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1號機組高加運行頻繁發(fā)生泄漏，對機組安全經(jīng)濟運行造成極大的安全隱患。進行詳細的理論和實際分析，得到預(yù)防措施，為機組的安全、經(jīng)濟運行和維護提供了技術(shù)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：熱應(yīng)力；沖刷侵蝕；預(yù)防措施

1 簡述

山西大唐國際臨汾熱電300MW機組高壓加熱器均為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)，即過熱蒸汽冷卻段、凝結(jié)段、疏水冷卻段[1]。

作為汽輪發(fā)電機組回?zé)嵯到y(tǒng)中的主要設(shè)備，其運行狀況不僅影響機組的經(jīng)濟性，還直接影響著機組的安全運行。由于1號機組高加運行頻繁發(fā)生泄漏（2號高加2次，3號高加2次），經(jīng)常不得不退出運行進行檢修，對機組安全經(jīng)濟運行造成極大的安全隱患。因為高加水側(cè)壓力大于汽側(cè)壓力，一旦管系泄漏，給水就會沖入殼體，如果發(fā)現(xiàn)不及時就會引起汽側(cè)滿水。水將有可能沿著抽汽管道倒灌入汽輪機，造成汽輪機機組振動、動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，找出對策，以盡可能減少泄漏具有十分重要的意義。

2 泄漏情況實例

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

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號高加泄漏都是發(fā)生在高加注水結(jié)束后或者高加投運初期，高加溫度變化劇烈的情況下。2號高加泄漏原因之一是高加出水側(cè)堵頭脫落，3號高加泄漏原因為堵頭焊口開裂。在高加注水（除氧器水溫偏高）過程以及機組打閘停機后，高加出口溫度變化速率較快（5.3℃/min）。說明高壓加熱器在啟停過程中、調(diào)峰時負荷變化速度太快、主機或加熱器故障而快速停運加熱器時，都會使金屬溫升率、溫降率超過規(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，也會造成堵頭脫落或焊縫開裂。

加熱器冷態(tài)啟動或者加熱器運行工況發(fā)生變化時，溫度的變化率限定在≤55℃/h。必要時可允許變化率≤110℃/h。高壓加熱器預(yù)計循環(huán)壽命當(dāng)溫度變化率限制在≤110℃/h，允許無限次熱循環(huán)，此時的熱沖擊對加熱器是處在安全范圍內(nèi)的。而超過110℃/h，則加熱器的壽命會受到有害影響，超過越多，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

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

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，高壓給水就從泄漏處進入汽側(cè)，汽水兩相流強烈沖刷周圍管束。

（2）甩負荷時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）是過熱蒸汽冷卻段內(nèi)部及其出口的蒸汽達不到設(shè)計要求的過熱度引起的[3]。

3.3 高加投運過程中正常疏水管頻繁振動

1號機機組高加正常疏水管道自機組試運投產(chǎn)以來在機組啟動投運高加時一直存在著較為明顯的振動現(xiàn)象，造成高壓加熱器不能正常隨機滑啟投運，直接影響機組啟動時間、汽輪機運行的安全性和回?zé)嵝剩瑫r也是造成高壓加熱器泄露的一方面原因。振動原因是給水溫度過低或機組超負荷等情況，造成通過加熱器鋼管間蒸汽流量和流速超過設(shè)計值較多，具有一定彈性的管束在給水?dāng)_動力的作用下會產(chǎn)生振動，若管束發(fā)生共振會導(dǎo)致管束損壞[2]。

3.4 機組ACE模式負荷變化大

300MW機組作為電網(wǎng)的主力調(diào)峰機組，頻繁投入ACE模式，在此模式下負荷變化頻繁，變化范圍大，造成高加管束存在交變熱應(yīng)力。在目前6MW/min負荷變化率的情況下高加出水溫度最大至2℃/min。負荷變化速度快給高壓加熱器帶來的熱沖擊，機組調(diào)整負荷時速度過快，對應(yīng)抽汽壓力、抽汽溫度等參數(shù)變化過快，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，尤其在機組甩負荷或高加緊急解列時，對高加的影響很大，常此以往，加熱器U型管長期受熱疲勞而容易損壞泄漏。

3.5 檢修質(zhì)量不良

以往高加泄漏時補焊、堵漏的工藝不到位，因管板與U型管接口密集，補焊地方太大會造成管板熱應(yīng)力變形，拉裂管板與U型管的焊口，補焊地方太小會造成焊接質(zhì)量不到，高加投運時未發(fā)生泄漏，運行一定的時間后會發(fā)生泄漏。

4 預(yù)防措施

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

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

（2）機組啟動過程中，鍋爐開始上水時應(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℃時根據(jù)鍋爐上水要求控制上水速度。

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

（4）為減小停機后高加溫度變化問題，在機組停機前緩慢退出1號機高加組運行。

（5）加強檢修工的培訓(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)。加強缺陷的各級驗收質(zhì)度，高加泄漏的缺陷必須經(jīng)過班組、專業(yè)、金屬監(jiān)督人員、生產(chǎn)技術(shù)部進行驗收，合格后再回裝設(shè)備。

（6）不允許機組超負荷運行，尤其是供熱期間，加強主蒸汽流量和鍋爐總風(fēng)量的監(jiān)視，保證機組、高加不過負荷。

（7）盡量減少機組的ACE投入率，保持機組負荷穩(wěn)定經(jīng)濟運行。

5 結(jié)束語

高壓加熱器的泄露問題對火電廠的安全經(jīng)濟生產(chǎn)有非常重要的影響作用，因此，在運行工作中要高度重視，出現(xiàn)問題時及早發(fā)現(xiàn)并正確處理。要從運行、檢修、維護各方面不斷的完善提高，找對策減少高加故障，尤其是泄漏方面的故障，以促進發(fā)電機組的安全經(jīng)濟運行。

參考文獻

[1]孟兆鵬.集控運行規(guī)程[Z].山西大唐國際臨汾熱電有限責(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：汽輪機分冊[M].中國電力出版杜，2008.