì)策減少高加故障，尤其是泄漏方面的故障，以促進(jìn)發(fā)電機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]孟兆鵬.集控運(yùn)行規(guī)程[Z].山西大唐國(guó)際臨汾熱電有限責(zé)任公司，2013，10.

[2]阮濤，楊義波.火電廠熱力系統(tǒng)及輔助設(shè)備[D].鄭州電力高等專科學(xué)校，2002.

[3]大唐國(guó)際發(fā)電股份有限公司.全能值班員技能提升指導(dǎo)叢書：汽輪機(jī)分冊(cè)[M].中國(guó)電力出版杜，2008.