高壓加熱器頻繁泄漏原因分析及優(yōu)化處理措施

薛 旻

（華潤(rùn)電力（常熟）有限公司，江蘇常熟 215536）

0 概述

華潤(rùn)電力(常熟)有限公司3號(hào)機(jī)組為東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)制造的CLN 600-24.2/538/566型超臨界壓力汽輪機(jī)組，機(jī)組抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)配置3臺(tái)高壓加熱器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)高加），汽輪機(jī)的抽汽通過(guò)高加傳熱管束與給水換熱，提高給水溫度，減少汽輪機(jī)向凝汽器的排汽量，改善汽輪機(jī)的通流特性和機(jī)組的熱量損失，降低煤耗，提高機(jī)組循環(huán)熱效率。該機(jī)組高加由上海動(dòng)力設(shè)備廠設(shè)計(jì)制造，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為表面換熱式、臥式安裝、U形傳熱管、雙流程，內(nèi)設(shè)過(guò)熱蒸汽冷卻段、凝結(jié)段、疏水冷卻段，換熱管與管板之間采用爆炸脹管加密封焊，水室人孔采用自密封結(jié)構(gòu)。

1 問(wèn)題

機(jī)組于2005年投用，自2010年起，3號(hào)高加在運(yùn)行中已多次出現(xiàn)泄漏故障，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。近幾年，3號(hào)高加幾乎達(dá)到了逢啟停必泄漏的程度。

2 原因分析

2.1 投運(yùn)/退出時(shí)給水溫度變化率較大

機(jī)組啟停或高加檢修的投退過(guò)程中，應(yīng)控制給水溫度變化率，按照廠家要求，給水溫度變化率應(yīng)≯1℃/min，最大不得超過(guò)1.8℃/min，這個(gè)溫度變化率可使厚實(shí)的水室鍛件、殼體和管束有足夠的時(shí)間均勻地吸熱或散熱，防止熱沖擊過(guò)大對(duì)高加造成損傷。但在實(shí)際投運(yùn)過(guò)程中，由于高加進(jìn)汽電動(dòng)門(mén)內(nèi)漏較大或電動(dòng)門(mén)開(kāi)啟幅度較大，抽汽逆止門(mén)開(kāi)啟后使得高加溫升速度過(guò)大，造成高溫高壓蒸汽進(jìn)入高加后，管壁較薄的傳熱管與較厚的管板溫升速度不一致，溫升不一致產(chǎn)生的熱應(yīng)力使傳熱管變形或焊接區(qū)域拉裂造成泄漏。雖然該機(jī)組高加投運(yùn)時(shí)的溫升明顯大于廠家規(guī)定值，但相比該廠采用同樣投退方式的1/2號(hào)機(jī)組，其3號(hào)高加在機(jī)組運(yùn)行中并未出現(xiàn)明顯的泄漏現(xiàn)象，因此，投運(yùn)時(shí)溫度變化率并非導(dǎo)致3號(hào)高加頻繁泄漏的主要原因。

2.2 水側(cè)與汽側(cè)的溫差、壓差較大

高加投運(yùn)時(shí)，汽側(cè)按由低到高的順序進(jìn)行投運(yùn)，因此3號(hào)高加最先投運(yùn)，高壓給水對(duì)U形鋼管造成的高壓水沖擊最大，尤其是U形管彎管處受到的沖刷最嚴(yán)重。機(jī)組正常運(yùn)行中，3號(hào)高加水側(cè)與汽側(cè)的溫差達(dá)到300℃，壓差達(dá)到20 MPa，是3臺(tái)高加中工況最?lèi)毫拥模S著高加運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，受到的疲勞損傷最為嚴(yán)重。雖然3號(hào)高加的惡劣運(yùn)行工況是造成泄漏的重要原因，但受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的制約，不進(jìn)行技術(shù)改造，高加運(yùn)行工況無(wú)法得到改善。

2.3 負(fù)荷變化速率大

隨著電網(wǎng)對(duì)機(jī)組AGC投入率要求的不斷提高，機(jī)組正常運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)遇到快速加減負(fù)荷的情況，此時(shí)相應(yīng)的抽汽溫度與壓力也會(huì)迅速變化，而相應(yīng)給水溫度的變化比抽汽溫度變化小，高加U形管以及管板焊縫處由于受到強(qiáng)烈的溫度交變熱應(yīng)力而更容易損壞，尤其在機(jī)組緊急甩負(fù)荷或高加緊急解列時(shí)，給高加帶來(lái)的熱沖擊更大，高加U形管長(zhǎng)期受熱疲勞而容易損壞泄漏。但存在相同工況的1/2號(hào)機(jī)組，并未出現(xiàn)頻繁的泄漏情況，說(shuō)明負(fù)荷變化速率大不是高加泄漏的主要原因。

2.4 檢修質(zhì)量差

高加的泄漏往往在機(jī)組運(yùn)行中或機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)，而在機(jī)組啟動(dòng)或運(yùn)行中將高加隔離進(jìn)行查漏、堵漏時(shí)，由于受高加溫度、閥門(mén)泄漏等客觀因素的制約，很難保證檢修工藝質(zhì)量。例如：因高加汽側(cè)進(jìn)汽門(mén)不嚴(yán)，高加內(nèi)部水室溫度高，檢修人員無(wú)法進(jìn)行管口預(yù)熱，堵漏焊接后應(yīng)力較大，影響檢修質(zhì)量。機(jī)組停運(yùn)檢修時(shí)，對(duì)3號(hào)高加進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分堵管焊疤處存在泄漏現(xiàn)象，尤其是部分死角，由于受水室隔板的空間制約，無(wú)法保證該區(qū)域的焊接堵管質(zhì)量。檢修時(shí)堵管區(qū)域能明顯看出部分焊疤存在脫落現(xiàn)象。另外，檢修時(shí)的渦流檢測(cè)（渦流檢測(cè)僅能檢測(cè)缺陷管）報(bào)告顯示，換熱管缺陷數(shù)與1/2號(hào)機(jī)組差異不大，說(shuō)明該機(jī)組3號(hào)高加原堵漏處存在較大的重復(fù)泄漏狀況，因此判斷，高加檢修尤其是運(yùn)行中搶修時(shí)工藝質(zhì)量難以保證是3號(hào)高加頻繁泄漏的主要原因。

2.5 灌水降溫加大高加損傷。

機(jī)組啟動(dòng)或運(yùn)行中解列高加，由于熱傳導(dǎo)或汽側(cè)閥門(mén)內(nèi)漏，導(dǎo)致解列后高加內(nèi)溫度仍然較高，開(kāi)啟人孔自然降溫?zé)o效，此時(shí)只能采用灌水強(qiáng)制降溫的方式，因高加管材較薄管板較厚，易造成高加管材與管板溫降不一致，產(chǎn)生的交變熱應(yīng)力加大高加的損傷，增加高加泄漏點(diǎn)。機(jī)組啟動(dòng)或運(yùn)行中搶修時(shí)，曾多次采用灌水降溫的方式來(lái)縮短搶修時(shí)間，而1/2號(hào)機(jī)組從未采用過(guò)灌水降溫的方式，因此，灌水降溫也是導(dǎo)致高加頻繁泄漏的重要原因。

2.6 堵頭與U形管材料不一致

高加搶修過(guò)程中，往往由于短時(shí)無(wú)法找到與管材一致的堵頭，采用材料相近的堵頭代替，材料不同的堵頭膨脹系數(shù)不同，長(zhǎng)期運(yùn)行易因膨脹系數(shù)不同而造成高加管板脹裂或拉裂。該機(jī)組早期進(jìn)行高加堵漏時(shí)，由于對(duì)檢修工藝的不重視以及受條件的制約，曾采用不銹鋼堵頭代替20G堵頭，導(dǎo)致該區(qū)域重復(fù)泄漏率非常高。

3 改進(jìn)措施

（1）機(jī)組停運(yùn)后，采用高加自然降溫的方式，待充分降溫后再打開(kāi)高加人孔門(mén)，進(jìn)行檢修工作。

（2）對(duì)5000多根高加管束進(jìn)行渦流檢測(cè)，檢測(cè)高加管束的損傷情況，參考渦流檢測(cè)報(bào)告，提前處理存在損傷的換熱管。

（3）打磨掉并清理原電焊焊疤，對(duì)原有堵頭進(jìn)行檢測(cè)，若材料與U形管材不一致，更換新堵頭。

（4）使用加熱棒加熱打磨拋光后的管板區(qū)域到130℃（管束內(nèi)有積水會(huì)造成積水沸騰，影響加熱棒工作，可以結(jié)合火焰加熱方式進(jìn)行預(yù)熱），預(yù)熱可以減少電焊熱應(yīng)力對(duì)管板的影響，降低電焊后焊疤出現(xiàn)裂紋的可能性。

（5）采用氬弧焊對(duì)打磨過(guò)的管口、管板進(jìn)行修復(fù)焊接，同時(shí)對(duì)需要堵管的U形管進(jìn)行堵管焊接。每焊一層后敲掉焊渣，焊接后拋光焊縫著色檢驗(yàn)，焊接面不高于管板平面2 mm。

（6）焊接完畢后對(duì)焊接處進(jìn)行局部退火處理，溫度為120℃，消除焊接熱應(yīng)力。

（7）堵管、補(bǔ)焊、修復(fù)完畢后，使用壓縮空氣對(duì)高加進(jìn)行查漏，通入壓縮空氣后，在水側(cè)管板涂抹肥皂液進(jìn)行查找，查找有無(wú)新的管口漏點(diǎn)或者焊疤上的泄漏點(diǎn)。如發(fā)現(xiàn)新漏點(diǎn)，做好相應(yīng)的標(biāo)記，然后將高加汽側(cè)的壓縮空氣泄掉，重復(fù)上述的修補(bǔ)措施，再進(jìn)行打壓查漏，直至高加氣密性試驗(yàn)合格。

4 工藝優(yōu)化

（1）在機(jī)組運(yùn)行中嚴(yán)格控制高加水位，保持高加水位平穩(wěn)，機(jī)組運(yùn)行中監(jiān)視3號(hào)高加調(diào)門(mén)開(kāi)度的變化。

（2）投運(yùn)或退出3號(hào)高加時(shí)，嚴(yán)格控制給水溫度變化率＜1.8℃/min,發(fā)現(xiàn)高加泄漏，立即緩慢切除高加，避免泄漏管束長(zhǎng)期運(yùn)行，高壓給水吹損周邊管束，加大高加泄漏。

（3）高加投退時(shí)，采用點(diǎn)動(dòng)抽汽電動(dòng)門(mén)的方式，控制給水溫度變化率。

5 優(yōu)化改進(jìn)效果

應(yīng)用改進(jìn)后的檢修方法，對(duì)機(jī)組3號(hào)高加進(jìn)行全面修復(fù)與處理，同時(shí)優(yōu)化機(jī)組的投退方式，機(jī)組啟動(dòng)后，3號(hào)高加長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，未再出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。

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