亞臨界機組高加泄漏故障分析與對策

于一利（華電國際萊城發(fā)電廠，山東　萊蕪　271100）

?維護與修理?

亞臨界機組高加泄漏故障分析與對策

于一利
（華電國際萊城發(fā)電廠，山東萊蕪271100）

針對火電廠高壓加熱器工作環(huán)境導(dǎo)致鋼管頻繁泄漏問題，介紹了高壓加熱器泄漏的現(xiàn)象和對機組的影響，對比高壓加熱器解列前后的參數(shù)變化，提出了高壓加熱器泄漏的預(yù)防措施。避免了事故擴大，保證了機組運行。

泄漏；高壓加熱器；投入率；解列；疏水

大型汽輪機普遍采用給水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)來提高機組熱經(jīng)濟性，高壓加熱器的投入率是經(jīng)濟指標(biāo)中非常重要的考核指標(biāo)。近年來大容量、高參數(shù)等超超臨界機組的快速發(fā)展，高壓加熱器承受的壓差和溫差越來越大，在運行中還有負荷突變、旁路切換、快速啟停等因素都會引起壓力和溫度的大幅變化，導(dǎo)致高壓加熱器管束的熱疲勞、泄漏。

一、高壓加熱器泄漏的現(xiàn)象

1.案例概述

（1）2011年11月04日3號高壓加熱器檢漏發(fā)現(xiàn)有6根鋼管泄漏。將泄漏的6根及周邊鋼管用專用堵頭進行了封堵，共封堵鋼管21根。

（2）2013年5月27日3號高壓加熱器解除隔離放水冷卻后，打開人孔門從汽側(cè)注入壓縮空氣檢漏發(fā)現(xiàn)有5根鋼管泄漏。將泄漏的5根及周邊鋼管用專用堵頭進行了封堵，共封堵鋼管12根。

2.現(xiàn)象分析

（1）高壓加熱器高水位信號報警，但是由于高壓加熱器正常疏水調(diào)閥動作開大，仍能調(diào)整高壓加熱器水位正常，所以在高壓加熱器泄漏之初可能不易發(fā)覺；嚴(yán)重的話，高壓加熱器事故疏水閥頻繁動作或全開。

（2）隨著泄漏量的逐步增加，給水側(cè)的給水大量快速漏入汽側(cè)，然后通過疏水自流至除氧器，嚴(yán)重的會漏入抽汽管道，引起汽輪機進水。為了穩(wěn)定汽包水位，給水泵轉(zhuǎn)速迅速增加，給水流量快速增大，引起汽包水位的大幅波動，如表1所示。

240MW同樣負荷相同壓力下，解列前比解列后給水泵轉(zhuǎn)速高約250r/min，兩臺給水泵的流量之和高于給水母管流量300t/h，即使扣除主、再熱蒸汽使用的減溫水量80t/h，泄漏量也達到了220t/h。

（3）高壓加熱器下端差增大，解列前比解列后高9.4℃。

表1　240MW負荷下高壓加熱器解列前后參數(shù)對比表

（4）就地在給水人空門處傾聽，聲音明顯較2號機組3號高壓加熱器大，并有明顯的水流聲。

（5）滿水嚴(yán)重時抽汽溫度下降，抽汽管道振動大，法蘭結(jié)合面處冒汽。

（6）高壓加熱器泄漏后，管道設(shè)備傳熱惡化，引起給水溫度緩慢降低。

表2　部分國產(chǎn)機組高壓加熱器解列時機組熱耗率增加值

二、高壓加熱器泄漏對機組的影響

1.事故擴大

高壓加熱器發(fā)生泄漏的危險后，應(yīng)該立即解列。如果停止不及時，高壓的給水就會對泄漏點附近的管束產(chǎn)生熱沖擊、進而導(dǎo)致管束泄漏部位增多，使得泄漏事故范圍擴大，所以在發(fā)現(xiàn)高壓加熱器泄漏時必須緊急解列高壓加熱器進行消壓堵漏。

2.機組參數(shù)異常

在高壓加熱器停運檢修過程中，大量的抽汽返回汽輪機做功，鍋爐給水的溫度逐漸降低。據(jù)表1可知：給水溫度在高壓加熱器投入時為268℃，給水溫度在高壓加熱器解列停止后僅為165℃。為保證機組負荷，如果鍋爐滿足調(diào)度負荷，保證額定的蒸汽參數(shù)，鍋爐需要增加燃燒率、增大燃煤量，保證合適的氧量需要增加送引風(fēng)機的出力。主再熱汽溫升高為維持額定主再熱蒸汽溫度，在燃燒器擺角擺到最低時就會增加減溫水量；使得機組經(jīng)濟性下降。表1顯示鍋爐二次風(fēng)溫由283℃降到258℃，鍋爐送風(fēng)溫度下降，影響穩(wěn)定鍋爐燃燒的基礎(chǔ)。

3.機組不穩(wěn)定

高壓加熱器解列后，使得汽輪機末幾級蒸汽流量增大，加劇了葉片的腐蝕；如果機組負荷維持不變，仍要滿足調(diào)度負荷的需要，那么汽輪機監(jiān)視段壓力都要升高，停用的1號、2號、3號高壓加熱器抽汽口附近的各級葉片軸向推力增大，葉片隔板的前后的軸向推力較設(shè)計值明顯增大，為保證機組的安全性，勢必要限制機組的負荷。

4.高壓加熱器投入率低

高壓加熱器泄漏，每次順利處理需要40h，如果機組老化、系統(tǒng)閥門不嚴(yán)密、隔離不徹底等問題，還會增加工作冷卻時間，直接影響了高壓加熱器的投入率，影響機組整體熱耗率，停用高壓加熱器時機組熱耗的增加了3.6%，如表2所示表示。

三、高壓加熱器泄漏原因分析

1.熱疲勞破損

由于3號高壓加熱器運行環(huán)境比較惡劣，對于同臺機組的3臺高壓加熱器而言，3號高壓加熱器水側(cè)壓力最高，而汽側(cè)壓力最低，管束壓差大；汽側(cè)溫度在430℃左右，水側(cè)溫度在160℃左右。高壓加熱器投運或負荷變化時，水、汽側(cè)壓差變化大、溫差變化大，以致管口及管子經(jīng)受熱應(yīng)力。長期運行造成鋼管熱疲勞破損，這個應(yīng)該是主要原因。

2.存在管束振動

進汽口等處如果蒸汽流速變化易形成管子振動，可能管子與隔板間相互摩擦以致磨損和破壞。

3.沖刷侵蝕

當(dāng)高壓加熱器內(nèi)某根管子受到?jīng)_刷而泄漏的時候，泄漏處的高壓鍋爐給水會以極快的速度、動力將附近的換熱設(shè)備沖擊損毀；再一個，防沖板的質(zhì)量差、品質(zhì)低，在安裝過程中固定焊接的方式不正確等因素，造成管子在長時間的運行中被沖刷振動、最后導(dǎo)致管子發(fā)生脫落的嚴(yán)重后果。所以蒸汽或疏水的高溫高壓直接沖擊時，防護板已經(jīng)起不到防沖刷保護的作用。

4.高壓加熱器在投運或停運過程中操作不當(dāng)

高壓加熱器啟動運行前暖管遲緩、沒有提前暖管，在升負荷快速的投入時，流經(jīng)加熱器的給水進出口溫度的變化率很大；此時的真空比較高、高溫高壓的汽輪機抽汽迅速的流入高壓加熱器過熱疏水段后，對于較厚的管子進行加熱但速率低，但是對較薄的管束加熱快、溫度升高的很快，于是在管束之間引起管束的吸熱不平衡，進而連接的設(shè)備上面分布了大小不一的熱應(yīng)力，最終使得U型管束變脆、產(chǎn)生劇烈的熱變形，導(dǎo)致管束泄漏。

同樣原理高壓加熱器解列過程中，高壓加熱器內(nèi)上部管束溫降滯后，鋼管與脹口存在的溫差很大，連接部分極易產(chǎn)生熱變形。

5.材質(zhì)、檢修工藝差

管子材質(zhì)差、管壁簿厚不均勻、鋼管本來就有缺陷，脹口處存在熱應(yīng)力、焊接不合適、鋼管表面有明顯的劃痕等，在加熱器的工作環(huán)境發(fā)生惡劣的變化時，管子可能會引起大的變形，導(dǎo)致大量的管子破壞；每逢管子泄漏檢修恢復(fù)時，各廠大量采用錐形塞來進行焊接堵管，進行堵漏。工作人員工作不仔細、捶擊力量不平衡、塞子產(chǎn)生傾斜破裂等后果，使得泄漏點擴大的嚴(yán)重后果；在焊接過程中，如果檢修人員尋找焊縫的位置不準(zhǔn)確、選擇焊塞的尺寸不合適、預(yù)熱部位和預(yù)熱時間不合適，均會引起相鄰的管子或是相鄰的管板等連接的部位產(chǎn)生新的破壞，并且發(fā)生不應(yīng)該的新的泄漏，擴大事故后果。

四、高壓加熱器泄漏的處理措施

1.鋼管泄漏

通過對高壓加熱器多次堵漏發(fā)現(xiàn)，泄漏鋼管的位置主要集中在過熱蒸汽冷卻段，位于熱抽汽口的的近端口部位，均是位于過熱蒸汽冷卻段區(qū)域的隔板附近。大概原因是：機組正常運行時高壓加熱器正常投入時，從汽輪機來的大量高溫高壓抽汽，最先經(jīng)過的是過熱蒸汽冷卻段進行初次加熱，蒸汽冷卻后再進入蒸汽凝結(jié)段放熱后凝結(jié)成疏水，最后大量的疏水再經(jīng)過疏水冷卻段放出最后的熱量，逐級自流到下一級加熱器。在整個加熱過程中離抽汽口近的管束直接承受高溫蒸汽沖刷，于是管束發(fā)生最劇烈的加熱振動，并且由于時間的延續(xù)管壁磨損的也最嚴(yán)重，最終造成管壁減薄發(fā)生泄漏。

對高壓加熱器管束進行泄漏，封堵管道是一種簡單又主要的修復(fù)手段。堵管前弄清楚管束泄漏的形式、位置及數(shù)量。一定要將高壓加熱器被堵管的端頭部位處理好，不存在毛刺等污點，必須保證管空或管板空清潔、圓整無污物，堵頭與鋼管有全面的接觸，選擇合適的堵管方式工藝，保證堵管的質(zhì)量。

2.高壓加熱器的啟停

由于機組都是滑參數(shù)啟停，高壓加熱器也是隨機組同時啟停。在高壓加熱器啟動過程中，由于疏水會產(chǎn)生兩項流體的流動，流體流速加快，高壓加熱器水位是很難控制的。因此，要對高壓加熱器進行預(yù)熱，由于位置及壓力差比較小，正常疏水閥調(diào)整不穩(wěn)定，于是用事故疏水閥控制好水位、避免無水位運行。等負荷大于60MW時，及時投運高壓加熱器就不會引起水位大幅波動的情況了。

啟動時的溫升率上海電氣要求小于1.83℃/min，使得熱應(yīng)力不至于太大。停止時，都是從1號到3號高壓加熱器先停止抽汽，給水最后才切大旁路，給水仍通過加熱器，由于高壓加熱器管壁溫度大于給水溫度的，溫度低的鍋爐給水流過高溫的高壓加熱器時，管道就會受到冷卻而收縮，于是就在管道和管板結(jié)合面上產(chǎn)生熱應(yīng)力而造成破壞，有時停機后加熱器泄漏原因就是溫降率太大引起的。

3.啟動空氣管及連續(xù)排汽

高壓加熱器停運后，如不采用充氮保護，空氣肯定就會進入高壓加熱器內(nèi)部汽側(cè)，因此，高壓加熱器啟動時一定要開啟啟動放氣門，把漏入的不凝結(jié)空氣排出來，防止聚集在汽側(cè)的某一死角，降低蒸汽在管壁凝結(jié)的放熱強度。正常運行時，高壓加熱器的連續(xù)排汽一定要全開，防止不凝結(jié)的氧氣造成管束腐蝕。

高壓加熱器檢漏時，多采用通入壓縮空氣加壓的方法，此時，汽側(cè)積聚了滿滿的空氣，投運高壓加熱器時，一定先開啟啟動排汽，放凈空氣、壓力到零后再投運高壓加熱器。避免投運高壓加熱器時，大量的空氣進入凝汽器，造成真空下降，甚至跳機的危險。

五、結(jié)語

高壓加熱器泄漏故障是高壓加熱器故障中常發(fā)的故障，也是危險最大的故障。因此，要在檢修時認(rèn)真處理、正常運行中提前預(yù)防，并能夠在事故未擴大前提前發(fā)現(xiàn)并正確停運消缺，保證機組高效可靠的運行。參考文獻：

［1］楊忠國，霍本茂.超臨界600MW機組高壓加熱器缺陷探討［J］.黑龍江電力，2010，（2）：143-144.

［2］張維科.高壓加熱器換熱管管口泄漏及氦質(zhì)譜技術(shù)在檢漏中的應(yīng)用［J］.熱力發(fā)電，2010.（2）：98-100.

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1671-0711（2015）11-0067-03